Automatické domácí závěsy - mini projekt s modulem BluChip MakerChips (nRF51 BLE): 7 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Představte si, že se probudíte a budete chtít dostat paprsek slunečního světla do vašich oken nebo zavřít závěsy, abyste mohli spát dál, bez námahy dostat se blízko záclon, ale spíše stisknutím tlačítka na smartphonu. S automatizovaným systémem domácích závěsů toho docílíte pomocí komponent, které nestojí více než 90 $!

Podívejte se na tento tutoriál na Githubu

Krok 1: Design

Srdcem automatizovaného systému domácích opon je modul BluChip společnosti MakerChips.

BluChip je malý modul Bluetooth o rozměrech 16,6 x 11,15 mm, který může sloužit jako periferie smartphonů prostřednictvím BTLE.

Kliknutím sem zobrazíte úvod k Bluetooth Low Energy (BTLE).

Modul se skládá z nRF51 SoC od společnosti Nordic Semiconductors, skvělé platformy pro aplikace BLE, protože podporuje mnoho integrovaných funkcí v aplikacích pro Android i Apple.

Krok 2: Sada BluChip Explorer

K vybudování tohoto projektu jsem dostal sadu BluChip Explorer Kit od společnosti MakerChips, která dorazila ve 2 samostatných krabicích, jedna pro programátor CMSIS-DAP a další krabice obsahující BluChip na prkénku se 2 RGB LED diodami, fotoodporem a baterií CR2032.

Jak jste si všimli, modul BluChip je extrémně malý, takže je ideální pro malé vestavěné projekty s nízkým výkonem Bluetooth. Vejde se na stopu pouze 6x4 0,1 "záhlaví na prkénko a má další 0,05" záhlaví na horní straně desky, což je docela působivé pro komerčně certifikovaný balíček FCC!

Zde jsou některé klíčové funkce BluChip z webu MakerChips:

• 14 přístupných GPIO pinů
• 32bitový procesor ARM Cortex M0 a 256 kB flash a 32 kB RAM
• 16,6 mm x 11,15 mm Nejmenší dostupný modul Bluetooth ® na chléb
• Napájecí zdroj podporuje 1,8 V - 3,6 V.

• Funkce Bluetooth

  • BTLE - Bluetooth s nízkou spotřebou energie - (BLE, BT 4.1)
  • Kvalifikace Bluetooth® a Japan, FCC, IC
  • Integrované systémové hodiny 32 Mhz
  • Výstupní výkon: +4 dBm typicky

  • Frekvence: 2402 až 2480 MHz

    Integrovaná vysoce výkonná anténa

  • Single Mode Bluetooth® Smart Slave/Master
• Podporovaná rozhraní: SPI, UART, I2C a 8/9/10bit ADC

• Dvě sady programovacích pinů

  • .05 "záhlaví pro snadné připojení k zařízením CMSIS-DAP a J-Link
  • .1 "záhlaví pro propojení s prkénky
• Softwarově ovladatelná červená LED

Krok 3: Aplikace NRF Connect

Jakmile otevřete okno průzkumníka BluChip, uvidíte, že ožívá s blikajícími LED diodami, což je docela fascinující pohled, že?

Chcete -li zjistit, co je v obchodě s tímto modulem BLE, pojďme do toho a nainstalujte si aplikaci nRF Connect z Google Play nebo App Store.

Chystáme se připojit k BluChip pomocí našeho telefonu, takže otevřete aplikaci nRF Connect, procházejte uvítací obrazovku a klepnutím na Povolit zapněte Bluetooth. Dále klepněte na Skenovat a brzy zjistíte, že vaše zařízení BluChip je uvedeno na kartě Skener.

Než se k BluChipu skutečně připojíme, pořiďme si LEDku a umístíme ji na prkénko vedle pinů 026 (+ve) a 021 (-ve). LED by se měla okamžitě rozsvítit, protože pin 026 vydává 3,3 V (logická úroveň VYSOKÁ), zatímco pin 021 je logický NÍZKÝ (uzemnění).

