Arduino WiFi mreža (senzori i aktuatori) - senzor boje: 4 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Koliko puta u vašim aplikacijama imate neki senzor ili neki pokretač daleko od vas? Koliko bi bilo ugodno koristiti samo jedan glavni uređaj u blizini računala za upravljanje različitim slave uređajima povezanim putem wi-fi mreže?

U ovom projektu ćemo vidjeti kako konfigurirati wi-fi mrežu, sastavljenu od glavnog modula i jednog ili više slave uređaja. Svaki će uređaj upravljati Arduino Nano i bežičnim modulom NRF24L01. Konačno, kako bismo pokazali izvedivost projekta, stvaramo jednostavnu mrežu u kojoj slave modul može otkriti boju i prenijeti svoj RGB model na glavni modul.

Korak 1: Komunikacijski protokol

Osnovna ideja ovog projekta je stvaranje mreže sastavljene od senzorskih modula i aktuatorskih modula, koju pokreće glavni modul koji komunicira sa podređenim uređajem putem wi-fi veze.

Glavni modul povezan je s računalom putem serijske komunikacije i nudi malo sučelje koje omogućuje korisniku pretraživanje povezanih uređaja, dobivanje popisa mogućih operacija za svaki uređaj i djelovanje na njih. Dakle, glavni modul ne mora, a priori, znati koliko je i kakvih uređaja spojeno na mrežu, ali je uvijek u mogućnosti skenirati i pronaći uređaje te od njih primati informacije kao njihove konfiguracije ili njihove karakteristike. Korisnik u svakom trenutku može dodati ili ukloniti module iz mreže i potrebno mu je samo novo skeniranje mreže za početak komunikacije s novim uređajima.

U ovom projektu prikazujemo jednostavan primjer mreže koju čine glavni modul i dva podređena uređaja, prvi je "Led modul", točnije jednostavan modul, koji može uključiti LED (crveni ili zeleni), isključiti te LED diode ili šalju podatke o svom statusu gospodaru. Drugi je "Sensor Color Module" koji pomoću senzora boje (TCS3200) može otkriti boju i vratiti svoj RGB model ako primi naredbu korisnika (putem gumba) ili zahtjev glavnog uređaja Ukratko, svaki uređaj koji se koristi u ovom projektu sastoji se od bežičnog modula (NRF24L01) i Arduino Nano koji upravlja bežičnim modulom i drugim jednostavnim operacijama. Dok "Led modul" sadrži dvije dodatne LED diode, a "Sensor Color Module" sadrži senzor boje i gumb.

Korak 2: Glavni modul

Najvažniji modul je "Glavni modul", kako je rečeno, pomoću malog intuitivnog sučelja upravlja komunikacijom između korisničkih i podređenih modula spojenih na mrežu.

Hardver glavnog modula je jednostavan i sastoji se od nekoliko komponenti, a posebno postoji Arduino Nano koji upravlja serijskom komunikacijom s računalom, pa tako i s korisnikom, te komunikacijom s ostalim uređajima. Ovaj posljednji je stvoren bežičnim modulom NRF24L01, koji je spojen na Arduino ploču pomoću SPI komunikacije. Konačno, postoje dvije LED diode koje korisniku daju vizualnu povratnu informaciju o podacima koji dolaze ili odlaze putem modula.

Elektronička ploča glavnog modula ima relativno malu veličinu, oko 65x30x25 mm, pa se može jednostavno umetnuti u malu kutiju. Ovdje se nalaze stl datoteke okvira (gornji i donji dio).

Korak 3: Led modul

"LED modul" postavlja Arduino Nano na modul NRF24L01 i četiri LED diode. Arduino i NRF24L01 modul koriste se za upravljanje komunikacijom s glavnim modulom, dok se dvije LED diode koriste za vizualnu povratnu informaciju korisnika o dolaznim i odlaznim podacima, a ostale dvije LED diode koriste se za normalne operacije.

Glavni zadatak ovog modula je pokazati radi li mreža, dopuštajući korisniku da uključi jednu od dvije LED diode, isključi ih ili dobije njihov trenutni status. Konkretno, ovaj je modul svojevrsni dokaz koncepta, odnosno odlučili smo ga koristiti kako bismo pokazali kako je moguće komunicirati s aktuatorima, a pomoću LED dioda u različitim bojama moguće je testirati rad modula u boji.

Korak 4: Modul senzora boje

Ovaj posljednji modul je malo složeniji u odnosu na drugi, zapravo, sadrži isti hardver ostalih (Arduino Nano, modul NRF24L01 i dvije LED diode za vizualnu povratnu informaciju) i drugi hardver za otkrivanje boje i upravljanje baterijom.

Kako bismo detektirali boju i vratili njen RGB model, odlučujemo se koristiti TCS3200 senzor, ovo je mali i jeftin senzor koji se obično koristi u ovakvim aplikacijama. Sastoji se od niza fotodioda i pretvarača frekvencije struje. Niz sadrži 64 fotodiode, 16 ima crveni filter, 16 zeleni filter, 16 ima plavi filtar, a posljednjih 16 je čisto bez filtera. Sve fotodiode iste boje spojene su paralelno i svaka se skupina može aktivirati pomoću dva posebna pina (S2 i S3). Pretvarač frekvencije struje vraća kvadratni val s radnim ciklusom od 50% i frekvencijom izravno proporcionalnom intenzitetu svjetlosti. Izlazna frekvencija u punom opsegu može se skalirati za jednu od tri unaprijed postavljene vrijednosti putem dva upravljačka ulazna pina (S0 i S1).

Modul se napaja iz male Li-Po baterije s dvije ćelije (7,4 V), a njime upravlja Arduino. Konkretno, jedna od dvije ćelije spojena je na analogni ulaz ove, što Arduinu omogućuje očitavanje vrijednosti snage ćelije. Kad razina snage ćelije padne ispod određene vrijednosti, radi očuvanja baterije, Arduino uključuje LED diodu, koja upozorava korisnika da isključi uređaj. Za uključivanje ili isključivanje uređaja postoji prekidač koji povezuje pozitivni pin baterije s Vin pinom na Arduino ploči ili s konektorom koji korisnik može koristiti za punjenje baterije.

Što se tiče glavnog modula, modul boje senzora ima malu veličinu (40x85x30) i umetnut je u 3D tiskanu kutiju.