Kontroluj urządzenia świata rzeczywistego za pomocą komputera: 15 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:33

Ta instrukcja pokazuje, jak połączyć komputer z mikrokontrolerem. To demo wykryje wartość potencjometru lub dowolnego wejścia analogowego, a także będzie sterować serwomechanizmem. Całkowity koszt to mniej niż 40 USD, łącznie z serwomechanizmem. Serwo włącza mikroprzełącznik, a następnie mikroprzełącznik włącza lampę. W praktycznym zastosowaniu garnek może być czujnikiem temperatury, a serwo może włączać grzałkę. Serwo można zastąpić przekaźnikiem lub innym sterownikiem mocy. Picaxe jest zaprogramowany w uproszczonej wersji basic, a interfejs wykorzystuje VB. Net. Całe oprogramowanie jest dostępne za darmo. Powiązany Instructable pokazuje, jak połączyć dwa mikrokontrolery przez Internet

Krok 1: Zbierz części

Lista części: układ Picaxe 08M dostępny z wielu źródeł, w tym Rev Ed https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/ (UK), PH Anderson https://www.panderson.com/ (USA) i Microzed https://www.microzed.com.au/ (Australia)Protoboard, serwo, mikroprzełącznik, bateria 9V, 4 baterie AA i uchwyt, pasek tagów, rezystor 10k, rezystor 22k, kondensator 33uF 16V, kondensator 0,1uF, 7805L małej mocy 5V regulator, potencjometr 10k, przewody (solid core telefon/przewód danych np. Cat5/6), żarówka 6V, gniazdo żeńskie D9 i osłona, 2 metry 3 (lub 4) żyłowego przewodu danych, klipsy do baterii Powyższe firmy sprzedają również USB do urządzeń szeregowych które są przydatne dla laptopów, które nie mają portu szeregowego. Warto zauważyć, że niektóre urządzenia USB do portu szeregowego nie działają tak dobrze, jak inne i warto zaopatrzyć się w jeden z powyższych dostawców, ponieważ zostały przetestowane pod kątem współpracy z układami Picaxe. Ten, o którym wiadomo, że działa, to https://www.rev-ed.co.uk/docs/axe027.pdf Oczywiście, jeśli twój komputer ma port szeregowy (lub starą kartę portu szeregowego), to nie będzie być problemem.

Krok 2: Pobierz i zainstaluj oprogramowanie

Będziemy potrzebować VB. Net i oprogramowania kontrolera picaxe. VB. Net (Visual Basic Express) jest dostępny pod adresem https://msdn2.microsoft.com/en-us/express/aa718406.aspxJeśli ten link nie działa, wyszukaj w Google dla: visual basic express downloadOprogramowanie picaxe jest dostępne pod adresem https://www.rev-ed.co.uk/picaxe/Aby pobrać plik, musisz zarejestrować się w firmie Microsoft - jeśli to stanowi problem, użyj fałszywego e-maila lub coś. Właściwie okazało się, że pomocne jest podawanie prawdziwego e-maila, ponieważ wysyłają od czasu do czasu aktualizacje.

Krok 3: Zbuduj obwód pobierania

Ten obwód pobierania wykorzystuje układ Picaxe, kilka rezystorów, regulator i baterię 9V. Więcej informacji jest dostępnych w dokumentacji Picaxe i powinno to zająć tylko kilka minut, gdy wszystkie części będą pod ręką.

Dodam jeszcze, że pikaxy działają szczęśliwie na 3 bateriach AA. Zasilanie regulowane 5 V jest przydatne do obsługi wejść analogowych, ponieważ napięcia odniesienia nie zmieniają się, ale w przypadku prostych obwodów włączania/wyłączania regulowane zasilanie nie jest potrzebne. W takich sytuacjach można pominąć 5V reg.

