پرده های خانگی خودکار - پروژه کوچک با MakerChips’BluChip (nRF51 BLE) ماژول: 7 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

تصور کنید که از خواب بیدار شده اید و می خواهید یک تابش نور خورشید را از پنجره های خود عبور دهید ، یا پرده ها را ببندید تا بتوانید بیشتر بخوابید ، بدون تلاش برای نزدیک شدن به پرده ها ، بلکه با فشار دادن یک دکمه در تلفن هوشمند خود. با استفاده از سیستم پرده اتوماتیک خانگی ، می توانید با قطعاتی که بیش از 90 دلار هزینه ندارند به این هدف برسید!

این آموزش را در Github ببینید

مرحله 1: طراحی

در قلب سیستم پرده خانگی خودکار ماژول BluChip MakerChips قرار دارد.

BluChip یک ماژول کوچک 16.6x11.15mm بلوتوث است که می تواند به عنوان یک وسیله جانبی برای تلفن های هوشمند از طریق BTLE عمل کند.

برای آشنایی با Bluetooth Low Energy (BTLE) اینجا را کلیک کنید.

این ماژول شامل یک nRF51 SoC توسط Nordic Semiconductors است ، یک بستر عالی برای برنامه های BLE ، زیرا از بسیاری از ویژگی های یکپارچه در برنامه های Android و Apple پشتیبانی می کند.

مرحله 2: BluChip Explorer Kit

برای ساخت این پروژه ، من BluChip Explorer Kit را از MakerChips دریافت کردم که در 2 جعبه جداگانه قرار داشت ، یکی برای برنامه نویس CMSIS-DAP و یک جعبه دیگر که حاوی BluChip روی تخته نان با 2 LED RGB ، یک مقاومت در برابر عکس و یک باتری CR2032 بود.

همانطور که متوجه شده اید ، ماژول BluChip بسیار کوچک است و آن را برای پروژه های کوچک بلوتوث کم قدرت کم مناسب می کند. این بر روی ردپای 6x4 0.1 اینچ سربرگ روی یک تخته نان جا می گیرد و دارای هدرهای 0.05 اینچی اضافی در بالای صفحه است ، که برای یک بسته تجاری دارای مجوز FCC بسیار چشمگیر است!

در اینجا برخی از ویژگی های کلیدی BluChip از وب سایت MakerChips آمده است:

• 14 پین GPIO قابل دسترسی
• پردازنده ARM Cortex M0 32bit و فلش 256KB و RAM 32KB
• 16.6 میلی متر در 11.15 میلی متر کوچکترین ماژول بلوتوث-قابل سوار بر نان موجود است
• منبع تغذیه از 1.8V - 3.6V پشتیبانی می کند

• ویژگی های بلوتوث

  • BTLE - بلوتوث کم مصرف - (BLE ، BT 4.1)
  • Bluetooth® و ژاپن ، FCC ، IC واجد شرایط هستند
  • ساعت سیستم 32 مگاهرتز
  • قدرت خروجی: +4dBm معمولی

  • فرکانس: 2402 تا 2480 مگاهرتز

    آنتن یکپارچه با الگوی عملکرد بالا

  • Single Mode Bluetooth® Smart Slave/Master
• رابط های پشتیبانی شده: SPI ، UART ، I2C و ADC 8/9/10bit

• دو مجموعه پین برنامه نویسی

  • .05 "هدر برای اتصال آسان به دستگاه های CMSIS-DAP و J-Link
  • سربرگ های.1 "برای ارتباط با تخته نان
• LED قرمز قرمز نرم افزاری قابل کنترل

مرحله 3: برنامه اتصال NRF

به محض باز کردن جعبه کاوشگر BluChip ، می بینید که با LED های چشمک زن زنده می شود ، یک منظره بسیار جذاب ، اینطور نیست؟

برای مشاهده آنچه در این ماژول BLE ذخیره شده است ، اجازه دهید برنامه nRF Connect را از Google Play یا App Store نصب کنید.

