Arduino -kannettava työpöytä Osa 3: 11 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

Jos olet katsonut osia 1, 2 ja 2B, niin tähän mennessä tässä projektissa ei ole ollut paljon Arduinoa, mutta vain muutama levyn johto jne. Ei ole kyse tästä, ja infrastruktuuriosa on rakennettava ennen lepo toimii.

Tämä on elektroniikka- ja Arduino -koodi. Edellinen 2B -ohje sisältää virtalähteen tiedot.

Tässä osassa on kannettava työpöytä, jossa on seuraavat ominaisuudet

TFT -kosketusnäyttö, jossa on näyttö, Arduino Megan ohjaama, joka tarjoaa seuraavat

1. 8 digitaalista näyttöä, pois/päälle/oskilloiva
2. 4 jännitteen näyttöä
3. 3 virran/jännitteen näyttöä
4. E24 -vastusmittari (koska en voi enää lukea värinauhoja)

Lisään vielä muita asioita, mutta tämä oli alkuperäinen tavoitteeni. Arduino -koodissa on myös sarjanäyttö, I2C -näyttö, kapasitanssimittari, digitaaliset kytkimet ja oskilloskooppi, jotka lisään ajan myötä. En myöskään ole aivan päättänyt, kannattaako lisätä 3V3 -virtalähde, muuttuva virtalähde tai virtalähteen jännitteen/virran valvonta. Toistaiseksi tämä on rakennettu Megalla, mutta katson myös joidenkin toimintojen siirtämistä erillisiin I2C -piiriin, joko omistettuja siruja tai ohjelmoituja Atmel 328 -laitteita, joihin mahtuu helpommin eri ohjain.

Tarvikkeet

5 x 16 -suuntaiset pistorasiat

5 x 8 -suuntaiset dupont -pistorasiat, jotka on valmistettu pitkistä 40 -suuntaisista yksirivisistä pistorasioista, jotka on leikattu haluttuun pituuteen

1 x 3,5 ILI9486 TFT -kosketusnäyttö

1 x Arduino Mega 2650

Yksittäiset komponentit

Tekstin mukaan joidenkin näiden arvot eivät ole täysin kiinteitä, ja jos menetät toiminnon, sitä ei tarvita ollenkaan:)

Digitaalinen tulo

16 x 10K vastukset

Analoginen tulo

1 x TL074 quad jfet opamp, tämä minulla oli varaosana, mikä tahansa vastaava tekee:)

4 x 68K ja 4 x 430k vastukset, joita käytetään jännitteenjakajina.

4 x 1N4001 tai vastaava

Vastusmittari

1 x TL072 dual jfet opamp, tämä minulla oli varaosana, kaikki vastaava tekee:)

1M0, 300k, 100k, 30k, 10k, 3k, 1k, 300R (Jos näitä arvoja muutetaan, Arduino -koodi on päivitettävä)

Vaihe 1: Yleiskatsaus elektroniikasta

Harmaa konsoli on minun tekemäni 30 vuotta sitten ja on edelleen säännöllisessä käytössä, mutta ajat ovat menneet eteenpäin. Siinä on kaksi virtalähdettä vasemmalla, keskellä oleva äänivahvistin keskellä, sisäinen kaiutin ja oskillaattori vasemmalla. Nykyään suurin osa piireistäni tarvitsee vain virtalähteen ja siitä vain positiivisen kiskon. Jotain erilaista tarvittiin, samoin kuin merkintöjä, joita ilman olen elänyt, mutta onnistuin.

Projektikotelon elektroniikan pääasialliset vaatimukset olivat uusien virtapiirien virransyöttö Arduinon tai Raspberry PI: n avulla, joten 5 V oli välttämätöntä, kuten myös USB -pistorasiat. Valaistut kytkimet kertovat minulle, onko virta päällä vai ei, ja testauksen aikana minun on säännöllisesti rakennettava pieniä apupiirejä tilapäisten tilanäytösten antamiseksi. Minulla on laatikko suurikokoisia metrejä, jotka kuluttavat paljon penkki tilaa, ja ennen kaikkea tarvitsen näytön, jonka voin lukea helposti, kun näköni heikkenee, jossa on suuria kirkkaita merkkejä. Tarvitsen siis digitaalinäytöt, jännitemittarit, virtamittarit ja tässä tapauksessa hieman ylellisyyttä vastusmittarin muodossa, jotta E24 -sarjan vastukset voidaan tunnistaa nopeasti, kaikki 15 cm: n etäisyydellä projektin leipälevystä ja kompaktissa, kannettavassa kotelossa.

