Arduino 3'ü 1 arada Zaman və Hava Göstərişi: 11 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:46

Müəllif tərəfindən daha çox:

PIC mikrokontrolörlərini sevirəm və montaj dilində proqramlaşdırmağı sevirəm. Əslində, son bir neçə il ərzində bu birləşmə əsasında veb saytımda 40 -a yaxın layihə yerləşdirmişəm. Bu yaxınlarda ən çox sevdiyim ABŞ satıcılarından bir hissə sifariş verdim və çılpaq ATMEGA328 prosessor çipindən cəmi 1.20 dollara bir proqramlaşdırma kabeli olan bir Arduino Nano gördüm. Buna görə də onlardan bir neçəsini aldım. Sonra Arduino IDE -ni yüklədim və 'C ++' proqramlaşdırma ilə bağlı yaddaşımı sildim.

Bu layihə, zamanlama üçün GPS istifadə edən bir saatın məcmusudur və ümumi bir AcuRite sensorundan hava mesajlarını deşifr edən RF qəbuledicisidir. Nəticə kiçik bir zaman və temperatur göstəricisidir. GPS saatı və hava rutinləri ayrı -ayrı fayllar kimi qurulur, buna görə də əsas iş rejiminə keçmək və onu yalnız saat funksiyası və ya yalnız hava funksiyası etmək üçün konfiqurasiya etmək asandır. Yalnız funksiyalardan birini istəyirsinizsə, əsas rutinin yuxarısındakı uyğun "#define" işarəsini qeyd edin.

Hər iki funksiyadan istifadə edildikdə, LCD -nin yuxarı sətrində yerli vaxt göstərilir və LCD -nin alt sətrində həm Selsi, həm də Fahrenheitdəki rütubət və temperatur göstərilir. Yalnız saat funksiyasından istifadə olunursa, üst sətirdə yerli vaxt, alt sətirdə UTC göstərilir. Yalnız hava funksiyasından istifadə olunursa, üst sətirdə alınan ilk sensoru, alt sətirdə isə alınan hər hansı digər sensoru əks etdirir. İki hava sensoru olduğu üçün bu qabiliyyəti əlavə etdim.

Addım 1: Hava Sensoru

Burada istifadə olunan AcuRite hava sensoru hər 16 saniyədə bir temperatur və rütubət məlumatı göndərir. Arxada 000592TXR model nömrəsi göstərilir, lakin adətən 06002M modeli kimi reklam olunur. Bu sensor bir çox fərqli hava stansiyası modeli tərəfindən istifadə olunur, buna görə tapmaq asandır və onları eBay -də 20 dollardan aşağı qiymətə əldə edə bildim. AcuRite, bəzi hava stansiyaları üçün oxşar görünüşlü sensorlar satır, lakin eyni ünsiyyət protokoluna riayət edə bilər və ya olmaya da bilər. İnternetdə yalnız 00606 temperatur sensörünün eyni mesaj formatını istifadə etdiyinə, lakin rütubət baytı etibarsız olduğuna dair bəzi işarələr var.

Yuxarıda göstərilən ilk dalğa formasında göründüyü kimi, hava mesajları bir -birinin ardınca gələn mesajlar arasında 2ms boşluqla partlayışlarla göndərilir. Yuxarıda göstərilən ikinci dalğa formatı, bit müddətlərini və nümunələrini görmək üçün bir mesajın bir hissəsini genişləndirir. Təxminən 600us yüksəklikdən sonra 600us aşağı olan dörd sinxron bit var. Məlumat bitləri 400us yüksəkdən sonra 200us aşağı (1) və ya 200us yüksəkdən sonra 400us aşağı (0) ilə təmsil olunur.