ما قصد داریم با گوشی خود به BluChip متصل شویم ، بنابراین برنامه nRF Connect را باز کنید ، در صفحه خوش آمد گویی مرور کنید و روی Enable ضربه بزنید تا بلوتوث روشن شود. بعد ، روی Scan ضربه بزنید و به زودی متوجه می شوید که دستگاه BluChip شما در زبانه Scanner فهرست شده است.

قبل از اینکه واقعاً به BluChip متصل شویم ، بیایید یک LED بگیریم و آن را روی نان کنار پین های 026 (+ve) و 021 (-ve) قرار دهیم. چراغ LED باید فوراً روشن شود زیرا پین 026 خروجی 3.3 ولت (سطح منطقی HIGH) در حالی که پین 021 منطق پایین (Ground) است.

برای برقراری ارتباط بین تلفن هوشمند خود و BluChip ، روی اتصال ضربه بزنید ، که سپس شما را به برگه سرویس گیرنده دستگاه در برنامه می برد.

برگه سرویس گیرنده BluChip تمام خدمات موجود در دستگاه شما را نمایش می دهد. آنچه ما در اینجا به آن علاقه داریم خدمات BlueChip GPIO (ذکر شده به عنوان سرویس ناشناخته) است. روی آن ضربه بزنید و سپس روی پیکان رو به بالا در کنار ویژگی مدولاسیون GPIO (ذکر شده به عنوان ویژگی ناشناخته) ضربه بزنید.

یک پنجره مقدار نوشتن ظاهر می شود و به شما این امکان را می دهد که داده ها را به دستگاه BluChip خود ارسال کنید. در مورد ما ، ما می خواهیم LED را خاموش کنیم ، بنابراین روی پیکان کنار BYTE ARRAY ضربه بزنید و قالب داده را به UINT 8 تغییر دهید. ما شماره پین را به عنوان اولین مقدار ارسال می کنیم ، بنابراین 21 را برای pin021 وارد کنید. برای ارسال قطعه بعدی داده که وضعیت آن باید پین تنظیم شود (قالب hex BYTE) ، روی مقدار افزودن ضربه بزنید. برای خاموش کردن LED ، پین 021 را روی 3.3V (سطح منطقی بالا) تنظیم می کنیم ، بنابراین 01 را وارد کرده و روی ارسال ضربه بزنید.

LED آنی خاموش می شود! برای روشن کردن مجدد LED ، مقدار 0x00 (سطح منطقی LOW) را به pin021 ارسال کنید. همانطور که در زیر مشخص شده است ، مقدار ارسال شده (0x) 15-01 نمایش داده می شود. {[(اعشاری UINT8) 21 = (hex BYTE) 0x15] + (hex BYTE) 0x01 => (BYTE های شش ضلعی) 0x1501}

اگر این مقادیر را در پنجره نوشتن مقدار با نامگذاری ذخیره کنید و سپس روی ذخیره ضربه بزنید ، می توانید آنها را در آینده به عنوان پیش تنظیم برای سهولت تعدیل GPIO بارگذاری کنید!

مرحله 4: برنامه نویسی BluChip

از ویدیوی بالا متوجه شده اید که نام دستگاه BluChip در تلفن من با نام شما متفاوت است ، بنابراین چگونه می توانیم آن را مطابق میل خود تغییر دهیم؟

سیستم عامل برنامه ای که بر روی BluChip اجرا می شود به عنوان یک دستگاه جانبی (برده) روی BLE به دستگاه های مرکزی (اصلی) مانند تلفن های هوشمند متصل به آن عمل می کند. برای تغییر نام دستگاه ، بیایید سیستم عامل برنامه را روی BluChip خود چشمک بزنیم.

همراه با کیت BluChip Explorer ARM Programmer (CMSIS-DAP) است. MakerChips راهنمای دقیق نحوه انجام کار در مورد جزئیات چشمک زدن سیستم عامل بر روی BluChip با CMSIS-DAP را ارائه کرده است.

