Automaattiset kotiverhot - Mini -projekti MakerChipsin BluChip (nRF51 BLE) -moduulilla: 7 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Kuvittele, että heräät ja haluat saada auringonsäteen ikkunoistasi tai suljet verhot, jotta voit nukkua pidempään ilman vaivaa päästäksesi lähelle verhoja vaan pikemminkin napin painalluksella älypuhelimessasi. Automaattisen kotiverhojärjestelmän avulla voit saavuttaa tämän komponenteilla, jotka maksavat enintään 90 dollaria!

Katso tämä opetusohjelma Githubissa

Vaihe 1: Suunnittelu

Automaattisen kotiverhojärjestelmän ytimessä on MakerChipsin BluChip -moduuli.

BluChip on pieni 16,6 x 11,15 mm: n Bluetooth -moduuli, joka voi toimia oheislaitteena älypuhelimille BTLE: n kautta.

Napsauta tästä, jos haluat tutustua Bluetooth Low Energy (BTLE) -tekniikkaan.

Moduuli koostuu Nordic Semiconductorsin nRF51 SoC -laitteesta, joka on loistava alusta BLE -sovelluksille, koska se tukee monia integroituja ominaisuuksia sekä Android- että Apple -sovelluksissa.

Vaihe 2: BluChip Explorer Kit

Tämän projektin rakentamiseksi sain BluChip Explorer Kitin MakerChipsiltä, joka toimitettiin kahdessa erillisessä laatikossa, joista toinen oli tarkoitettu CMSIS-DAP-ohjelmoijalle ja toinen laatikko, joka sisälsi BluChip-levyn, jossa on 2 RGB-LEDiä, valokuvavastus ja CR2032-akku.

Kuten olet huomannut, BluChip -moduuli on erittäin pieni, joten se on täydellinen pieniin upotettuihin pienitehoisiin Bluetooth -projekteihin. Se mahtuu vain 6x4 0,1 tuuman otsikoihin leipälaudalla ja ylimääräiset 0,05 tuuman otsikot levyn yläosassa, melko vaikuttava kaupallisesti FCC -sertifioidulle paketille!

Tässä on joitain MakerChipsin verkkosivuston BluChipin tärkeimpiä ominaisuuksia:

• 14 Helppokäyttöiset GPIO -nastat
• ARM Cortex M0 32 -bittinen prosessori ja 256 kt flash ja 32 kt RAM
• 16,6 mm x 11,15 mm Pienin saatavilla oleva Bluetooth ® -moduuli
• Virtalähde tukee 1.8V - 3.6V

• Bluetooth -ominaisuudet

  • BTLE - Bluetooth Low Energy - (BLE, BT 4.1)
  • Bluetooth® ja Japani, FCC, IC -hyväksytty
  • Integroitu 32 MHz: n järjestelmäkello
  • Lähtöteho: +4dBm tyypillinen

  • Taajuus: 2402 - 2480 MHz

    Integroitu korkean suorituskyvyn kuvioantenni

  • Yhden tilan Bluetooth® Smart Slave/Master
• Tuetut liitännät: SPI, UART, I2C ja 8/9/10bit ADC
• Kaksi ohjelmointinappisarjaa
  • 0,05 tuuman otsikot helpottaa liittämistä CMSIS-DAP- ja J-Link-laitteisiin
  • .1 "otsikot leipälevyjen liitäntää varten
• Ohjelmistolla ohjattava punainen LED

Vaihe 3: NRF Connect -sovellus

Heti kun avaat BluChip -tutkimuslaatikon, huomaat sen heräävän vilkkuvilla LED -valoilla, varsin kiehtova näky, eikö totta?

Jos haluat nähdä, mitä tällä BLE -moduulilla on luvassa, siirry eteenpäin ja asenna nRF Connect -sovellus Google Playsta tai App Storesta.

Aiomme muodostaa yhteyden BluChipiin puhelimellamme, joten avaa nRF Connect -sovellus, selaa tervetulonäyttöä ja napauta Ota käyttöön ottaaksesi Bluetoothin käyttöön. Napauta seuraavaksi Skannaa ja huomaat pian, että BluChip -laitteesi on Skanneri -välilehden luettelossa.

Ennen kuin muodostamme yhteyden BluChipiin, hankitaan LED ja asetetaan se leipälevylle nastojen 026 (+ve) ja 021 (-ve) viereen. LED -valon pitäisi syttyä heti, koska nasta 026 antaa 3,3 V (logiikkataso HIGH), kun taas nasta 021 on logiikka LOW (Ground).