Krok 4: Układ płytki prototypowej obwodu pobierania

To zdjęcie pokazuje kabel do pobierania, który jest po prostu wtyczką D9 i kilkoma metrami kabla wielożyłowego. Większość nowoczesnych komputerów PC ma połączenie przez port szeregowy D9. Komputer PC zbudowany przed około 1998 r. może mieć złącze 25-stykowe. Przylutowałem około 1 cm drutu z rdzeniem stałym na końcu przewodów elastycznych, a następnie obłożyłem go koszulką termokurczliwą - przewody z rdzeniem stałym idą w płytkę prototypową znacznie lepiej niż przewody elastyczne.

Krok 5: Pobierz program Picaxe

Kliknij niebieską strzałkę, aby pobrać. Jeśli nie można go pobrać, w instrukcji obsługi picaxe znajdują się sugestie dotyczące debugowania. Możesz spróbować pobrać prosty program do włączania i wyłączania diody LED, aby sprawdzić działanie układu. Ten program nie robi nic, dopóki nie zostanie podłączony do komputera, ponieważ czeka, aż komputer coś mu wyśle. Jeśli pobieranie jest prawidłowe, oznacza to, że działa, a układ jest zaprogramowany, a następnym krokiem jest rekonfiguracja układu jako układu interfejsu szeregowego.

Skopiuj i wklej poniższy kod. Aby wyświetlić go ze składnią kolorów, spójrz w Widok/Opcje/Edytor. Konwencje kolorów są podobne do VB. Net main:serin 3, N2400, („Data”), b0, b1, b2, b3, b4, b5, b6, b7, b8, b9, b10, b11, b12, b13 readadc 1, b1' odczytaj pulę, a następnie odeślij ten serout 0, N2400, ("Dane", b0, b1, b2, b3, b4, b5, b6, b7, b8, b9, b10, b11, b12, b13) wybierz case b0' odczytaj bit danych b0 case <140' jeśli <140 to ustaw serwo na jedną pozycję serwo 2, 120 pauza 1000' pauza na sekundę w przeciwnym razie serwo 2, 160 pauza 1000 endselect low 2' wyłącz serwo, ponieważ serin i tak to robi idź do głównego

Krok 6: Ponowna konfiguracja obwodu jako obwodu interfejsu szeregowego

W obwodzie pikaxa wprowadzono dwie subtelne zmiany. Rezystor 22k, który kiedyś przechodził do nogi 2, teraz przechodzi do nogi 4. Noga 2 została uziemiona. Jedynym celem części 2 jest odbieranie danych programowych z komputera, więc po zaprogramowaniu chipa można go przywiązać do ziemi. Jeśli wrócisz do programowania chipa, aby poprawić błędy itp., odłącz nogę 2 od uziemienia i ponownie podłącz 22k do nogi 2. Picaxe komunikuje się z komputerem przez nogę 7, więc nie trzeba tego zmieniać.

Dodano garnek i dodano serwo. Serwo nie jest tak naprawdę potrzebne, a dioda LED i rezystor 1k będą działać dobrze i / lub dowolny obwód, który chcesz podłączyć. Po prostu użyłem serwa, aby pokazać, jak kliknięcie czegoś na ekranie może sprawić, że coś się poruszy. Serwo zasilane jest z własnego zasilania. Ten oddzielny zasilacz nie byłby potrzebny, gdyby pikaxe tylko włączał i wyłączał diody LED. Picaxe jest gotowy do pracy - teraz potrzebujemy trochę kodu VB.

Krok 7: Napisz kod interfejsu VB

Po zainstalowaniu VB. Net uruchom go i wybierz Plik/Nowy projekt i wybierz Aplikacja Windows. Możesz kliknąć Plik / Zapisz wszystko na początku i zapisać w dowolnym miejscu, a następnie w przyszłości uruchomić projekt z poziomu VB. Net lub klikając plik.sln, który zostanie utworzony.

Krok 8: Zaprojektuj formularz VB. Net

VB tworzy nowy pusty formularz o nazwie Form1.vb. Możesz zmienić nazwę tego teraz lub później lub po prostu zostawić go jako Form1, jeśli projekt jest prosty. Zostawimy to tak, jak jest. Aby dodać trochę kontroli, musimy otworzyć skrzynkę narzędziową, która jest zakreślona na zielono. Przybornik można otwierać i zamykać, kiedy tylko jest to potrzebne - zwykle pierwszym krokiem jest dodanie kontrolek, a następnie zamknięcie przybornika i praca nad kodem. Możesz go pozostawić otwarty przez cały czas, ale zajmuje trochę ekranu.