برای کامپایل سیستم عامل در یک فایل hex و فلش کردن آن ، به Keil ، nRF51 Software Development Kit (SDK) و سیستم عامل BluChip نیاز داریم. پیش بروید و آنها را از پیوندهای بخش "نرم افزار" در MakerChips 'Programming the BluChip with CMSIS-DAP و صفحه Keil بارگیری کنید.

Keil را نصب کنید ، سپس مراحل 1-3 را در بخش "ایجاد پرونده Hex" دنبال کنید.

در این مرحله ، می توانید به مرحله 4 ، بازسازی همه فایل های هدف ، ادامه دهید.

اگر خطایی در مورد "core_cm0.h" دریافت کردید ، باید مسیر آن را به پروژه اضافه کنید تا آن را کامپایل کنید.

ما فقط باید فایل را جستجو کرده و فهرست آن را که "\ component / toolchain / gcc" است پیدا کنیم.

بیایید این مسیر را به پروژه خود اضافه کنیم. روی Options for Target کلیک کنید ، به برگه C/C ++ بروید و سپس مسیری را که در شکل 16 نشان داده شده است ، وارد کنید.

پس از درج وابستگی های لازم ، پروژه ما کامپایل می شود و اکنون می توانیم خروجی کامپایل شده ، یک فایل شش ضلعی سفارشی را در "nRF51_SDK_10.0.0_dc26b5e / example / ble_peripheral / ble_app_ahc-master / bluchip / s110_with_dfu / arm4 / _buildnrf51422_xxac_".

برای فلش کردن فایل شش ضلعی بر روی BluChip ، مراحل 1-8 را در بخش "انتقال پرونده Hex" دنبال کنید.

اکنون که سیستم عامل را با نام دستگاه سفارشی روی BluChip بارگذاری کرده اید ، برنامه nRF Connect را روشن کرده و دستگاه خود را اسکن کنید. متوجه خواهید شد که نام آن اکنون بر اساس آنچه در DEVICE_NAME در سیستم عامل تعریف کرده اید ، نامگذاری شده است!

در مرحله بعدی ، ما راه اندازی سخت افزار ، قطعات الکترونیکی و نرم افزار سیستم پرده اتوماتیک خانه را آغاز می کنیم.

مرحله 5: ساخت پرده های خودکار

پس از بررسی فرآیند جمع آوری و چشمک زدن سیستم عامل خود ، بیایید به سراغ ساخت پرده های بلوتوث خود برویم!

یک موتور پله ای برای رانندگی تسمه تایم استفاده می شود که پرده ها را باز و بسته می کند. موتور پله ای توسط IC درایور Half-H هدایت می شود که توسط BluChip کنترل می شود.

برای تغذیه ، ما از یک تنظیم کننده ولتاژ 12V AC-DC که به موتور تغذیه می شود ، به همراه یک تنظیم کننده ولتاژ LM317 DC-DC برای کاهش 12 ولت به 3.3 ولت استفاده می کنیم که باعث تغذیه IC BluChip و Stepper Driver می شود.

شما می توانید ماژول BluChip خود را از فروشگاه جدید MakerChips در Tindie یا از وب سایت MakerChips تهیه کنید.

بیایید قطعات ذکر شده در زیر را علاوه بر کیت BluChip Explorer برای شروع مونتاژ پرده های خودکار تهیه کنیم:

• آداپتور برق 12 ولت 1 آمپر 3.40 دلار
• بشکه جک 0.68 دلار
• تنظیم کننده ولتاژ LM317T 0.80 دلار
• مقاومت (200 و 330 اهم) 1.69 دلار
• L293D Stepper Driver 1.63 دلار
• پله موتور تک قطبی 8.00 دلار (یا 1.66 دلار <= تغییر این تک قطبی کوچکتر به پله دوقطبی)
• تسمه تایم 6 میلی متری 7.31 دلار
• دنده 6 میلی متری 0.54 دلار (یا قابل چاپ سه بعدی از Thingiverse)
• قرقره 6 میلی متری 1.17 دلار (یا قابل چاپ سه بعدی از Thingiverse)
• Limit Switch x2 (اختیاری) 1.34 دلار
• جعبه محوطه پروژه (اختیاری) 1.06 دلار
• Breadboard Jumper Wires 2.09 دلار
• سیم دوپون جامپر 2.80 دلار
• نوارهای لاستیکی 1.13 دلار
• Twist Ties 3.22 دلار
• 22 سیم AWG (اختیاری) 1.22 دلار
• کراوات زیپی (اختیاری) 0.63 دلار
• لوله کوچک (اختیاری) 1.97 دلار