Siirry eteenpäin ja napauta Yhdistä muodostaaksesi yhteyden älypuhelimesi ja BluChipin välille, joka vie sinut laitteen asiakasvälilehdelle sovelluksessa.

BluChip -asiakasvälilehti näyttää kaikki laitteellasi saatavilla olevat palvelut. Olemme kiinnostuneita täällä BlueChip GPIO -palvelusta (lueteltu tuntemattomana palveluna). Napauta sitä ja napauta sitten ylöspäin osoittavaa nuolta GPIO Modulation Characteristic (lueteltu tuntemattomana) vieressä.

Kirjoitusarvon ponnahdusikkuna tulee näkyviin, jolloin voit lähettää tietoja BluChip -laitteellesi. Meidän tapauksessamme haluamme sammuttaa LED -valon, joten napauta BYTE ARRAY -kohdan vieressä olevaa nuolta ja muuta datamuoto UINT 8. Lähetämme PIN -numeron ensimmäiseksi arvoksi, joten syötä 21 pin021: lle. Napauta lisäarvoa lähettääksesi seuraavan datan, jonka tila on asetettava (hex -BYTE -muoto). Jos haluat sammuttaa LED -valon, asetamme nastan 021 arvoon 3.3V (logiikkataso korkea), joten kirjoita 01 ja napauta Lähetä.

LED sammuu heti! Jos haluat kytkeä LEDin takaisin päälle, lähetä arvo 0x00 (logiikkataso LOW) pin021: een. Kuten alla luetellun ominaisuuden alla näkyy lähetetty arvo (0x) 15-01. {[(desimaali UINT8) 21 = (hex BYTE) 0x15] + (hex BYTE) 0x01 => (hex BYTEs) 0x1501}

Jos päätät tallentaa nämä arvot Kirjoita arvo -ponnahdusikkunaan antamalla sille nimen ja napauttamalla sitten Tallenna, voit ladata ne tulevaisuudessa esiasetuksina helpon GPIO -modulaation saavuttamiseksi!

Vaihe 4: BluChipin ohjelmointi

Olisit huomannut yllä olevasta videosta, että puhelimessani oleva BluChip -laitteen nimi on erilainen kuin sinun, joten miten voimme muuttaa sen haluamallamme tavalla?

BluChipissä toimiva sovelluksen laiteohjelmisto toimii oheislaitteena (orjana) BLE: n kautta keskuslaitteisiin (päälaitteisiin), kuten siihen yhdistettyihin älypuhelimiin. Jos haluat muuttaa laitteemme nimeä, syvennymme vilkkuvaan sovellusohjelmistoon BluChip -laitteeseemme.

BluChip Explorer -sarjan mukana tulee ARM-ohjelmoija (CMSIS-DAP). MakerChips on tarjonnut siistin ohjeen siitä, miten CMSIS-DAP: n avulla BluChipiin ladattavan laiteohjelmiston tiedot.

Tarvitsemme Keilin, nRF51 -ohjelmistokehityssarjan (SDK) ja BluChip -laiteohjelmiston, jotta voimme kääntää laiteohjelmiston heksatiedostoon ja päivittää sen. Mene eteenpäin ja lataa ne MakerChipsin Ohjelmisto-osion linkistä MakerChipsin BluChip-ohjelmointi CMSIS-DAP- ja Keil-sivulla.

Asenna Keil ja noudata sitten "Heksatiedoston luominen" -osion vaiheita 1-3.

Tässä vaiheessa voit jatkaa vaiheeseen 4, Kaikkien kohdetiedostojen uudelleenrakentaminen.

Jos saat virheen "core_cm0.h" suhteen, sinun on lisättävä sen polku projektiin sen kääntämiseksi.

Meidän pitäisi yksinkertaisesti etsiä tiedosto ja etsiä sen hakemisto, joka on "\ components / toolchain / gcc".

Sisällytetään tämä polku projektiin. Napsauta Options for Target, siirry C/C ++ -välilehdelle ja lisää sitten polku kuvan 16 mukaisesti.

Kun tarvittavat riippuvuudet on sisällytetty, projektimme kääntää ja voimme nyt tarkastella koottua tulosta, mukautettua heksadesimaalitiedostoa osoitteessa "nRF51_SDK_10.0.0_dc26b5e / esimerkit / ble_peripheral / ble_app_ahc-master / bluchip / s110_with_dfu / arm4 / _buildnrf51422_xxac_"

Jos haluat vilkuttaa heksatiedoston BluChipiin, noudata kohdan "Heksatiedoston siirtäminen" vaiheita 1-8.