Edellisessä artikkelissa kuvattu päävirtalähde syöttää kannelle virtaa käyttämällä 40 -suuntaista nauhakaapelia, jonka avulla kaksi voidaan yhdistää kannen ollessa kiinni. Tämä tarjoaa kytkettyjä 5v ja 12V virtalähteitä paneelin elektroniikalle ja leipälevylle.

Kaikki virransyöttö- ja signaalitulot on varustettu 2x8-suuntaisilla PCB-liitäntärasioilla rinnakkain 8-suuntaisen dupont-pistorasian kanssa. Tämä on luultavasti liikaa, useimmilla leipälaudoilla on sähkökiskot, mutta se oli helppo tehdä.

Pistorasioissa virtalähteen 0V: n pääkisko on yhteinen kaikille virtalähteille ja se on saatavana. Tämän yläpuolella on 5 V: n virtalähde, kytkettynä perusyksikköön, ja tämän yläpuolella on kaksi toimitettua +12 V: n ja -12 V: n virtalähdettä, jotka ovat tällä hetkellä kiinteitä, vaikka minulla on idea hakkeroida syöttö, jotta se muuttuisi ja antaisi 3,3-20 V vaihteleva tarjonta.

Vaihe 2: Elektroniikka

Olen lähettänyt näytön tulosteita leipälevyn asettelusta, miltä piiri näyttää, kun se on rakennettu matriisitaululle, kaavamainen PDF -tiedosto ja alkuperäiset Fritzing -tiedostot. Tämä ei ole erityisen monimutkaista elektroniikkaa, ja siihen voidaan asentaa rajoittavia vastuksia, puskurivahvistimia ja tuuletinliitäntöjä Arduino -kortille. Mutta on olemassa useita kuvia, jotka osoittavat monia yhteyksiä hieman selvemmin. Suurin osa johdotuksista muodostui vakiopituisista esipuristetuista dupont-nauhakaapeleista, jotka oli koottu uudelleen monisuuntaisiin koteloihin, jotta ne olisivat helpompia liittää ja luotettavampia.

Arduino Mega 2650 on asennettu kanteen USB -liitännän avulla ohjelmointia varten. Se ohjaa TFT -kosketusnäyttöä, jota käytetään kaikkien lähtöjen ja tulojen näyttämiseen.

8 digitaalituloa on saatavana 2 x 8-suuntaisen PCB-otsikon kautta ja niiden tila näkyy näytöllä, jos tämä toiminto on valittu. Tämä on yksinkertainen päälle/pois -näyttö, punainen pois päältä, vihreä päällä. Voin lisätä värähtelyä tulevana muutoksena.

4 jännitetuloa on saatavana myös PCB -otsikon kautta ja jännitteenjakaja, näytöllä näkyvä jännite. Jokainen etupaneelin tulojännite yhteiseen maahan viitaten jaetaan 7: llä jännitteenjakajalla ja puskuroidaan sitten yhdellä neljästä op-vahvistimesta tasasuuntaajavahvistimena konfiguroidussa TL074: ssä vain negatiivisten jännitteiden aiheuttamien onnettomuuksien välttämiseksi. Olisi kiva lisätä napaisuusmerkintä jossain vaiheessa, mutta ei tällä kertaa. Lähtö jokaisesta op-vahvistimesta on yhteen Arduinon ADC-tuloista.

Toinen piirilevyn otsikko paljastaa sekä sarja- että I2C -yhteydet. Tämä tehtiin mahdollistamaan sarjanäyttökonsolin ja perus I2C -tunnistustoiminnon toteuttaminen.

Jännite-/digitaalituloja ei välttämättä tarvita, joten ne voidaan konfiguroida uudelleen tarjoamaan digitaalisia kytkentälähtöjä.

