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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

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 računara 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 uređaj će pokretati Arduino Nano i bežični modul NRF24L01. Konačno, kako bismo pokazali izvodljivost 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 računarom putem serijske komunikacije i nudi malo sučelje koje omogućava korisniku da pretražuje povezane uređaje, da dobije listu mogućih operacija za svaki uređaj i da na njih djeluje. Dakle, master modulu nije potrebno, a priori, znati koliko je i kakvih uređaja povezano na mrežu, ali uvijek je u mogućnosti skenirati i pronaći uređaje te od njih primati informacije u skladu s njihovim konfiguracijama ili karakteristikama. 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 ove LED diode ili šalju informacije o svom statusu majstoru. 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 dugme.

Korak 2: Glavni modul

Najvažniji modul je, kako je rečeno, "glavni modul", koji 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 računarom, pa tako i s korisnikom, te komunikacijom s ostalim uređajima. Ovaj posljednji je kreiran pomoću bežičnog modula NRF24L01, koji je spojen na Arduino ploču pomoću SPI komunikacije. Konačno, postoje dvije LED diode koje korisniku daju vizualnu povratnu informaciju o dolasku ili odlasku podataka od strane modula.

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

Korak 3: Led modul

"LED modul" montira Arduino Nano na NRF24L01 modul 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 uobičajene 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 modul je neka vrsta dokaza 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, u stvari, 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, odlučili smo 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 filter, a posljednjih 16 je čisto bez filtera. Sve fotodiode iste boje spojene su paralelno i svaka grupa se može aktivirati pomoću dva posebna pina (S2 i S3). Pretvarač frekvencije struje vraća kvadratni val s radnim ciklusom od 50% i frekvencijom direktno 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, dvoćelijske Li-Po baterije (7,4V), a njime upravlja Arduino. Konkretno, jedna od dvije ćelije je spojena na analogni ulaz ove, što Arduinu omogućava očitavanje vrijednosti snage ćelije. Kada 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 konektorom koji korisnik može koristiti za punjenje baterije.

Što se tiče glavnog modula, modul boje senzora ima malu veličinu (40x85x30) i umetnut je unutar 3D štampane kutije.