Pokračujte a klepnutím na Připojit navažte spojení mezi smartphonem a BluChipem, které vás poté přenese na kartu klienta zařízení v aplikaci.

Karta klienta BluChip zobrazuje všechny služby dostupné ve vašem zařízení. Nás zde zajímá služba BlueChip GPIO (uvedená jako Neznámá služba). Klepněte na něj a potom klepněte na šipku směřující nahoru vedle GPIO Modulation Characteristics (uvedena jako Unknown Characteristic).

Zobrazí se vyskakovací okno se zapisovací hodnotou, které vám dává možnost odeslat data do vašeho zařízení BluChip. V našem případě chceme LED vypnout, takže klepněte na šipku vedle BYTE ARRAY a změňte formát dat na UINT 8. Jako první hodnotu pošleme číslo pinu, takže pro pin021 zadejte 21. Klepnutím na přidanou hodnotu odešlete další kus dat, jejichž stav má být pin nastaven (hexadecimální formát BYTE). Chcete -li vypnout LED, nastavíme pin 021 na 3,3 V (logická úroveň vysoká), zadejte tedy 01 a potom klepněte na Odeslat.

LED okamžitě zhasne! Chcete -li LED znovu zapnout, odešlete na pin021 hodnotu 0x00 (logická úroveň LOW). Jak je vidět pod uvedenou charakteristikou, je zobrazena odeslaná hodnota (0x) 15-01. {[(decimal UINT8) 21 = (hex BYTE) 0x15] + (hex BYTE) 0x01 => (hex BYTEs) 0x1501}

Pokud zvolíte uložení těchto hodnot do vyskakovacího okna Zápis hodnoty, pojmenujete jej a poté klepnete na Uložit, můžete je v budoucnu načíst jako předvolby pro snadnou modulaci GPIO!

Krok 4: Programování BluChip

Z výše uvedeného videa jste si všimli, že název zařízení BluChip v mém telefonu se liší od vašeho, jak jej tedy změníme podle našich představ?

Firmware aplikace běžící na BluChip slouží jako periferní zařízení (slave) přes BLE k centrálním zařízením (master), jako jsou k němu připojené smartphony. Chcete -li změnit název našeho zařízení, podívejme se na blikající firmware aplikace na náš BluChip.

Součástí sady BluChip Explorer je programátor ARM (CMSIS-DAP). MakerChips poskytl úhledný návod na podrobnosti o přenosu firmwaru na BluChip pomocí CMSIS-DAP.

Ke kompilaci firmwaru do hexadecimálního souboru a jeho flashování budeme potřebovat Keil, nRF51 Software Development Kit (SDK) a firmware BluChip. Pokračujte a stáhněte si je z odkazů v sekci "Software" na stránce MakerChips Programování BluChip pomocí CMSIS-DAP a stránky Keil.

Nainstalujte Keil a poté postupujte podle kroků 1-3 v části „Vytvoření šestihranného souboru“.

V tomto okamžiku můžete pokračovat krokem 4, Přestavba všech cílových souborů.

Pokud se vám zobrazí chyba týkající se „core_cm0.h“, budete muset k jeho kompilaci přidat jeho cestu k projektu.

Jednoduše bychom potřebovali soubor vyhledat a najít jeho adresář, což je „\ components / toolchain / gcc“.

Pojďme zahrnout tuto cestu k našemu projektu. Klikněte na Možnosti pro cíl, přejděte na kartu C/C ++ a poté zahrňte cestu, jak ukazuje obrázek 16.

Po zahrnutí nezbytných závislostí se náš projekt zkompiluje a nyní můžeme zobrazit kompilovaný výstup, vlastní hexadecimální soubor na „nRF51_SDK_10.0.0_dc26b5e / examples / ble_peripheral / ble_app_ahc-master / bluchip / s110_with_dfu / arm4 / _buildnrf51422_xxac_s110.hex.