Krok 9: Dodaj Timer

Przewinęliśmy listę narzędzi i wybraliśmy timer. Kliknij dwukrotnie timer, aby go dodać. Na dole ekranu pojawi się obraz zegara o nazwie Timer1, a po prawej stronie podświetlone zostaną właściwości timera. Możesz je edytować lub zmienić w treści kodu. Zostawimy je bez zmian i zmienimy w treści tekstu.

Nawiasem mówiąc, zestaw narzędzi wygląda nieco zniechęcająco, ale tylko kilka z nich jest potrzebnych w przypadku większości programów – obejmują one przyciski, pola tekstowe, etykiety, liczniki czasu, pola obrazów, pola wyboru i pola radiowe. Być może otwórz nowy program i pobaw się kiedyś z kilkoma.

Krok 10: Dodaj kilka przycisków

Kliknij narzędzie przycisku i narysuj rozmiar przycisku na formularzu Form1. Będziemy potrzebować dwóch przycisków, ramki na zdjęcia i etykiety. Śmiało i dodaj je – następny zrzut ekranu pokazuje wszystkie narysowane. Rozmiar i pozycja nie są ważne i możesz zmienić ich nazwy później, jeśli chcesz.

Krok 11: Formularz z dodanymi wszystkimi kontrolkami

Form1 jest teraz ułożony. Pole obok przycisku Button2 to małe pole graficzne. Możesz umieścić w tym obrazki, ale użyjemy go tylko do wskazania, który przycisk został naciśnięty, zmieniając go z czerwonego na zielony. Label1 wyświetla rejestry pikaxe.

