Сеть Wi-Fi Arduino (датчики и исполнительные механизмы) - датчик цвета: 4 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Сколько раз в ваших приложениях вы располагаете датчик или исполнительный механизм далеко от вас? Насколько удобно использовать всего одно главное устройство рядом с вашим компьютером для управления различными подчиненными устройствами, подключенными через сеть Wi-Fi?

В этом проекте мы увидим, как настроить сеть Wi-Fi, состоящую из главного модуля и еще одного ведомого устройства. Каждое устройство будет управляться Arduino Nano и беспроводным модулем NRF24L01. Наконец, чтобы продемонстрировать осуществимость проекта, мы создаем простую сеть, в которой подчиненный модуль может определять цвет и передавать свою модель RGB в главный модуль.

Шаг 1. Протокол связи

Основная идея этого проекта - создание сети, состоящей из сенсорных модулей и исполнительных модулей, управляемой главным модулем, который связывается с подчиненным через соединение Wi-Fi.

Главный модуль подключен к компьютеру через последовательную связь и предлагает небольшой интерфейс, который позволяет пользователю искать подключенные устройства, получать список возможных операций для каждого устройства и действовать на них. Таким образом, ведущему модулю не нужно заранее знать, сколько и каких устройств подключено к сети, но он всегда может сканировать и находить устройства и получать от них информацию в виде их конфигураций или характеристик. Пользователь в любой момент может добавлять или удалять модули из сети, и ему требуется только новое сканирование сети, чтобы начать связь с новыми устройствами.

В этом проекте мы показываем простой пример сети, состоящей из ведущего модуля и двух ведомых устройств, первый из которых представляет собой «светодиодный модуль», или, скорее, простой модуль, который может включать светодиод (красный или зеленый), выключать эти светодиоды или отправляют информацию об их статусе мастеру. Второй - «Цветовой модуль датчика», который, используя датчик цвета (TCS3200), может определять цвет и возвращать его модель RGB, если он получает команду пользователя (с помощью кнопки) или запрос мастера. Подводя итог, можно сказать, что каждое устройство, используемое в этом проекте, состоит из беспроводного модуля (NRF24L01) и Arduino Nano, который управляет беспроводным модулем и другими простыми операциями. В то время как «Светодиодный модуль» содержит два дополнительных светодиода, а «Цветовой модуль датчика» содержит датчик цвета и кнопку.

Шаг 2: главный модуль

Самым важным модулем является «Главный модуль», как уже было сказано, с помощью небольшого интуитивно понятного интерфейса он управляет связью между пользовательскими и подчиненными модулями, подключенными к сети.

Аппаратное обеспечение главного модуля простое и состоит из нескольких компонентов, в частности, есть Arduino Nano, который управляет последовательной связью с компьютером и, таким образом, с пользователем, а также связью с другими устройствами. с помощью беспроводного модуля NRF24L01, который подключен к плате Arduino с помощью связи SPI. Наконец, есть два светодиода, которые дают пользователю визуальную обратную связь о данных, входящих или исходящих модулем.

Плата электроники ведущего модуля имеет относительно небольшие размеры, примерно 65x30x25 мм, поэтому ее можно легко вставить в небольшую коробку. Вот stl файлы ящика (верхняя и нижняя часть).

Шаг 3: светодиодный модуль

«Светодиодный модуль» устанавливает Arduino Nano, модуль NRF24L01 и четыре светодиода. Модуль Arduino и NRF24L01 используются для управления связью с главным модулем, в то время как два светодиода используются для визуальной обратной связи с пользователем о входящих и исходящих данных, а два других светодиода используются для обычных операций.

Основная задача этого модуля - показать, работает ли сеть, позволяя пользователю включить один из двух светодиодов, выключить их или получить их текущий статус. В частности, этот модуль является своего рода доказательством концепции, или, скорее, мы решили использовать его, чтобы показать, как можно взаимодействовать с исполнительными механизмами, и с помощью светодиодов разного цвета можно проверить работу цветного модуля.

Шаг 4: Модуль датчика цвета

Этот последний модуль немного сложнее по сравнению с другим, на самом деле он содержит такое же оборудование, что и другие (модуль Arduino Nano, NRF24L01 и два светодиода визуальной обратной связи) и другое оборудование для определения цвета и управления батареей.

Чтобы определить цвет и вернуть его модель RGB, мы решили использовать датчик TCS3200, это небольшой и недорогой датчик, обычно используемый в подобных приложениях. Он состоит из матрицы фотодиодов и преобразователя ток-частота. Матрица содержит 64 фотодиода, 16 с красным фильтром, 16 с зеленым фильтром, 16 с синим фильтром и последние 16 чистые без фильтров. Все фотодиоды одного цвета подключаются параллельно, и каждая группа может быть активирована двумя специальными контактами (S2 и S3). Преобразователь ток-частота возвращает прямоугольную волну с рабочим циклом 50% и частотой, прямо пропорциональной интенсивности света. Полная выходная частота может быть масштабирована одним из трех предустановленных значений через два управляющих входных контакта (S0 и S1).

Модуль питается от небольшой двухэлементной Li-Po батареи (7,4 В) и управляется Arduino. В частности, одна из двух ячеек подключена к аналоговому входу этой ячейки, и это позволяет Arduino считывать значение мощности ячейки. Когда уровень мощности ячейки падает ниже определенного значения, чтобы сохранить батарею, Arduino включает светодиод, который предупреждает пользователя о необходимости выключить устройство. Чтобы включить или выключить устройство, есть переключатель, который соединяет положительный контакт аккумулятора с контактом Vin платы Arduino или с разъемом, который затем может использоваться пользователем для зарядки аккумулятора.

Что касается главного модуля, то цветовой модуль сенсора имеет небольшие размеры (40x85x30) и был вставлен в коробку, напечатанную на 3D-принтере.