Chcete-li nahrát hexadecimální soubor na BluChip, postupujte podle kroků 1-8 v části „Přenos hexadecimálního souboru“.

Nyní, když jste na BluChip nahráli firmware s vlastním názvem zařízení, spusťte aplikaci nRF Connect a vyhledejte své zařízení. Všimněte si, že je nyní pojmenován podle toho, co jste definovali v DEVICE_NAME ve firmwaru!

V dalším kroku začneme nastavovat hardware, elektroniku a software našeho automatizovaného systému domácí opony.

Krok 5: Sestavení automatizovaných záclon

Poté, co jsme zkontrolovali proces kompilace a blikání našeho firmwaru, přejdeme k budování našich vlastních bluetooth záclon!

K pohonu rozvodového řemene bude použit krokový motor, který pohybuje závěsy otevřenými a zavřenými. Krokový motor je poháněn integrovaným obvodem ovladače Half-H, který bude řízen zařízením BluChip.

Pro napájení použijeme 12V napěťový regulátor AC-DC, který je napájen do motoru, spolu s regulátorem napětí DC-DC LM317 ke snížení napětí 12 V na 3,3 V, které bude napájet integrovaný obvod ovladače BluChip a Stepper Driver.

Vlastní modul BluChip můžete získat ve zcela novém obchodě MakerChips na Tindie nebo na webových stránkách MakerChips.

Pojďme získat součásti uvedené níže kromě sady BluChip Explorer Kit, abychom mohli začít montovat automatické závěsy:

• 12V 1A napájecí adaptér 3,40 $
• Barrel Jack 0,68 $
• Regulátor napětí LM317T 0,80 USD
• Rezistory (200 a 330 ohmů) 1,69 USD
• Krokový ovladač L293D za 1,63 $
• Unipolární krokový motor 8,00 $ (nebo 1,66 $ <= upravit tento menší unipolární na bipolární stepper)
• 6mm rozvodový řemen 7,31 $
• 6mm Gear 0,54 $ (nebo 3D tisk z Thingiverse)
• 6 mm kladka 1,17 $ (nebo 3D tisk z Thingiverse)
• Koncový spínač x2 (volitelně) 1,34 $
• Box pro uzavření projektu (volitelně) 1,06 $
• Drátěné propojovací vodiče 2,09 $
• Dupont Jumper Wires 2,80 $
• Gumové pásky 1,13 $
• Twist Ties 3,22 $
• 22 AWG Wire (volitelně) 1,22 $
• Kravaty na zip (volitelně) 0,63 $
• Smršťovací trubice (volitelně) 1,97 $

Nástroje (volitelné):

• Pistole na lepidlo 3,75 $
• Páječka 6,79 $

Stáhněte si kusovník z GitHub (Amazon)

Obrázek 20 ukazuje, jak se chystáte zapojit systém, podle toho, jaké funkce se rozhodnete přidat. Pokud chcete přesnější pohyb, přidali byste do projektu koncové spínače.

Koncové spínače jsou koncovými body závěsů, které informují BluChip o jeho otevření nebo zavření. Bez koncových spínačů byste museli v nadcházející sekci „Konfigurace firmwaru“nakonfigurovat firmware tak, aby indikoval, jak daleko se vaše závěsy pohybují.

Obrázek 20 také obsahuje volitelný fotografický odpor, který umožňuje detekci dne a noci, také konfigurovatelný v sekci „Konfigurace firmwaru“.

Začněte s montáží hardwaru montáží krokového motoru, řemenice a rozvodového řemene na horní část záclon. (Obrázek 21)

Dočasně napněte rozvodový řemen gumičkou. Později, před dokončením projektu, ho spojíte zipem, abyste ho udrželi natrvalo.

Chcete -li závěsy připevnit k rozvodovému řemenu, omotejte kolem řemene a závěsného háčku poutka.

Chcete -li získat lepší představu o tom, jak připojit závěsy k řemenu, postupujte podle obrázku 22. Levou záclonu přivázáte k zadní části rozvodového řemene pomocí drátěného pásku a pravou oponu k přední části rozvodového řemene s vázací páskou.