Krok 12: Dodaj trochę kodu

Powyżej po prawej, zakreślonych na zielono, znajduje się kilka przydatnych przycisków - drugi od prawej to przycisk View Code, a prawy przycisk to View Designer. W praktyce pisząc kod porusza się tam iz powrotem pomiędzy tymi widokami. Ogólnie rzecz biorąc, jeśli jest się w trybie projektanta, dwukrotne kliknięcie obiektu, takiego jak przycisk, powoduje wyświetlenie w widoku kodu miejsca na dodanie kodu lub przeniesienie go do fragmentu kodu, który jest uruchamiany po naciśnięciu przycisku. W ten sposób przepływ programu staje się dość intuicyjny - użytkownik klika na rzeczy, fragmenty kodu uruchamiają się i zmieniają ekran itd. Jednak dla naszych celów zamierzamy oszukiwać i wklejać całą płytę działającego kodu. Widok kodu będzie miał Public Class Form1 …End Class - zaznacz to i usuń. Teraz weź cały poniższy kod i wklej go w. Imports System. IOImports Strings = Microsoft. VisualBasic ' więc możesz używać takich rzeczy jak left(i right(for stringsPublic Class Form1Public Declare Sub Sleep Lib "kernel32" (ByVal dwMilliseconds As Integer) ' dla oświadczeń uśpieniaDim WithEvents serialPort As New Port szeregowy IO. Ports. SerialPort 'deklarujeDim PicaxeRegisters(0 do 13) As Byte' rejestruje b0 do b13Private Sub Form1_Load(ByVal sender As Object, ByVal e As System. EventArgs) Obsługuje Me. LoadTimer1. Enable = True ' ustaw to w kodzie jako domyślną wartość false, gdy createdTimer1. Interval = 5000 ' 5 sekundPictureBox1. BackColor = Color. Red ' ustawione na pozycję 'red'Array. Clear(PicaxeRegisters, 0, 13) ' prawdopodobnie nie jest potrzebne jako zadeklarowana tablica blankEnd SubPrivate Sub Timer1_Tick(ByVal sender As System. Object, ByVal e As System. EventArgs) Obsługuje Timer1. Tick ' tyka licznika co 5 sekund Call SerialTxRx() ' porozmawiaj z picaxeEnd SubSub SerialTxRx()Dim LabelString As String ' ciąg do wyświetlania wartości bajtów DataP acket(0 To 17) As Byte ' cały pakiet danych "Data"+14 bytesDim i As Integer ' i jest zawsze użyteczny dla pętli etcLabel1. Text = "" ' wyczyść tekst na ekranieFor i = 0 To 3DataPacket(i) = Asc(Mid("Data", i + 1, 1)) ' dodaj słowo "Data" do pakietuNextFor i = 0 To 13DataPacket(i + 4) = PicaxeRegisters(i) ' dodaj wszystkie bajty do pliku pakietNextIf serialPort. IsOpen ThenserialPort. Close() ' na wypadek, gdyby już było openEnd IfTryWith serialPort. PortName = "COM1" ' Większość nowych komputerów domyślnie używa com1, ale każdy komputer sprzed 1999 r. z myszą szeregową będzie prawdopodobnie domyślnie com2. BaudRate = 2400 ' 2400 to maksimum prędkość dla małych picaxes. Parity = IO. Ports. Parity. None ' no parity. DataBits = 8 ' 8 bits. StopBits = IO. Ports. StopBits. One ' jeden bit stopu. ReadTimeout = 1000 ' milisekund, więc limit czasu wynosi 1 sekundę jeśli brak odpowiedzi. Open() ' otwórz port szeregowy. DiscardInBuffer() ' wyczyść bufor wejściowy. Write(DataPacket, 0, 18) ' wyślij arrayCall pakietu danych Sleep(300) ' Minimum 100 milisekund na oczekiwanie na r dane do powrotu i więcej, jeśli strumień danych jest dłuższy. Read(DataPacket, 0, 18) ' odczytaj z powrotem w tablicy pakietów danych. Close() ' zamknij port szeregowyEnd WithFor i = 4 To 17LabelString = LabelString + " " + Str(DataPacket(i)) ' zamień w ciąg tekstowyNextLabel1. Text = LabelString ' umieść ciąg tekstowy na screenCatch ex As Exception'MsgBox(ex. ToString)' usuń komentarz, jeśli chcesz zobaczyć rzeczywisty komunikat o błędzieLabel1. Text = " Timeout" ' wyświetli to, jeśli picaxe nie jest podłączony etcEnd TryEnd SubPrivate Sub Button1_Click(ByVal sender As System. Object, ByVal e As System. EventArgs) Handles Button1. ClickPictureBox1. BackColor = Color. Red ' zmień pole na redPicaxeRegisters(0) = 120 ' dowolna wartość dla serwomechanizmu SubPrivate Sub Button2_Click(ByVal sender As System. Object, ByVal e As System. EventArgs) Handles Button2. ClickPictureBox1. BackColor = Color. Green ' pole do greenPicaxeRegisters(0) = 160 ' dowolna wartość dla ServoEnd Klasa SubEnd