Nyt kun olet ladannut laiteohjelmiston BluChipiin mukautetun laitteen nimen kanssa, käynnistä nRF Connect -sovellus ja etsi laite. Huomaat, että se on nyt nimetty sen mukaan, mitä olet määrittänyt laiteohjelmistossa DEVICE_NAME!

Seuraavassa vaiheessa aloitamme automaattisen kotiverhojärjestelmämme laitteiston, elektroniikan ja ohjelmiston asentamisen.

Vaihe 5: Rakenna automaattiset verhot

Kun olemme tarkistaneet laiteohjelmistomme kokoamis- ja vilkkumisprosessin, siirrymme rakentamaan omia bluetooth -verhoja!

Askelmoottoria käytetään ajamaan jakohihnaa, joka siirtää verhot auki ja kiinni. Askelmoottoria ohjaa Half-H-ohjainpiiri, jota ohjaa BluChip.

Virtaksi käytämme 12 V AC-DC-jännitesäädintä, joka syötetään moottoriin, yhdessä LM317 DC-DC-jännitesäätimen kanssa 12 V: n pienentämiseksi 3,3 V: een, mikä syöttää virtaa BluChip- ja Stepper Driver IC -laitteisiin.

Voit hankkia oman BluChip -moduulin MakerChipsin upouudesta kaupasta Tindiessä tai MakerChips -verkkosivustolta.

Aloitetaan alla luetellut osat BluChip Explorer Kitin lisäksi automaattisten verhojen kokoamisen aloittamiseksi:

• 12V 1A virtalähde 3,40 dollaria
• Barrel Jack 0,68 dollaria
• LM317T jännitesäädin $ 0.80
• Vastukset (200 & 330 ohmia) 1,69 dollaria
• L293D -askelmoottorin ohjain 1,63 dollaria
• Yksinapainen askelmoottori 8,00 dollaria (tai 1,66 dollaria <= muokkaa tätä pienempää yksinapaista kaksisuuntaiseksi askelmoottoriksi)
• 6mm jakohihna $ 7.31
• 6 mm: n vaihde 0,54 dollaria (tai 3D -tulostettava Thingiversestä)
• 6 mm: n hihnapyörä 1,17 dollaria (tai 3D -tulostettava Thingiversestä)
• Rajakytkin x2 (valinnainen) 1,34 dollaria
• Projektikotelo (valinnainen) 1,06 dollaria
• Breadboard -hyppyjohdot 2,09 dollaria
• Dupont Jumper -johdot 2,80 dollaria
• Kuminauhat 1,13 dollaria
• Twist Ties $ 3.22
• 22 AWG -lanka (valinnainen) 1,22 dollaria
• Vetoketjut (valinnainen) 0,63 dollaria
• Kutisteputki (valinnainen) 1,97 dollaria

Työkalut (valinnainen):

• Kuuma liimapistooli 3,75 dollaria
• Juotosrauta 6,79 dollaria

Lataa Bill of Materials GitHubista (Amazon)

Kuva 20 osoittaa, miten aiot liittää järjestelmän sen mukaan, mitä ominaisuuksia haluat lisätä. Jos haluat tarkemman liikkeen, lisää projektiin rajakytkimet.

Rajakytkimet ovat verhojen päätepisteitä, jotka ilmoittavat BluChipille, kun se avataan tai suljetaan. Ilman rajakytkimiä sinun on määritettävä laiteohjelmisto ilmoittamaan, kuinka pitkälle verhot liikkuvat tulevassa "Laiteohjelmiston määritys" -osiossa.

Kuvassa 20 on myös valinnainen valokuvavastus, joka mahdollistaa päivän ja yön havaitsemisen.

Aloita laitteiston kokoaminen asentamalla askelmoottori, hihnapyörä ja jakohihna verhojesi yläosaan. (Kuva 21)

Kiristä jakohihna tilapäisesti kuminauhalla. Myöhemmin, ennen projektin suorittamista, aiot vetää sen yhteen, jotta se pysyy pysyvästi.

Jos haluat kiinnittää verhot hammashihnaasi, kierrä lankalenkit vyön ja verhon koukun ympärille.