Mesaj formatı 7 bayt məlumatdan ibarətdir. İlk iki bayt sensor ID -dir və bunlar dəyişmir (yəni: yuvarlanan kod istifadə etmir). Son bayt, ilk altı baytın sadə bir əlavə cəmidir. Üçüncü bayt batareya səviyyəsinin göstəricisidir və batareya yaxşı olarsa həmişə 44 hex olmalıdır. Dördüncü bayt rütubətdir və 0 ilə 99 arasında ölçüsüz bir dəyərdir. 4, 5 və 6 baytların ən əhəmiyyətli bitinin paritet bit olduğunu və ölçmənin bir hissəsi olmadığını nəzərə almaq vacibdir. dəyərlər. Bayt 5 və 6, bayt 5-in aşağı 4 biti 6 bitin aşağı 7 biti ilə birləşdirilərək 11 bitlik bir dəyər yaratmaq üçün ölçülü temperaturdur (Selsi). İstilik həmişə müsbət bir rəqəm olaraq göstərilir və miqyaslama tətbiq edildikdə yalnız mənfi olur. Ölçmə (C / 10) - 100. 10 -a bölmək tələb olunur, çünki temperaturun həlli dərəcənin onda birindədir. Çıxarılma tələb olunur, çünki ötürülən dəyəri pozitiv saxlamaq üçün sensor tərəfindən 100 əlavə olunur.

Addım 2: RF Alıcısı

Bu layihə üçün istifadə etdiyim RF modulu RXB6 -dır. Daha az arzu olunan super rejenerativ alıcılardan fərqli olaraq super heterodin qəbuledicisidir. Ucuz RF modullarına baxsanız, ötürücü və qəbuledici lövhələrin tez -tez bir araya gəldiyini görəcəksiniz. Bu paket alıcıların çoxu super rejenerativ tiplərdir, buna görə də super heterodin alıcılarından daha aşağı performans xüsusiyyətlərinə (diapazon daxil olmaqla) sahib olmağa meyllidirlər. Bu layihə üçün yalnız alıcı moduluna ehtiyacımız var, çünki hava sensoru ötürücüsündən siqnal alacağıq.

Addım 3: RF antenaları

RXB6 antenaya malik deyil. Bəzi spiralləri olduqca ucuza ala bilərsiniz, ancaq öz anteninizi hazırlamaq çox asandır. Əslində, çox zövq almaq istəmirsinizsə, bir çörək taxtası tullanan kabel modulun anten pininə sürüşə bilər. İdeal olaraq, düz telli bir anten 1/4 dalğa uzunluğunda olar və təxminən 6.8 düymə qədər işləyir. Əvvəlcə tullanan tel işi etdim və elektronika emalatxanam zirzəmidə olsa da, xarici sensorumu götürməkdə heç bir problem yaşamadım.

Başqa bir seçim, öz spiral anteninizi etməkdir. İnternetdə bunun üçün müxtəlif planlar var, amma yuxarıdakı şəkildə göstərilən plan mənim etdiyimdir. Ethernet kabelinin qırıntılarından bir az möhkəm nüvəli tel istifadə etdim və 5/32 düymlük bir qazma ucunun hamar sapına sardım. İzolyasiyanı RF lövhəsinə lehimləyən ucu istisna olmaqla buraxın. 20 döngəyə ehtiyacınız olacaq. 7/32 düymlük bir matkap ucu istifadə edə bilərsiniz və əvəzinə 17 döngə bağlaya bilərsiniz. Bunlardan hər hansı biri, ehtimal ki, sensorlarınız üçün ehtimal etdiyiniz diapazonlarda yaxşı işləyəcək. Əsl açar, yaxşı bir RF alıcısının olmasıdır. AcuRite sensorlar da olduqca güclü ötürücülərə malikdir.

Addım 4: RF Rabitə Protokolu

Məlumat ötürmək üçün bir neçə fərqli modulyasiya texnikası var, lakin bu sensorlar ən sadə olanıdır-OOK (açma-açma) və ya ASK (amplituda-shift-keying). Bu nümunədə 0/1 məlumat bitləri ilə məşğul olduğumuz üçün amplitud tamdır və ya tamdır. Beləliklə, məqsədlərimiz üçün OOK və ASK eynidır, çünki OOK RF daşıyıcısının ya dolu, ya da dolu olduğunu bildirir. Mesaj formatı ümumiyyətlə ötürücü cihazın istehsalçısı tərəfindən müəyyən edilir və hər hansı bir ötürmə sürətindən, hər hansı bir bit formatlaşdırma tərzindən və istənilən mesaj uzunluğundan istifadə edə bilərlər. 433 MHz diapazonu, ağıllı sayğaclar və s. Kimi şeylər üçün ötürmələrlə doludur, buna görə də proqramın yalnız istifadə etmək istədiyimiz mesaj formatını süzgəcdən keçirmək üçün tənzimlənməsi lazımdır.

