Et Arduino WiFi -nettverk (sensorer og aktuatorer) - fargesensoren: 4 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Hvor mange ganger i applikasjonene dine har du en sensor eller en aktuator langt fra deg? Hvor mye kan være behagelig å bruke bare en hovedenhet i nærheten av datamaskinen din for å administrere forskjellige slaveenheter som er koblet til via et wi-fi-nettverk?

I dette prosjektet vil vi se hvordan du konfigurerer et wi-fi-nettverk, sammensatt av en hovedmodul og en eller flere slaveenheter. Hver enhet vil bli drevet av en Arduino Nano og en NRF24L01 trådløs modul. Til slutt for å vise gjennomførbarheten av prosjektet lager vi et enkelt nettverk der en slave -modul kan oppdage en farge og overføre sin RGB -modell til hovedmodulen.

Trinn 1: Kommunikasjonsprotokollen

Grunnideen bak dette prosjektet er opprettelsen av et nettverk sammensatt av sensormoduler og aktuatormoduler, drevet av en hovedmodul som kommuniserer med slaven gjennom en wi-fi-tilkobling.

Hovedmodulen er koblet til datamaskinen via en seriell kommunikasjon, og den tilbyr et lite grensesnitt som lar brukeren søke i de tilkoblede enhetene, få en liste over mulige operasjoner for hver enhet og handle på dem. Så hovedmodulen trenger ikke på forhånd å vite hvor mange og hva slags enheter som er koblet til nettverket, men den er alltid i stand til å skanne og finne enhetene og motta informasjon fra dem som deres konfigurasjoner eller deres egenskaper. Brukeren kan hver gang legge til eller fjerne modulene fra nettverket og trenger bare en ny skanning av nettverket for å begynne å kommunisere med de nye enhetene.

I dette prosjektet viser vi et enkelt eksempel på nettverk sammensatt av en hovedmodul og av to slaver, den første er en "Led Module", eller rettere sagt en enkel modul, som kan slå på en LED (rød eller grønn), slå av disse lysdiodene eller sende informasjon om statusen til mesteren. Den andre er en "Sensor Color Module" som ved hjelp av fargesensoren (TCS3200) er i stand til å oppdage en farge og returnere RGB -modellen hvis den mottar en kommando fra en bruker (via en knapp) eller en forespørsel fra masteren hver enhet som brukes i dette prosjektet består av en trådløs modul (NRF24L01) og en Arduino Nano som administrerer den trådløse modulen og de andre enkle operasjonene. Mens "Led Module" inneholder to ekstra lysdioder og "Sensor Color Module" inneholder fargesensoren og en knapp.

Trinn 2: Master -modulen

Den viktigste modulen er "Master Module" som sagt, ved hjelp av et lite intuitivt grensesnitt, styrer den kommunikasjonen mellom bruker- og slavemoduler koblet til nettverket.

Maskinvaren til hovedmodulen er enkel og den består av få komponenter, spesielt er det en Arduino Nano som administrerer seriell kommunikasjon med datamaskinen og så med brukeren, og kommunikasjonen med de andre enhetene. Denne siste er opprettet av den trådløse modulen NRF24L01, som er koblet til Arduino -kortet ved hjelp av en SPI -kommunikasjon. Til slutt er det to lysdioder som skal gi brukeren en visuell tilbakemelding om data som kommer inn eller ut av modulen.

Elektronikkbrettet til hovedmodulen har en relativt liten størrelse, omtrent 65x30x25 mm, så den kan enkelt settes inn i en liten eske. Her er stl -filene i esken (øvre og nedre del).

Trinn 3: Led -modulen

"LED -modulen" monterer Arduino Nano NRF24L01 -modulen og fire lysdioder. Arduino og NRF24L01 -modulen brukes til å administrere kommunikasjonen med hovedmodulen, mens to av lysdiodene brukes til å gi brukeren en visuell tilbakemelding om innkommende og utgående data, og de to andre lysdiodene brukes til normale operasjoner.

Hovedoppgaven til denne modulen er å vise om nettverket fungerer, slik at brukeren kan slå på en av de to lysdiodene, slå dem av eller få sin nåværende status. Spesielt er denne modulen et slags bevis på konseptet, eller rettere sagt vi bestemte oss for å bruke den for å vise hvordan det er mulig å samhandle med aktuatorer og ved bruk av lysdioder med forskjellige farger er det mulig å teste driften av fargemodulen.

Trinn 4: Fargesensormodulen

Denne siste modulen er litt mer kompleks med hensyn til den andre, den inneholder faktisk den samme maskinvaren som de andre (Arduino Nano, NRF24L01 -modulen og de to visuelle tilbakemeldingslysene) og annen maskinvare for å oppdage fargen og administrere batteriet.

For å oppdage en farge og returnere RGB -modellen, bestemmer vi oss for å bruke TCS3200 -sensoren, dette er en liten og rimelig sensor som vanligvis brukes i denne typen applikasjoner. Den er sammensatt av en fotodioder og en strømfrekvensomformer. Matrisen inneholder 64 fotodioder, 16 har rødt filter, 16 grønt filter, 16 har det blå filteret og de siste 16 er klare uten filtre. Alle fotodioder med samme farge er parallellkoblet, og hver gruppe kan aktiveres med to spesielle pinner (S2 og S3). Strømfrekvensomformeren returnerer en firkantbølge med en driftssyklus på 50% og frekvens direkte proporsjonal med lysintensiteten. Hele utgangsfrekvensen kan skaleres med en av tre forhåndsinnstilte verdier via to kontrollinnganger (S0 og S1).

Modulen drives av et lite, to-cellers Li-Po-batteri (7,4V), og det administreres av Arduino. Spesielt er en av de to cellene koblet til en analog inngang for denne, og dette gjør at Arduino kan lese verdien av cellens kraft. Når strømnivået til cellen faller under en viss verdi, for å bevare batteriet, slår Arduino på en lysdiode, som advarer brukeren om å slå av enheten. For å slå enheten på eller av, er det en bryter som kobler batteriets positive pinne til Vin -pinnen på Arduino -kortet eller til en kontakt som deretter kan brukes av brukeren til å lade batteriet.

Når det gjelder hovedmodulen, har sensorens fargemodul liten størrelse (40x85x30), og den ble satt inn i en 3D -trykt eske.