Arduino käyttää jännitejakajan vastusryhmää vastusmittarin toimivuuden aikaansaamiseksi. Tämän lähtö puskuroidaan op-vahvistimella (puoli TL072), ennen kuin Arduino lukee sen ja laskee vastuksen. Tämän tarkoituksena ei ole tarkka vastusmittaus, vaan E24 -sarjan arvojen nopea tunnistaminen, vaikkakin kalibroinnilla sitä voitaisiin käyttää perusmittarina. Sen toiminta on havaita, milloin etupaneeliin asennetuissa kahdessa jousessa on alle 9 M9: n vastus, ja kytkeä sitten valikoivasti 5 V kuhunkin jakajaryhmän vastukseen, kunnes mitataan arvo, joka on lähimpänä 2,5 V, tai viimeinen vastus, Laskenta ja vertailu tehdään sitten lähimmän E24 -arvon määrittämiseksi. 5V on peräisin Arduinon digitaalisista ulostuloista 3-10, jotka on konfiguroitu uudelleen korkean impedanssin tuloiksi jokaisen mittauksen välillä virheiden minimoimiseksi. Arduino-nastoja D3-10 käytettiin tarkoituksella tulevaisuuden lisäyksenä, mikä saattaa olla kapasitanssimittari, joka käyttää näiden ulostulojen PWM-ominaisuutta, mikä voi mahdollisesti olla vain ohjelmistomuutos.

Muokattu INA3221 -kortti tarjoaa lisäjännite- ja virtamittauksia I2C -liitännän kautta etupaneelin tuloilla. Kaikki on kytketty hyppykaapeleilla, jotta toimintojen siirtäminen on tulevaisuudessa helppoa.

Vaihe 3: INA3221 Jännite-/virtatulo

Tämä oli tarkoitettu pikaratkaisuksi jännite-/virtamittausten toimittamiseen laatikossa, mutta kävi ilmi, että ostamani piirilevyn mukaisesti sen oli tarkoitus seurata akun latausta, joten sitä oli muutettava kolmen itsenäisen mittauksen aikaansaamiseksi. Jos tätä projektia rakennettaessa voit hankkia INA3221 -kortin, joka toteuttaa tämän sirun taulukon mukaisesti, tämä ei ole välttämätöntä.

Kuvasta katsottuna piirilevyn jälkiin on tehtävä kolme leikkausta mittausvastuksien erottamiseksi. Näiden kolmen vastuksen tyynyt on myös leikattava erottaakseen ne muusta piirilevystä. Vastukset liitetään sitten tyynyihin juottamalla ylimääräisiä johtoja siltoina. Dokumentoin tämän, koska tämä on yleinen levy ja saattaa olla ainoa käytettävissä oleva.

Liitännät levyyn etupaneelista tehdään sitten hyppyjohtojen kautta mittausvastuksissa.

Levyn teho otetaan Arduinon 5 V: n nastoista, samoin kuin maa, ja I2C -liitännät menevät elektroniikkapiirilevyyn.

Vaihe 4: Näyttöruutu

Tämä oli eBay -osto ja saatavilla monista lähteistä, ja se on ILI9486 -käyttöinen näyttö. Huomasin, että se toimi parhaiten David Prenticen MCUFRIEND -kirjastojen kanssa, mutta se on kalibroitava ennen käyttöä, mikä edellytti vain, että yksi Davidin toimittamista kirjaston esimerkeistä ajetaan näytön ollessa kytkettynä, seuraa näytön ohjeita ja kirjoita muistiin näytettävät parametrit, lisäämällä Arduino_Workstation_v01 -kooditiedostoon, jos ne ovat erilaisia.

Tässä projektissa kosketusnäyttö on välttämätön, se pyörii ympäri ilman erillisiä kytkimiä ja mahdollisuus vain lisätä valikot ja toiminnot tulevaisuudessa ilman paljon johdotuksia.

Vaihe 5: Yhdistä se yhteen

Arduino Mega sijaitsee kannen LHS: ssä, ja sen USB- ja virtaliitäntöihin pääsee kotelon ulkopuolelta. Arduinon vieressä olevassa RHS -laitteessa elektroniikka on asennettu matriisilevylle ja tämän yläpuolelle on asennettu INA3221 -kortti kannen takaosaan.

Myös kannen takana LHS: ssä Arduinon yläpuolella on yhteinen maadoituskortti, johon kaikki maadoitukset on kytketty.