Addım 5: Zaman Məlumatları

Elektrik kəsildikdən sonra avtomatik olaraq yenidən başlayacaq dəqiq vaxt məlumatlarını əldə etmək üçün ucuz bir GPS qurğusundan istifadə edirəm. Standart NMEA cümlələrini çıxaran bir neçə GPS vahidim var (ekransız), amma ən kiçik və ən ucuzu NEO-6M-dir. NEO-6M modulu, TTL səviyyəli serial portundan istifadə etdiyi üçün Arduino ilə asanlıqla əlaqə qura bilər. Yeganə real fərq, NMEA standartının 4800 serial ötürmə sürətini təyin etməsidir, lakin NEO-6M standart olaraq 9600 baud təşkil edir. Baud sürətini dəyişdirmək üçün pulsuz "u-center" proqramını işlədə bilərsiniz, ancaq onu zavod parametrlərində buraxdım. GPS məlumatlarını PC -də görmək üçün çox lazımlı olan GPSInfo (Globalsat tərəfindən çıxarılan) adlı pulsuz bir yardım proqramı da var. Yoxlamaq və ya kompüterdən istifadə edərək qurmaq üçün GPS cihazını standart USB -TTL kabelinə bağlaya bilərsiniz. Unutmayın ki, moduldakı GPS çipi əslində 3.3 voltda işləyir (daxili gərginlik tənzimləyicisi vasitəsi ilə), buna görə də RXD portuna qoşulmaq istəyirsinizsə, səviyyəni 5 voltdan aşağıya endirməlisiniz. TXD portu birbaşa Arduino və ya PC -yə qoşula bilər.

Addım 6: Saat Dilimləri

GPS vaxtını göstərmək, UTC (Universal Time Coordinated) göstərmək istədiyiniz müddətdə etmək asan bir işdir. NMEA cümlələri birbaşa LCD -yə çıxarıla bilən ASCII simvollarından ibarətdir. Vaxt hissəsi HHMMSS. FF (saat, dəqiqə, saniyə və kəsirli saniyə) formatındadır. Saatımız üçün kəsr hissəsi faydalı deyil, buna görə də altı simvolla məşğul olmalıyıq. Problem ondadır ki, istəsəniz yerli vaxtınıza və 12 saatlıq AM/PM formatına keçməlisiniz. Ancaq bəzən problemləri həyatı maraqlı edən şeylərdir, buna görə də proqramın bu hissəsi əslində budur.

Saat zonalarına gəldikdə, onlardan 24-ünün UTC yerinin şərqində (+ zonalar) və 12-nin UTC yerinin qərbində (- zonalar) olacağını düşünə bilərsiniz. Əslində, fraksiya saatı olan və 12 saatlıq "limiti" aşan cütlüklər var. Əgər bu sahələrdən birində yaşayırsınızsa, üzr istəyirəm, çünki proqramım yalnız 24 saatlıq zonaları əhatə edir. İlin bir hissəsində Yaz Saatı Vaxtından istifadə edənlər də var ki, bu da proqramda avtomatik olaraq nəzərə alınmır. Bu, gələcək tarixlərin axtarılması cədvəlini, proqramdakı əlavə mürəkkəbliyi və keçid üçün ilin həftələri dəyişərsə, proqramı yeniləmək ehtiyacını tələb edəcək. Bunun əvəzinə, cihaz, vaxt zonasının (UTC ofset) asan qurulmasını təmin etmək üçün bir anlıq əlaqə açarı istifadə edir.

Addım 7: Şematik

Sxem yuxarıda göstərilmişdir və 4 bitlik 1602 LCD interfeysi üçün əlaqələri əhatə edir. RF alıcıdan alınan serial məlumatları rəqəmsal məntiq səviyyəsindədir, buna görə də birbaşa Arduino məlumat giriş pinlərindən birinə qoşulur. Pin, proqramda nəbz genişliklərini ölçə bilməyimiz üçün bir dəyişmə funksiyasını yerinə yetirmək üçün qurulmuşdur. GPS TXD çıxışı birbaşa Arduino RX girişinə bağlıdır.

İstifadə olunan iki açar var. Daha əvvəl də qeyd edildiyi kimi, bir anlıq əlaqə açarı UTC ofsetini təyin etməyə imkan verir. Quraşdırma rejiminə keçmək üçün keçid istənilən vaxt basıla bilər. Əvvəlcə ekranda "+77" etibarsız UTC ofset göstəriləcək. UTC ofset ayarı təlimatları üçün "Saat Proqramı" bölməsinə baxın.