ابزارها (اختیاری):

• تفنگ چسب داغ 3.75 دلار
• لحیم آهن 6.79 دلار

بارنامه مواد را از GitHub (آمازون) بارگیری کنید

شکل 20 نشان می دهد که چگونه می خواهید سیستم را متصل کنید ، بسته به اینکه چه ویژگی هایی را برای افزودن انتخاب کنید. اگر می خواهید حرکت دقیق تری داشته باشید ، کلیدهای محدود را به پروژه اضافه می کنید.

سوئیچ های محدود نقطه انتهایی پرده هایی هستند که هنگام باز یا بسته شدن BluChip به آن اطلاع می دهند. بدون سوئیچ های محدود ، باید سیستم عامل را پیکربندی کنید تا نشان دهد که پرده های شما در قسمت "پیکربندی Firmware" آینده چقدر حرکت می کند.

شکل 20 همچنین شامل یک مقاومت عکس اختیاری است که امکان تشخیص روز و شب را فراهم می کند ، همچنین در قسمت "پیکربندی سیستم عامل" قابل تنظیم است.

مونتاژ سخت افزار را با نصب موتور پله ای ، قرقره و تسمه زمان بندی در بالای پرده شروع کنید. (شکل 21)

تسمه تایم را به طور موقت با نوار لاستیکی محکم کنید. بعداً ، قبل از اتمام پروژه ، می خواهید آن را به صورت زیپی ببندید تا به طور دائمی نگه داشته شود.

برای اتصال پرده ها به تسمه تایم خود ، Wire Ties را دور کمربند و قلاب پرده حلقه کنید.

برای درک بهتر نحوه اتصال پرده ها به کمربند ، شکل 22 را دنبال کنید. پرده سمت چپ را با یک کراوات سیمی به پشت تسمه تایم و پرده سمت راست را به جلوی تسمه تایم می بندید. با کراوات سیمی

هنگامی که کمربند را محکم می کنید و پرده را می بندید ، موتور پله ای را بردارید تا بتوانیم مدار الکترونیکی که آن را هدایت می کند را مونتاژ و آزمایش کنیم. با قرار دادن Bluchip ، L293d IC و تنظیم کننده ولتاژ LM317t بر روی تخته بر اساس موارد زیر ، شروع به ساختن وسایل الکترونیکی کنید. به شکل 20

مطابق شکل 20. مقاومتهای 200 و 330 اهم را وارد کنید. مقاومتها خروجی LM317 را طوری تنظیم می کنند که 3.3 ولت ~ را تأمین کند. (شکل 24)

همانطور که در شکل 26 نشان داده شده ، سیم جامپر و سپس جک بشکه سیمی را وارد کنید.

بیایید آداپتور برق خود را به پریز دیواری وصل کنیم و آداپتور را به جک بشکه وصل کنیم تا ولتاژها را همانطور که در شکل 27 مشاهده می شود آزمایش کنید.

پس از مشخص شدن ولتاژهای صحیح ، جک پاور را برداشته و طبق شکل 20 سیم های باقی مانده جامپر را کنار بگذارید.

در مرحله بعد ، ما قصد داریم موتور پله دوقطبی خود را به IC L293d متصل کنیم.

ابتدا ، سیمهای بلوز Dupont را در کانکتور موتور پله ای مطابق شکل 29 قرار دهید.

برای اینکه بدانید کدام سیم به کجا می رود ، شماتیک شکل 30 را دنبال کنید.

همانطور که در شکل نشان داده شده است ، هدایت های یک سیم پیچ به Pin2 و Pin6 L293D می رسد. سرنخ های سیم پیچ دیگر به Pin11 & Pin14 می رسد.