Mahdollisimman monta johtoa yhdistettiin yhteen monitieliittimiksi. Tämä tekee piirien liittämisestä toisiinsa paljon helpompaa ja luotettavampaa, ja liittimien keskinäinen tuki monikanavaisessa kotelossa tarjoaa paremman irtoamisen kestävyyden. Seuraavassa on luettelo näistä yhdistelmistä.

Kaikki liittimet on lisätty loogisella tavalla, mikä antaa parhaan mahdollisen yhteyden muodostamiseen kömpelöillä sormillani, jättäen etupaneelin liitännät loppuun asti, ja viimeiset näyttöliitännät viedään asennusreiän läpi viimeisteltynä. Näyttö kiinnitettiin paikalleen 3D -tulostetulla kehyksellä.

Vaihe 6: Yhdistetyt liidit

1. Jännite- ja vastustulot Arduino ADC -portteihin, viisi 20 cm: n johtoa, joiden toisessa päässä on erilliset urosliittimet, jotka on yhdistetty kuusisuuntaiseen koteloon, jossa on rako Arduino -otsikoiden aukon mukaiseksi.
2. 4 -suuntainen 10 cm: n kaapeli nelisuuntaisesta kotelosta kahteen 2 -suuntaiseen koteloon etupaneelin jännitesovittimien liittämiseksi piirilevyyn.
3. 8-suuntainen 10 cm: n kaapeli 2x4-suuntaisesta urospäästä 8-suuntaiseen naaraspäähän
4. 4 -suuntainen 10 cm: n kaapeli 4 -napaisesta naaraskotelosta 4 -napaiseen naaraskoteloon sarja- ja I2C -liitäntöjen liittämiseksi etupaneeliin
5. 4 -suuntainen 10 cm: n kaapeli 4 -suuntaisesta kotelosta neljään yksittäiseen liittimeen INA3221: n liittämiseksi etupaneeliin
6. 4-suuntainen 20 cm: n kaapeli nelisuuntaisen naaraskotelon yhdistämiseen nelisuuntaiseen uroskoteloon, jotta Serial ja I2C voidaan ottaa Arduinosta piirilevyn tuulettimeen.
7. 8 -suuntainen 10 cm: n kaapeli 8 -napaisesta kotelosta 8 -napaiseen naaraskoteloon digitaalisten tulojen vastaanottamiseksi etupaneelista piirilevyyn.
8. 8 -suuntainen 10 cm: n kaapeli 8 -napaisen naaraskotelon yhdistämiseen 3 -napaiseen uroskoteloon ja yksi 5 -suuntainen uroskotelo vastusjakajan liittämiseksi piirilevyyn. Kaksi koteloa käytetään Arduino-levyn otsikoissa olevan epätavallisen aukon sijoittamiseen.
9. Kaksisuuntainen 20 cm: n kaapeli 2 -napaisen naaraskotelon ottamiseen kahteen urosliittimeen INA3221 -virtalähteelle.
10. Kaksisuuntainen 10 cm: n kaapeli 2-napaisen naaraskotelon viemiseen kahteen yksittäiseen naaraskoteloon kolmannen INA3221-monitoriliitännän liittämiseksi etupaneeliin.
11. Kaksisuuntainen 10 cm: n kaapeli 2-napaisen naaraskotelon yhdistämiseen 2-napaiseen naaraskoteloon INA3221: n liittämiseksi I2C-fanout-liitäntöihin.

Vaihe 7: Arduino -koodi

Tämä projekti perustuu Arduino Mega 2650: een siitä yksinkertaisesta syystä, että halusin paljon I/O -portteja, jotka on omistettu tehtäville yksinkertaisessa muodossa. TFT -kosketusnäytön kirjastot tukevat oletusarvoisesti Arduino Unoa, ja niitä on muokattava Megan tukemiseksi. Kirjastojen muokkaamista tukee alkuperäinen TFT -koodin kirjoittaja, se on yksinkertainen ja kuvattu seuraavassa vaiheessa.

Kosketusnäytön käyttö on tämän projektin osan perusta, mutta koska jonkun käyttämä näyttö saattaa olla erilainen kuin käyttämäni, koodi asettaa vain laitteistokohtaiset toiminnot erillisiin rutiineihin, jotta kaikki tarvittavat muutokset voidaan tunnistaa.