İkinci keçid sadə açma/söndürmə açarıdır. "Off" mövqeyində vaxt 12 saat (AM/PM) formatında, "on" mövqeyində isə 24 saat formatında göstəriləcək. Formatlar arasında keçid etmək üçün bu keçid istənilən vaxt dəyişdirilə bilər.

Yalnız saat funksiyası lazımdırsa, RF qəbuledici moduluna qoşulmaq lazım deyil. Yalnız hava funksiyası istənirsə, GPS və iki açarın bağlanmasına ehtiyac yoxdur.

Addım 8: LCD Proqramı

İki növ LCD interfeysdən birini istifadə etməyə meylliyəm. Biri standart 4 bitlik interfeys, digəri isə keçid qeydindən istifadə edən 3 telli bir interfeysdir. Məhdud sayda G/Ç pinləri olan kiçik PIC mikro nəzarətçiləri ilə işləyərkən bu interfeysi hazırladım. Bu layihə üçün 4 bitlik interfeysdən istifadə etdim, ancaq ümumi Arduino LCD kitabxanasını istifadə etmək əvəzinə öz LCD daxil faylım var. Bu, yaddaş istehlakını və kodun mürəkkəbliyini azaldır və bu kimi xüsusi layihələr üçün kodu düzəltməyə imkan verir.

Addım 9: Saat Proqramı

GPS vahidi, müxtəlif məlumatlar ehtiva edən ASCII sətirləri olan standart NMEA-0183 cümlələri çıxarır. Bu proqram üçün vaxt məlumatını almaq üçün GGA cümləsini seçdim, çünki bu, əvvəlki bir GPS layihəsi üçün istifadə etdiyim cümlədir. NMEA cümlələrindəki məlumat sahələri vergüllə ayrılır, buna görə də GGA cümlə başlığı aşkar edildikdən sonra, proqram normal olaraq vergülləri sayar və hər GPS məlumatı sahəsi üçün uyğun rutini çağırar. Burada yalnız vaxt məlumatına ehtiyac var və bu, ilk vergüldən sonra sahədə olduğu üçün saymağa ehtiyac yoxdur.

Altı zaman rəqəmi (HHMMSS) tamponlanır və hamısı alındıqdan sonra işlənir. GPS bəzi natamam mesajları erkən çıxara bilər, beləliklə tamponlama qaydası hər bir xarakterin ASCII ədədi dəyər olduğunu təsdiqləyir. Pis bir xarakter alınıbsa, mesaj silinir. Bu, normal iş zamanı nadir hallarda baş verə bilər, xüsusən də serial port əlaqəsi bir qədər azalsa. Bunu yalnız bir dəfə gördüm və baş verənlərin hamısı zamanın bir saniyə ara verməsi və sonra bir saniyə yerinə iki saniyə sıçramasıdır.

Proqram yalnız vaxt göstəricisi olaraq qurulubsa, LCD -nin birinci sətrində yerli vaxt, ikinci sətirdə UTC göstəriləcək. UTC üçün proqram, ASCII simvollarını müvafiq olaraq iki nöqtə (:) ilə daxil olaraq birbaşa ekran rejiminə göndərir.

UTC -ni yerli vaxta çevirmək üçün UTC ofsetini (vaxt qurşağını) tətbiq etmək lazımdır. GPS -dən UTC vaxtı ASCII formatında olduğundan, proqram ASCII saat simvollarını onluğa çevirir və sonra UTC ofsetini əlavə edir. UTC ofseti bir işarə biti ilə müsbət bir BCD dəyəri olaraq saxlanılır, buna görə əvvəlcə bir tam dəyərə çevrilir və sonra işarə biti təyin olunarsa rədd edilir. Yerli vaxt saatının dəyəri hesablandıqdan sonra onu BCD -ə çevirmək üçün bir axtarış cədvəli istifadə olunur və sonra BCD göstərmək üçün yenidən ASCII -ə çevrilir. Axtarış cədvəli 24 saatlıq UTC formatını və +/- 12 vaxt qurşağını idarə etməlidir. Bunu etmək üçün, 0000 -dan 2300 -dək UTC vaxtları, saat dilimlərini hesablamaq üçün 12 girişdən əvvəl və 12 girişdən ibarət cədvəlin ortasında 24 girişi tutur. Bir masa 12 saatlıq formatda olduğu üçün ekranın AM/PM hissəsi üçün bir axtarış cədvəli də əlavə etdim. Digər masa 24 saat formatındadır. Daha əvvəl də qeyd edildiyi kimi, açma/söndürmə açarı 12 saatlıq və ya 24 saatlıq formatı seçməyə imkan verir.