موتور پله دوقطبی اصلاح شده 28BYJ-48 دارای چهار سیم رنگی قابل استفاده است که در شکل 31 مشاهده می شود.

ما آبی را به Pin3 ، زرد را به Pin6 ، نارنجی را به Pin11 و صورتی را به Pin14 در L293d وصل می کنیم.

مدار اصلی اکنون کامل شده است!

اگر می خواهید سوئیچ های محدود را پیاده سازی کنید ، NO & C را به سیم 22AWG وصل کنید. در انتهای دیگر ، جهنده های DuPont را برای ایجاد سرنخ هایی که روی تخته نان قرار می گیرند وصل کنید. (شکل 32)

می توانید آنها را مانند نوار لاستیکی بر روی پرده پرده سوار کنید ، یا اگر تفنگ چسب داغ در دست دارید ، می توانید آن را به ریل ببندید و مقدار زیادی چسب حرارتی بزنید تا از حرکت آن مطمئن شوید. دور و بر.

برای کسب ایده در مورد محل قرار دادن آنها ، به شکل 34 مراجعه کنید.

یک سوئیچ محدود به انتهای سمت چپ ریل پرده ، بین قلاب ریل اول و دوم متصل شده است ، به طوری که هنگام باز شدن پرده ها قلاب به سوئیچ فشار می آورد و آن را فعال می کند. سوئیچ محدود دیگر مستقیماً در مرکز ریل ، رو به چپ قرار دارد. به این ترتیب ، وقتی پرده ها بسته می شوند ، فعال می شود.

مطابق شکل 20 ، سوئیچ های محدود کننده را روی تخته نان وارد کنید.

در نهایت ، اگر می خواهید پرده های شما هنگام طلوع و باز شدن خورشید باز شوند و هنگام غروب بسته شوند ، باید مقاومت عکس را مانند تصویر 36 سیم کشی کرده و آن را نزدیک جایی که در هنگام سحر به نور خورشید دسترسی دارد ، تنظیم کنید.

پس از اتمام کار با مدار نان برد ، آماده شوید و برنامه نویس خود را به BluChip متصل کنید تا سیستم عامل را فلش کند. سیستم عامل را از GitHub بارگیری کرده و مانند قبل در فهرست SDK خود استخراج کنید.

ble_app_ahc.zip را از Github بارگیری کنید.

پروژه را باز کنید ، سپس سیستم عامل را کامپایل کرده و در BluChip بارگذاری کنید.

قبل از آزمایش ، تخته نان را در یک جعبه قرار می دهیم و سوراخ هایی برای سیم ها و LED وضعیت پرده ایجاد می کنیم.

تخته نان را روی پایه جعبه محفظه قرار دهید و یک سوراخ برای سیم ها ایجاد کنید. افتتاحیه همچنین به عنوان نقطه ای برای ارتباط BluChip از طریق آنتن خود با سایر دستگاه ها عمل می کند. (شکل 37)

اندازه LED را در کنار محفظه سوراخ کرده و LED را روی آن نصب کنید. مطابق شکل 20 LED را سیم کشی کنید.

یک مکان مناسب برای نصب جعبه محفظه در سمت چپ ریل پرده ، نزدیک پریز برق پیدا کنید. موتور را مجدداً نصب کرده و آخرین تست کشش تسمه تایم را انجام دهید ، مطمئن شوید که هیچ گونه شلی وجود ندارد. (شکل 39)

اکنون وقت آن است که سیستم مونتاژ شده خود را آزمایش کنیم. آداپتور برق را وارد کرده و برنامه nRF Connect خود را روشن کنید. با دستگاهی به نام Curtains. BluChip آشنا می شوید.

به آن متصل شوید ، مقدار UINT8 1 (پرده باز) را در ویژگی ناشناخته تحت سرویس ناشناخته ارسال کنید و تماشای باز شدن پرده ها را مشاهده کنید!

اکنون که سیستم خود را با موفقیت آزمایش کرده اید ، بیایید نگاهی به پیکربندی برخی از کدهای اجرا شده در BluChip داشته باشیم.