Saadaksesi paremman käsityksen siitä, miten verhot kiinnitetään hihnaan, seuraa kuvaa 22. Sidot vasemman verhon jakohihnan taakse nippusiteellä ja oikean verhon jakohihnan etuosaan. nippusiteellä.

Kun vyö on kiinnitetty ja verho sidottu, irrota askelmoottori, jotta voimme alkaa koota ja testata sitä käyttävää elektroniikkapiiriä. Aloita elektroniikan rakentaminen asettamalla Bluchip-, L293d IC- ja LM317t -jännitesäädin leipälevylle kuvaan 20.

Aseta 200 & 330 ohmin vastukset kuvan 20 mukaisesti. Vastukset säätävät LM317: n lähtöä siten, että se tuottaa ~ 3.3V. (Kuva 24)

Työnnä hyppyjohdin ja langallinen piippuliitin kuvan 26 mukaisesti.

Kytke verkkolaite pistorasiaan ja kytke sovitin pistorasiaan testataksesi jännitteet kuvan 27 mukaisesti.

Kun oikeat jännitteet on varmistettu, irrota pistoke ja aloita jäljellä olevien leipälevyn hyppyjohtojen sijoittaminen kuvan 20 mukaisesti.

Seuraavaksi aiomme kytkeä kaksisuuntaisen askelmoottorimme L293d IC: hen.

Aseta ensin Dupont -hyppyjohdot askelmoottorin liittimeen, kuten kuvassa 29 on esitetty.

Jos haluat tietää, mikä johto menee minne, noudata kaaviota kuvassa 30.

Kuten kaaviosta nähdään, yhden kelan johtimet menevät L293D: n nastoihin 2 ja 6. Johdot toisesta kelasta menevät Pin11 ja Pin14.

Muutetussa 28BYJ-48-kaksisuuntaisessa askelmoottorissa on neljä käyttökelpoista värillistä johtoa, kuten kuvassa 31 näkyy.

Johdotamme sinisen nastaan Pin3, keltaisen Pin6: een, oranssin Pin11: een ja vaaleanpunaisen Pin14: een L293d: ssä.

Peruspiiri on nyt valmis!

Jos haluat käyttää rajakytkimiä, kytke NO & C -johtimet johtoon 22AWG. Kiinnitä toisessa päässä DuPont -puserot leipälevylle sopiviin johtoihin. (Kuva 32)

Voit asentaa ne verhotangolle kuvan 33 mukaisesti kuminauhoilla, tai jos sinulla on kuuma liimapistooli käsilläsi, voit vetää sen vetoketjulla kiskoon ja hieroa sen jälkeen runsaasti kuumaa liimaa, jotta se ei liiku noin.

Jos haluat käsityksen niiden sijoittamisesta, katso kuva 34.

Yksi rajakytkin on kiinnitetty verhotangon vasempaan päähän ensimmäisen kiskokoukun ja toisen väliin, niin että kun verhot avautuvat, koukku painaa kytkintä ja aktivoi sen. Toinen rajakytkin on sijoitettu suoraan kiskon keskelle vasemmalle päin. Näin se aktivoituu, kun verhot sulkeutuvat.

Aseta rajakytkimen johdot leipälevylle kuvan 20 mukaisesti.

Lopuksi, jos haluat, että verhot avautuvat auringon noustessa ja sulkeutuvat sen laskiessa, sinun on kytkettävä valokuvavastus kuvan 36 mukaisesti ja asetettava se lähelle kohtaa, johon se pääsee auringonvalolta aamunkoitteessa.

Kun olet valmis leipälautapiiriin, valmistaudu ja yhdistä ohjelmoija BluChipiin laiteohjelmiston päivittämiseksi. Lataa laiteohjelmisto GitHubista ja pura se SDK -hakemistoosi kuten aiemmin.

Lataa ble_app_ahc.zip Githubista.

Avaa projekti, käännä ja lataa laiteohjelmisto BluChipiin.

Ennen sen testaamista suljemme leipälaatikon laatikkoon ja teemme reikiä johtimille ja verhon tilan LED -valolle.

Aseta leipälauta kotelon pohjalle ja tee aukko johtimille. Aukko toimii myös pisteenä, jossa BluChip voi kommunikoida muiden laitteiden kanssa antenninsa kautta. (Kuva 37)

Poraa LED -kokoinen reikä kotelon sivulle ja asenna LED siihen. Kytke LED -valo kuvan 20 mukaisesti.

