Een Arduino WiFi-netwerk (sensoren en actuatoren) - de kleursensor - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Hoe vaak heeft u in uw toepassingen een sensor of een actuator ver van u verwijderd? Hoe comfortabel zou het zijn om slechts één master-apparaat in de buurt van uw computer te gebruiken om verschillende slave-apparaten te beheren die via een wifi-netwerk zijn aangesloten?

In dit project zullen we zien hoe we een wifi-netwerk kunnen configureren, samengesteld uit een mastermodule en een of meer slave-apparaten. Elk apparaat wordt aangestuurd door een Arduino Nano en een NRF24L01 draadloze module. Om de haalbaarheid van het project aan te tonen, maken we tot slot een eenvoudig netwerk waar een slave-module een kleur kan detecteren en zijn RGB-model naar de mastermodule kan verzenden.

Stap 1: Het communicatieprotocol

Het basisidee achter dit project is het creëren van een netwerk bestaande uit sensormodules en actuatormodules, aangedreven door een mastermodule die via een wifi-verbinding met de slave communiceert.

De mastermodule is via seriële communicatie met de computer verbonden en biedt een kleine interface waarmee de gebruiker de aangesloten apparaten kan zoeken, de lijst met mogelijke bewerkingen voor elk apparaat kan verkrijgen en ernaar kan handelen. De mastermodule hoeft dus niet a priori te weten hoeveel en wat voor soort apparaten er op het netwerk zijn aangesloten, maar is altijd in staat om de apparaten te scannen en te vinden en informatie van hen te ontvangen zoals hun configuraties of hun kenmerken. De gebruiker kan op elk moment de modules toevoegen aan of verwijderen uit het netwerk en heeft alleen een nieuwe scan van het netwerk nodig om te beginnen met communiceren met de nieuwe apparaten.

In dit project laten we een eenvoudig voorbeeld zien van een netwerk dat bestaat uit een mastermodule en twee slaves, de eerste is een "Led-module", of liever een eenvoudige module, die een led kan inschakelen (rood of groen), uitschakelen deze leds of stuur informatie over hun status naar de master. De tweede is een "Sensor Color Module" die, met behulp van de kleurensensor (TCS3200), in staat is om een kleur te detecteren en het RGB-model terug te sturen als het een commando van een gebruiker (via een knop) of een verzoek van de master ontvangt Samenvattend: elk apparaat dat in dit project wordt gebruikt, bestaat uit een draadloze module (NRF24L01) en een Arduino Nano die de draadloze module en de andere eenvoudige bewerkingen beheert. Terwijl de "Led Module" twee extra leds bevat en de "Sensor Color Module" de kleurensensor en een knop.

Stap 2: De hoofdmodule

De belangrijkste module is de "Master Module", zoals gezegd, die met behulp van een kleine intuïtieve interface de communicatie beheert tussen de gebruiker en de slave-modules die op het netwerk zijn aangesloten.

De hardware van de mastermodule is eenvoudig en bestaat uit weinig componenten, met name is er een Arduino Nano die de seriële communicatie met de computer en dus met de gebruiker beheert, en de communicatie met de andere apparaten. Deze laatste is gemaakt door de NRF24L01 draadloze module, die is verbonden met het Arduino-bord via een SPI-communicatie. Ten slotte zijn er twee leds om de gebruiker een visuele feedback te geven over de inkomende of uitgaande gegevens van de module.

Het elektronicabord van de mastermodule heeft een relatief klein formaat, ongeveer 65x30x25 mm, dus het kan gemakkelijk in een kleine doos worden geplaatst. Hier de stl-bestanden van de doos (bovenste en onderste deel).

Stap 3: De led-module

De "led-module" monteert de Arduino Nano de NRF24L01-module en vier leds. De Arduino en de NRF24L01-module worden gebruikt om de communicatie met de mastermodule te beheren, terwijl twee van de leds worden gebruikt om de gebruiker een visuele feedback te geven over de inkomende en uitgaande gegevens en de andere twee leds worden gebruikt voor de normale bewerkingen.

De belangrijkste taak van deze module is om te laten zien of het netwerk werkt, zodat de gebruiker een van de twee leds kan inschakelen, uitschakelen of hun huidige status kan verkrijgen. In het bijzonder is deze module een soort proof of concept, of beter gezegd, we hebben besloten om deze te gebruiken om te laten zien hoe het mogelijk is om met actuatoren te communiceren en met behulp van leds met verschillende kleuren is het mogelijk om de werking van de kleurenmodule te testen.

Stap 4: De kleurensensormodule

Deze laatste module is een beetje ingewikkelder ten opzichte van de andere, in feite bevat het dezelfde hardware van de anderen (Arduino Nano, NRF24L01-module en de twee visuele feedback-leds) en andere hardware om de kleur te detecteren en de batterij te beheren.

Om een kleur te detecteren en het RGB-model terug te geven, besluiten we de TCS3200-sensor te gebruiken, dit is een kleine en goedkope sensor die vaak wordt gebruikt in dit soort toepassingen. Het bestaat uit een fotodiode-array en een stroom-frequentie-omzetter. De array bevat 64 fotodiodes, 16 hebben een rood filter, 16 groen filter, 16 hebben het blauw filter en de laatste 16 zijn helder zonder filters. Alle fotodiodes van dezelfde kleur zijn parallel geschakeld en elke groep kan worden geactiveerd door twee speciale pinnen (S2 en S3). De stroom-frequentieomvormer retourneert een blokgolf met een duty cycle van 50% en een frequentie die recht evenredig is met de lichtintensiteit. De uitgangsfrequentie op volledige schaal kan worden geschaald met een van de drie vooraf ingestelde waarden via twee besturingsingangspinnen (S0 en S1).

De module wordt gevoed door een kleine Li-Po-batterij met twee cellen (7,4 V) en wordt beheerd door de Arduino. In het bijzonder is een van de twee cellen verbonden met een analoge ingang van deze, en hierdoor kan de Arduino de waarde van het vermogen van de cel lezen. Wanneer het vermogensniveau van de cel onder een bepaalde waarde zakt, schakelt de Arduino om de batterij te sparen een led in, die de gebruiker waarschuwt het apparaat uit te schakelen. Om het apparaat aan of uit te zetten, is er een schakelaar die de positieve pin van de batterij verbindt met de Vin-pin van het Arduino-bord of met een connector die vervolgens door de gebruiker kan worden gebruikt om de batterij op te laden.

Wat betreft de mastermodule, de sensorkleurmodule heeft een klein formaat (40x85x30) en werd in een 3D-geprinte doos geplaatst.