مرحله 6: پیکربندی سیستم عامل BluChip

پروژه سیستم عامل پرده خانگی خودکار عمدتا از 4 فایل تشکیل شده است: main.c ، ahc.c ، ble_ahc_service.c و ble_ahc_service.h.

هنگام ساخت تجهیزات الکترونیکی و سخت افزاری ، ما این گزینه را داشتیم که آیا می خواهیم سوئیچ های محدودی را برای افزایش دقت سیستم خودکار انتخاب کنیم.

در کد از ahc.h ، می توانیم #define را برای LIMIT_SWITCHES مشاهده کنیم.

گردآوری و چشمک زدن کد با #definine LIMIT_SWITCHES استفاده از هر دو کلید محدود را برای تشخیص زمان باز و بسته شدن پرده ها امکان پذیر می کند.

در صورت عدم استفاده از سوئیچ های محدود برای پروژه خود ، تغییر نام آن به #undef LIMIT_SWITCHES مورد نیاز است. در این مورد ، باید فاصله ای را که پرده شما طی می کند در متغیرهای CURTAIN_OPEN_STEPS و CURTAIN_CLOSE_STEPS تنظیم کنید. این مقادیر را برای طولانی یا کوتاه کردن فاصله سفر تنظیم کنید.

با تغییر #undef LDR به #تعریف LDR ، گزینه دیگر ، افزودن مقاومت در برابر عکس را می توان فعال کرد. LDR مخفف مقاومت وابسته به نور است که به مقاومت نوری نیز معروف است. هنگامی که ما LDR را فعال می کنیم ، مقاومت در برابر نور می داند که بیرون روشن یا تاریک است و به شما کمک می کند پرده ها را در ابتدا یا انتهای روز ببندید یا باز کنید.

علاوه بر پیکربندی Limit Switches و Photoresistor ، اجازه دهید نگاهی به برخی دیگر از بلوک های اصلی کد بیندازیم که به شما امکان می دهد پرده ها را به صورت خودکار باز و بسته کنید.

فایلهای ble_ahc_service.c & ble_ahc_service.h حاوی کدی هستند که داده ها را از تلفن شما به BluChip منتقل می کند.

هنگامی که BluChip داده ها را دریافت می کند ، آنها را بسته به ارسال 0 یا 1 ارسال می کند. سپس LED وضعیت را فعال می کند ، حرکت موتور را انجام می دهد و سپس تکمیل سیگنال LED را غیرفعال می کند.

تابع ahc_init () از ahc.h در ابتدای حلقه اصلی اجرا می شود و همه پین ها را در BluChip راه اندازی می کند.

مرحله 7: خلاصه

در پایان ، این یک پروژه بسیار سرگرم کننده و نسبتاً آسان برای یادگیری اصول اولیه BLE بود. این واقعیت که ماژول شکست BluChip به خوبی روی یک تخته نان قرار می گیرد ، باعث می شود که نمونه اولیه را به سرعت روی هر تخته ناندی که ممکن است در اطراف آن قرار داشته باشید ، آسان کنید.

من می گویم که پس از ساخت پرده های خودکار خود ، من قبلاً به چیزهای مختلف دیگری برای اتصال BluChip فکر کرده ام ، از جمله نئو پیکسل های هوشمند ، OLED برای ایجاد ساعت دیجیتالی ، ربات کنترل شده توسط تلفن های هوشمند و بسیاری دیگر از پروژه های الکترونیکی با قدرت کم. ایده هایی که به ارتباط بی سیم فشرده نیاز دارند!

هرکسی که علاقه زیادی به الکترونیک و برنامه نویسی دارد ، از آنچه BluChip ارائه می دهد ، و همچنین راحتی راه اندازی و اجرای BLE برای تبدیل پروژه ها حتی به پروژه های خنک تر ، بسیار خوشحال خواهد شد.

در حال حاضر ، من دوباره به لذت بردن از پرده های خانگی خودکار دستی خود برمی گردم.