Etsi sopiva paikka kotelorasian kiinnittämiseen verhotangon vasemmalle puolelle, lähellä pistorasiaa. Asenna moottori ja suorita jakohihnan viimeinen kireystesti varmistaen, että siinä ei ole löysyyttä. (Kuva 39)

Nyt on aika testata koottua järjestelmäämme. Aseta verkkolaite paikalleen ja käynnistä nRF Connect -sovellus. Löydät laitteen nimeltä Curtains. BluChip.

Muodosta yhteys siihen, lähetä arvo UINT8 1 (avoimet verhot) tuntemattomalle ominaisuudelle kohdassa Tuntematon palvelu ja katso verhojen avautuvan!

Nyt kun olet testannut järjestelmäsi onnistuneesti, katsotaanpa joidenkin BluChip -ohjelmaa suorittavan koodin määrittämistä.

Vaihe 6: BluChip -laiteohjelmiston määritys

Automaattisen kotiverhon laiteohjelmistoprojekti koostuu pääasiassa neljästä tiedostosta: main.c, ahc.c, ble_ahc_service.c ja ble_ahc_service.h.

Elektroniikkaa ja laitteistoa rakennettaessa meillä oli mahdollisuus valita, halusimmeko rajakytkimiä parantaaksemme automaattisen järjestelmän tarkkuutta.

Ahc.h: n koodissa näkyy #define LIMIT_SWITCHES.

Koodin kääntäminen ja vilkkuminen #define LIMIT_SWITCHES -toiminnolla mahdollistaa molempien rajakytkimien käytön havaitsemaan, milloin verhot ovat avautuneet ja sulkeutuneet.

Sen nimeäminen uudelleen #undef LIMIT_SWITCHES on tarpeen, jos olet päättänyt olla sisällyttämättä projektisi rajakytkimiä. Tässä tapauksessa sinun on hienosäädettävä verhon matkaa muuttujissa CURTAIN_OPEN_STEPS ja CURTAIN_CLOSE_STEPS. Säädä näitä arvoja pidentääksesi tai lyhentääksesi verhon matkaetäisyyttä.

Toinen vaihtoehto, fotoresistorin lisääminen, voidaan ottaa käyttöön muuttamalla #undef LDR arvoksi #define LDR. LDR tarkoittaa valosta riippuvaista vastusta, joka tunnetaan myös nimellä fotoresistori. Kun otamme LDR: n käyttöön, valovastus tietää, milloin ulkona on kirkas tai pimeä, ja auttaa sinua sulkemaan tai avaamaan verhot päivän alussa tai lopussa.

Rajakytkimien ja valovastuksen määrittämisen lisäksi katsotaan joitain muita koodin päälohkoja, joiden avulla voit avata ja sulkea verhot automaattisesti.

Tiedostot ble_ahc_service.c & ble_ahc_service.h sisältävät koodin, joka välittää tietoja puhelimestasi BluChipiin.

Kun BluChip vastaanottaa tiedot, se jäsentää ne sen mukaan, lähetetäänkö 0 vai 1. Sen jälkeen se aktivoi tilan LED -valon, suorittaa moottorin liikkeen ja deaktivoi sitten LED -signaloinnin valmistumisen.

Ahc.h: n toiminto ahc_init () suoritetaan pääsilmukan alussa ja alustetaan kaikki BluChip -nastat.

Vaihe 7: Yhteenveto

Lopuksi totean, että tämä oli erittäin hauska ja melko helppo projekti oppia BLE -perusteet. Se, että BluChipin katkaisumoduuli sopii tiiviisti leipälevylle, tekee prototyypin nopeasta rakentamisesta todella helppoa kaikilla mahdollisilla leipälaudoilla.

Sanoisin, että automaattisten verhojen rakentamisen jälkeen olen jo ajatellut monia muita asioita, joilla BluChip voidaan kytkeä, mukaan lukien älykkäät neopikselit, OLED digitaalisen kellon luomiseksi, älypuhelimella ohjattu robotti ja monia muita pienitehoisia elektronisia projekteja ideoita, jotka vaatisivat kompaktin langattoman viestinnän!

Kaikki, jotka ovat kiinnostuneita elektroniikasta ja ohjelmoinnista, olisivat iloisesti yllättyneitä BluChipin tarjonnasta sekä BLE: n perustamisen ja toteuttamisen mukavuudesta, jotta projektit muuttuisivat vieläkin viileämmiksi.

Tällä hetkellä palaan nauttimaan kätevistä automaattisista kotiverhoistani.