Jakmile zajistíte pás a zavěsíte závěs, sejměte krokový motor, abychom mohli začít sestavovat a testovat elektronický obvod, který ho bude pohánět. Začněte stavět elektroniku umístěním regulátoru napětí Bluchip, L293d IC a LM317t na prkénko podle k obrázku 20.

Vložte odpory 200 a 330 ohmů podle obrázku 20. Rezistory upravují výstup LM317 tak, aby poskytoval ~ 3,3V. (Obrázek 24)

Zasuňte propojovací kabel a poté kabelový konektor podle obrázku 26.

Zapojte napájecí adaptér do zásuvky ve zdi a zapojte adaptér do válcového konektoru, abyste otestovali napětí, jak je vidět na obrázku 27.

Jakmile byla zjištěna správná napětí, odpojte napájecí konektor a začněte umísťovat zbývající propojovací vodiče podle obrázku 20.

Dále připojíme náš bipolární krokový motor k IC L293d.

Nejprve umístěte propojovací vodiče Dupont do konektoru krokového motoru, jak ukazuje obrázek 29.

Chcete -li zjistit, kudy vede drát, postupujte podle schématu na obrázku 30.

Jak je vidět na schématu, svody z jedné cívky vedou na Pin2 a Pin6 na L293D. Vývody z druhé cívky jdou na Pin11 a Pin14.

Upravený bipolární krokový motor 28BYJ-48 má čtyři použitelné barevné vodiče, jak je vidět na obrázku 31.

Na L293d připojíme modrý na Pin3, žlutý na Pin6, oranžový na Pin11 a růžový na Pin14.

Základní obvody jsou nyní kompletní!

Pokud chcete implementovat koncové spínače, zapojte vodiče NO & C k nějakému vodiči 22AWG. Na druhém konci připojte propojky DuPont a vytvořte vývody, které se vejdou na prkénko. (Obrázek 32)

Můžete je připevnit na záclonovou lištu, jak je znázorněno na obrázku 33, pomocí gumových pásků, nebo pokud máte po ruce horkou lepicí pistoli, můžete ji na lištu připevnit zipem a poté nanést dobré množství horkého lepidla, aby se zajistilo, že se nepohybuje kolem.

Chcete -li získat představu o tom, kam je umístit, podívejte se na obrázek 34.

Jeden koncový spínač je připevněn k úplně levému konci závěsové kolejnice, mezi prvním kolejnicovým hákem a druhým, takže když se závěsy rozepnou, hák zatlačí na spínač a aktivuje jej. Druhý koncový spínač je umístěn přímo ve středu kolejnice, směrem doleva. Tímto způsobem se aktivuje, když se zavřou závěsy.

Podle obrázku 20 zasuňte přívody koncových spínačů na prkénko.

Konečně, pokud chcete, aby se vaše závěsy rozevíraly, když vychází slunce, a zavíraly se při západu slunce, budete muset zapojit fotorezistor, jak je znázorněno na obrázku 36, a nastavit jej blízko místa, kde má za úsvitu přístup ke slunečnímu světlu.

Až budete hotovi s nastavením obvodů na prkénku, připravte se a připojte svůj programátor k BluChip a proveďte aktualizaci firmwaru. Stáhněte si firmware z GitHubu a extrahujte jej do svého adresáře SDK jako dříve.

Stáhněte si ble_app_ahc.zip z Githubu.

Otevřete projekt, poté zkompilujte a nahrajte firmware do BluChip.

Před testováním uzavřeme prkénko do krabice a uděláme otvory pro dráty a naši LED diodu stavu opony.

Umístěte prkénko na základnu skříně skříně a vytvořte otvor pro dráty. Otvor také slouží jako bod pro komunikaci BluChip s jinými zařízeními prostřednictvím jeho antény. (Obrázek 37)

Na straně skříně vyvrtejte otvor o velikosti LED a namontujte na něj LED. Připojte LED podle obrázku 20.