Krok 13: Uruchom program

Wzmocnij pikax, jeśli nie jest włączony. Uruchom program vb.net, klikając zielony trójkąt u góry ekranu w pobliżu środka. Po prawej stronie trójkąta uruchamiania znajdują się przycisk pauzy i przycisk zatrzymania lub program można zatrzymać, klikając w prawym górnym rogu x lub za pomocą opcji Plik/Zakończ, jeśli dodano menu. Program można skompilować, jeśli chcesz, ale w celu debugowania pozostawmy go uruchomionego w VB. Licznik czasu wysyła bajty co 5 sekund, więc wyświetlenie wyświetlacza zajmuje 5 sekund. Etykieta 1 wyświetla zrzut 14 rejestrów pikaks. Są one wysyłane na pikaxe, a następnie odsyłane z powrotem. Prawie na pewno nie jest konieczne wysyłanie wszystkich 14, a kod można zmienić tak, aby odpowiadał. Drugi bajt o wartości 152 to wartość puli, która zmienia się od 0 do 255. Jeśli zostanie kliknięty przycisk 1, wysyła wartość 120 w pierwszym bajcie, a jeśli zostanie naciśnięty przycisk 2, wysyła 160, a program picaxe dekoduje te i porusza serwo. Ten kod pokazuje, jak wysyłać dane i pobierać je z powrotem z mikrokontrolera. Mikrokontroler może włączać wszelkiego rodzaju urządzenia - mam około 30 rund w moim domu z włączonymi zraszaczami, światłami, ochroną, wykrywaniem samochodów na podjazdach, włączaniem szeregu pomp 3,6Kw i wykrywaniem poziomu wody w zbiornikach. Picaxy mogą być połączone szeregowo na wspólnej magistrali, a nawet mogą komunikować się ze sobą za pośrednictwem łączy radiowych. Możliwe jest również przesyłanie i pobieranie danych ze stron internetowych, a tym samym korzystanie z Internetu do łączenia urządzeń w dowolnym miejscu na świecie https://www.instructables. com/id/Worldwide-microcontroller-link-for-under-20/ Następne dwie strony zawierają również kilka przykładów, jak używać różnych czujników i jak sterować różnymi urządzeniami. Dr James MoxhamAdelaide, Australia Południowa

Krok 14: Urządzenia wejściowe

Programator picaxe zawiera kilka bardzo przydatnych plików pomocy, z których jeden nosi nazwę „Obwody interfejsu” i jest również dostępny pod adresem https://www.rev-ed.co.uk/docs/picaxe_manual3.pdfPokazuje, jak sterować silnikami, wyczuj otoczenie i inne przydatne elementy sterujące. Oprócz tych obwodów jest jeszcze kilka, z których korzystam w kółko. Temperatura - czujnik temperatury LM35 wytwarza napięcie, które może przejść prosto na pikaxe i można je odczytać za pomocą polecenia readadc lub readadc10. Światło - opornik zależny od światła ma rezystancję, która waha się od kilkuset omów w jasnym świetle słonecznym do ponad 5 megaomów w czerni. Zmierz rezystancję na poziomie światła, na którym chcesz się przełączyć, i połącz LDR szeregowo z rezystorem o tej samej wartości. Np. chciałem wykryć światła samochodu wjeżdżającego do wiaty, aby włączyć niektóre światła. Opór wynosił około 1M od światła pośredniego, więc umieściłem 1M szeregowo z LDR. Przełącznik - niektóre przełączniki przełączają się między 5V i 0V (jednobiegunowy przełącznik dwupołożeniowy), ale niektóre po prostu włączają się i wyłączają. Jeśli przełącznik się włączy, może wysłać 5 V do chipa Picaxe, ale jeśli jest wyłączony, pin Picaxe będzie „pływający” i może mieć dowolną wartość. Ten obwód pokazuje, jak sprowadzić wejście do masy, gdy przełącznik jest wyłączony. Jest to obwód, którego można używać z większością przełączników przyciskowych. Potencjometr - stare, dobre pokrętło. Obróć pokrętło i odczytaj napięcie do chipa. Istnieje wiele innych urządzeń elektronicznych, które wytwarzają napięcie od 0-5 V lub można je łatwo skonfigurować, aby to robiły. Przykładami są czujniki magnetyczne, wilgotność, prędkość, dotyk, światło podczerwone, ciśnienie, kolor i dźwięk. Czujniki na ogół kosztują tylko kilka dolarów za sztukę.