Koodin toimiva versio sisältyy tähän ja päivitetään, mutta viimeisimmät päivitykset ovat githubissa.

Koodin päätoiminto pyörii näytön ympäri, ja jokaisella näytön elementillä on merkintä yhdessä taulukossa, joka pitää elementtityypin, missä se näyttää näytöllä, värin ja muita parametreja, kuten tulolähteen. Kuvakaappaus tästä taulukosta ja kommentit on esitetty yllä. Siinä on myös kenttä, joka ohjaa, näytetäänkö se näytöllä vai ei. Tätä taulukkoa muokkaamalla voidaan lisätä uusia ominaisuuksia tai poistaa niitä. Koodin `` silmukka '' -rutiini kulkee tämän taulukon läpi jatkuvasti ja käsittelee jokaisen kelvollisen elementin peräkkäin ja toistaa sitten. Tällä hetkellä on 6 erilaista elementtiä.

Valikkoelementit - nämä eivät näytä tietoja, mutta kun niitä kosketetaan, suoritetaan niihin liittyvä aliohjelma, joka on tunnistettu elementin parametreissa

Digitaaliset elementit - näytetään ruudussa punaisena tai vihreänä riippuen siihen liittyvän digitaalisen tulonapin tilasta. Esimerkkikonsoli on kytketty 8 digitaaliseen nastaan, mutta sitä voidaan lisätä tai pienentää halutulla tavalla.

Analogiset elementit - näytä likimääräinen jännite mitattuna vastaavasta analogisesta nastasta. Neljä on alun perin määritelty.

Tarkkuuselementit - näyttötulo ulkoisesta tarkkuusjännite-/virtamittarimoduulista. Näitä on vain kolme, mutta toinen tai kolmas moduuli voidaan lisätä.

Vastuselementti - tämä on yksi elementti, joka näyttää vastusmittarin tulon.

Kosketus - tämä on ainoa rutiini, joka suoritetaan aina havaitsemaan, onko näyttöä kosketettu, ja tekee sitten päätöksen sen perusteella, mitä on kosketettu. eli jos kyseessä on valikkokohta, mitä se tarkoittaa, että se näytetään seuraavaksi.

Näytöllä on kolme tilatilaa, normaali, suuri ja koko näyttö, ja kaikki elementit muuttavat toimintaansa tilan mukaan. Kolme tilaa on valittavissa valikosta koskettamalla elementtiä ja siihen liittyvää valikkovaihtoehtoa.

Normaalitila - näyttää 8 digitaalituloa, neljä analogista jännitetuloa, kolme tarkkuuselementtiä, vastuselementin ja neljä valikon elementtiä. Kun valitset valikosta Normaali, näyttö siirtyy tähän tilaan.

Suuri tila - valitaan koskettamalla mitä tahansa näytön elementtejä ja sen jälkeen Suuri. Kun tämä elementtityyppi on valittu, se on ainoa valittu tyyppi ja tämän tyyppiset elementit järjestetään uudelleen täyttämään koko näyttö.

Koko näytön tila - valitaan koskettamalla mitä tahansa näytön elementtejä ja sitten Koko näyttö. Kun tämä elementti on valittuna, se on ainoa näytettävä elementti, joka on järjestetty täyttämään koko näyttö, jolloin näkyvyys on mahdollisimman suuri.

Lisätoimintojen lisäämiseksi seuraavat rutiinit on lisättävä

"piirtämisrutiini", jota kutsutaan hakemaan kyseisen elementin tiedot, soita sopivaan näytön päivitysrutiiniin ja rekisteröi palautetut kosketustiedot

`` logiikka '', joka hyväksyy tiedot piirtorutiinista ja käyttää asianmukaisia näytönohjaimen rutiineja tietojen asettamiseen ruudulle ja palauttaa oikeat kosketustiedot piirretylle näytön alueelle

"setup" -rutiini, jota kutsutaan osana Arduino -asetusta

Muita rutiineja voidaan sisällyttää, mutta elementtikoodin välillä ei pitäisi olla keskinäistä riippuvuutta. Jos elementtiä ei ole otettu käyttöön, sen koodia ei pitäisi suorittaa ja yksinkertainen monitoiminen rakenne säilyttää eheytensä.