Najděte vhodné místo pro montáž skříně skříně nalevo od záclonové lišty, v blízkosti elektrické zásuvky. Znovu namontujte motor a proveďte závěrečný test napnutí rozvodového řemene a ujistěte se, že nedochází k vůli. (Obrázek 39)

Nyní je čas vyzkoušet náš sestavený systém. Připojte napájecí adaptér a spusťte aplikaci nRF Connect. Objevíte zařízení s názvem Curtains. BluChip.

Připojte se k němu, odešlete hodnotu UINT8 1 (Otevřené závěsy) do neznámé charakteristiky v části Neznámá služba a sledujte, jak se závěsy otevírají!

Nyní, když jste úspěšně otestovali svůj systém, pojďme se podívat na konfiguraci části kódu, na kterém běží show na BluChip.

Krok 6: Konfigurace firmwaru BluChip

Firmware projektu Automated Home Curtain se skládá převážně ze 4 souborů: main.c, ahc.c, ble_ahc_service.c & ble_ahc_service.h.

Při stavbě elektroniky a hardwaru jsme měli možnost zvolit si, zda chceme koncové spínače zvýšit přesnost našeho automatizovaného systému.

V kódu z ahc.h vidíme #define pro LIMIT_SWITCHES.

Kompilace a blikání kódu pomocí #define LIMIT_SWITCHES umožňuje použití obou koncových spínačů k detekci otevření a zavření závěsů.

Pokud jste se rozhodli pro svůj projekt nezahrnout koncové spínače, je třeba jej přejmenovat na #undef LIMIT_SWITCHES. V takovém případě byste museli doladit vzdálenost, na kterou vaše opona cestuje, v proměnných CURTAIN_OPEN_STEPS a CURTAIN_CLOSE_STEPS. Upravením těchto hodnot prodloužíte nebo zkrátíte dráhu pojezdu opony.

Druhou možnost, přidání fotorezistoru, lze povolit úpravou #undef LDR na #define LDR. LDR znamená rezistor závislý na světle, známý také jako fotorezistor. Když povolíme LDR, fotorezistor pozná, zda je venku jasno nebo tma, a pomůže vám zavřít nebo otevřít závěsy na začátku nebo na konci dne.

Kromě konfigurace koncových spínačů a fotorezistoru se podívejme na některé další hlavní bloky kódu, které vám umožňují automaticky otevírat a zavírat závěsy.

Soubory ble_ahc_service.c & ble_ahc_service.h obsahují kód, který přenáší data z vašeho telefonu do BluChip.

Když BluChip data přijme, analyzuje je podle toho, zda je odesláno 0 nebo 1. Poté aktivuje stavovou LED, provede pohyb motoru a poté deaktivuje signalizaci dokončení LED.

Funkce ahc_init () z ahc.h je spuštěna na začátku hlavní smyčky a inicializuje všechny piny na BluChip.

Krok 7: Shrnutí

Na závěr to byl velmi zábavný a poměrně snadný projekt, jak se naučit základy BLE. Skutečnost, že modul BluChip Breakout se pohodlně vejde na prkénko, umožňuje opravdu snadné rychlé prototypování na libovolném prkénku, které můžete mít kolem sebe.

Řekl bych, že po vybudování automatizovaných záclon jsem už přemýšlel o různých dalších věcech, se kterými bych mohl BluChip spojit, včetně chytrých neopixelů, OLED pro vytvoření digitálních hodinek, robota ovládaného chytrým telefonem a mnoha dalších nízkoenergetických elektronických projektů. nápady, které by vyžadovaly kompaktní bezdrátovou komunikaci!

Každý, kdo se živě zajímá o elektroniku a programování, by byl příjemně překvapen tím, co může BluChip nabídnout, a také pohodlností nastavení a implementace BLE, aby se projekty staly ještě chladnějšími.

Od této chvíle se vrátím k tomu, abych si užíval své praktické automatizované domácí závěsy.