Krok 15: Kontrolowanie urządzeń

Plik pomocy picaxe zawiera świetne wyjaśnienie, jak sterować silnikami i światłami. Ponadto uważam, że jest kilka obwodów, których używam wielokrotnie. Pierwszy to prosty obwód tranzystorowy. Chip pikaxe może włączyć maksymalnie 20 mA na pin, co jest dobre do włączania diody LED, ale niewiele więcej. Tranzystor 547 zwiększa prąd do 100mA, co jest dobre dla małych żarówek. Drugi obwód pokazuje mosfet. Mosfety praktycznie nie potrzebują prądu do ich napędzania - tylko wolty, więc można nimi sterować bezpośrednio za pomocą pikaxa. Dostępne są różne rodzaje mosfetów, ale preferuję jeden o nazwie BUK555 60B https://www.ortodoxism.ro/datasheets/philips/BUK555-60A.pdf Może być zasilany bezpośrednio z 5 V (w przeciwieństwie do niektórych, które wymagają 10 V), ale główną zaletą jest to, że po włączeniu ma wyjątkowo niską rezystancję - 0,045 oma, czyli niewiele więcej niż rezystancja przewodów, które można do niego podłączyć. Oznacza to, że nie nagrzewa się podczas jazdy z dużymi obciążeniami, co oszczędza energię, a także oszczędza koszty radiatora. Na przykład jazda z obciążeniem 5A jak reflektor samochodowy; waty = prąd do kwadratu x rezystancja, więc W = 5 * 5 * 0,045 = 1,12 watów, które wymagałyby tylko radiatora, takiego jak 1-calowy kwadratowy kawałek cienkiego aluminium. Trzeci obwód pokazuje przekaźnik. Dla wszystkich przekaźników istnieje kilka parametrów - napięcie cewki, rezystancja cewki oraz napięcie i prąd obciążenia. Na przykład przekaźnik może mieć cewkę 12 V z prądem cewki 30 mA, rezystancją cewki 400 omów i może być w stanie wysterować do 240 V przy 1 amperze. Prąd cewki wynosi więcej woltów i amperów, niż może dostarczyć pikaxe, więc do przełączania cewki używamy obwodu tranzystorowego. W zestawie znajduje się również dioda - tłumi ona tylną siłę elektromotoryczną po wyłączeniu przekaźnika. Back EMF jest tym, co tworzy iskrę świecy zapłonowej, więc nie chcesz, aby te wysokie napięcia były nigdzie w obwodzie. Styki będą miały maksymalny prąd i wolty - prąd może wynosić kilka amperów, a wolty często wynoszą 240 V, więc przełączanie 12 V lub 24 V będzie dobrze mieścić się w zakresie. Jeśli nie masz doświadczenia w elektronice, nie baw się napięciami sieciowymi. Są też małe przekaźniki, które mają napięcie cewki 5V lub 6V. W przypadku tych przekaźników może nie być potrzebne oddzielne zasilanie 12 V, ale po prostu obserwuj rezystancję cewki, ponieważ wiele z nich ma pobór prądu przekraczający 100 mA. Jeśli tak i używasz regulatora 78L05 100mA 5V, możesz go zmienić na regulator 7805, który może zasilać do 1 amp. Przekaźniki są szczególnie przydatne do przełączania prądu przemiennego - np. solenoidy zraszaczy ogrodowych 24VAC, oświetlenie ogrodowe 12VAC oraz w środowiskach o dużym natężeniu elektrycznym, takich jak samochód. Przydają się również do sterowania dużymi obciążeniami, np. pikaksą dostarczającą 20mA przy 5V=0,1W sterującą tranzystorem 12V przy 100mA=1,2W do przekaźnika 24V 100mA=2,4W do stycznika napędzającego pompę 3600W. Jeśli chcesz kontrolować zasilanie w ten sposób, poproś elektryka, aby okablował skrzynkę kontrolną i dał ci dwa przewody wychodzące (przewody cewki do przekaźnika 12 V), które możesz kontrolować. W ten sposób elektryk może wypisać się na skrzynce zasilającej, a Ty możesz wykonać całą elektronikę bez obaw o porażenie prądem. Innym zastosowaniem przekaźników jest sterowanie wsteczne silnika. Za pomocą modulacji szerokości impulsu w mosfecie można sterować prędkością silnika prądu stałego, a za pomocą przekaźnika mocy DPDT można zmieniać kierunek. Jest to prosty sposób kontrolowania dużych silników, takich jak te używane w „wojnach robotów”. Proszę o komentarz, jeśli potrzebujesz pomocy w budowaniu czegoś.