Vaihe 8: Arduinon kirjastojen muokkaaminen

Käyttämäni näyttö toimii erittäin hyvin Arduino Unon ja sille kirjoitettujen peruskirjastojen kanssa, mutta toimii hitaasti, kun se siirretään suoraan Arduino Megaan. Näytön ohjaamiseksi oikein on käytettävä eri datanastasarjaa ja tämä käyttömuutos on määritettävä kirjastoissa. Tämä on yksinkertainen muutos, jonka tekijä oli suunnitellut. Kuvat korostavat tehtyjä muutoksia.

Nämä kaksi tiedostoa tallennetaan MCUFRIEND_kbv / -apuohjelmakansioon mcufriend_shield.h ja mcufriend_special.h. Tarvittavat muutokset tehdään ensin "kilpi" -otsikkotiedostoon ensimmäisen rivin lukemisen varmistamiseksi

#määrittele USE_SPECIAL

varmistaaksesi, että erityinen otsikkotiedosto ladataan.

Erityinen otsikkotiedosto on myös päivitettävä, jotta rivi voidaan varmistaa

#define USE_MEGA_8BIT_PROTOSHIELD

on kommentoimaton.

Nämä kaksi muutosta tarkoittavat, että tämän näytön näyttökoodi toimii Arduino Megan nastoilla 20-29 Unon oletusarvoisen 3-10 sijasta.

Vaihe 9: Näyttökuvat

Olen laittanut näyttökuvia tänne, joten on helppo nähdä, mitä konsolin pitäisi tehdä. Seuraava osa viittaa koodin lataamiseen Arduinoon.

Ensimmäisessä näytössä näkyy `` normaali '' näyttö, jossa valikot ylhäällä, jännitemittaukset LHS: ssä, jännite- ja virtamittaukset RHS: ssä ja digitaalisen nastan tila alhaalla, punainen `` epätosi/matala '', vihreä `` tosi/korkea '' ''. Lopuksi keskellä on vastusmittaus.

Toisessa näytössä näkyvät digitaalitulot, jotka ovat käytössä suuressa tilassa, ja jokainen tulo näkyy selvästi.

Kolmas näyttö näyttää jännitetulot suuressa tilassa.

Vaihe 10: Arduino -koodin lataaminen

Koodi on liitteenä, mutta kuten aiemmin mainittiin, se julkaistaan githubille jossain vaiheessa ja sijainti lisätään tähän. Tärkein lähdekooditiedosto on Arduino_Workbench_v01.ino ja muut rutiinit tarjoavat erilaisia ominaisuuksia.

Jos kirjastoja on muutettu ok ja Arduino Mega2650 on asetettu kohdealustaksi Arduino IDE: ssä, koodin pitäisi kääntyä ensimmäistä kertaa.

Ladattavat kirjastot ovat Adafruit GFX- ja kosketusnäyttökirjastoja, jotka pitäisi olla saatavana Arduino -kirjastonhoitajalta, kopio MCUFRIEND_kbv -versiosta ladattavissa githubista ja INA3221: lle, SwitchDocLabs -kirjasto SDL_Arduino_INA3221, joka voidaan ladata myös githubista, molemmat tulevat nopeasti google -haulla.

Vaihe 11: Viimeiset kosketukset

Ajatuksena on käyttää sitä projektityössä, joten on tehty irrotettava paneeli, joka käsittää kiinnityspultit Arduino -levyille ja leipälevyn, joka on kiinnitetty kanteen tarranauhalla, jotta ne voidaan irrottaa ja jotta eri levyt voidaan tehdä sisältämään projekteja ja että laatikkoa voidaan käyttää uudelleen eri samanaikaisesti käynnissä oleviin projekteihin.

Odotan, että tämä on lähde muutamille ideoille tehdä jotain erilaista, parempaa tai molempia. Aion lisätä mainitsemiani lisäominaisuuksia ja lisätä ne, mutta jos tästä on apua, ota mitä haluat ja nauti. Jos sinulla on silmiinpistäviä ongelmia, kerro siitä minulle.

Juuri nyt aion ryhtyä käyttämään sitä, minulla on muutamia projekteja, joiden parissa työskennellä!