Saat qurşağı işə salınma zamanı EEPROM -dan alınır və qısaca göstərilir. Ən azı bir dəfə qurulmamışdırsa, o zaman nizamlama çağırılır. Ayarlama qaydası, ani əlaqə açarına basaraq istənilən vaxt çağırıla bilər. Ayarlama rejimi ekranı "UTC OFFSET +77" olaraq başlayacaq. Kiçik düyməyə basaraq dəyəri "-00" olaraq dəyişə bilərsiniz. Müsbət bir saat qurşağı tələb olunarsa, başqa bir qısa basın, dəyəri "+00" olaraq dəyişəcək. Uzun basın (> 1 saniyə) ayar rejimini növbəti addıma keçirəcək. Bu nöqtədə hər bir qısa basma zaman dəyərini maksimum 12 -ə qədər artıracaq. İstədiyiniz vaxt zonasına çatdıqdan sonra düyməni 1 saniyədən çox basıb saxlayın və sonra buraxın. Proqram daha sonra UTC dəyərini EEPROM -da saxlayacaq və "OFFSET SAVED" yazısını qısaca göstərəcək. Giriş zamanı səhv edirsinizsə, çıxın və yenidən qurmaq üçün açarı yenidən basın.

NEO-6M, vaxtı çıxarmaq üçün yaxşı bir mövqe düzəltməsinə ehtiyac duymur, buna görə də bir peyk aldıqdan sonra mesajları verməlidir. O vaxta qədər ekranda "VERİLƏR YOX" yazılacaq.

Addım 10: Hava Proqramı

PIC mikro nəzarətçisi, xarici bir nəbzdən istifadə edərək taymeri açmaq/söndürmək qabiliyyətinə malikdir. Eyni giriş nəbzi, nəbzin müddətinin oxunmasını bildirmək üçün xarici bir fasilə olaraq da istifadə edilə bilər. Arduinonun o qədər dəqiq bir qabiliyyəti yoxdur, buna görə də dəyişmə zamanı kəsmə funksiyasından istifadə etdim. RF mesajının nəbzinin bir kənarında, cari mikrosaniyə vaxtı kəsmə işçisi tərəfindən saxlanılır. Pulse genişliyini təyin etmək üçün əks kənarda keçən vaxt hesablanır.

Proqram, alınan mesajların xam məlumat formatını göstərməyə imkan verən "DEBUG" tərifinə malikdir. RF alıcısından ardıcıl axın üçün Arduino giriş pinini təyin etmək üçün bir tərif də var. Proqram, bu tərifə əsaslanaraq, dəyişdirilmə üzrə müvafiq qeyd parametrlərini hesablamaq üçün qurulmuşdur. Hesablama yalnız Arduino rəqəmsal pinləri üçün işləyir. Bunun əvəzinə bir analog pin istifadə edilə bilər, lakin bu, qeyd dəyərlərinin sərt kodlaşdırılmasını tələb edir.

Kəsmə işçisi, tutulan sayın başlanğıc nəbzi olmaq üçün kifayət qədər uzun olub olmadığını müəyyən edir. Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, birdən çox mesaj arasındakı boşluq 2 ms -dir, buna görə də proqram axtarır. Bütün 433-MHz trafikə görə, proqramdakı ilkin seçim ölçülmüş vaxtın ən az 1.8ms, lakin 2.4ms-dən çox olmamasını təmin edir. Başlanğıc aşkar edildikdən sonra proqram sinxronlaşdırma bitlərini (600us) axtarır və onlardan dördünün alındığını yoxlayır. Bu testlər keçdikdən sonra, proqram 200us və 400us uyğun bit vaxtlarını axtarır.

Alınan bitlər baytlara çevrilir və hər bayt saxlanılır. Yeddi bayt alındıqdan sonra, sonrakı işlənməyə icazə verilməzdən əvvəl mesaj checksum yoxlanılır. Xam baytlar (debug rejimi) çıxarılacaqsa, baytlar ASCII simvollarına çevrilir və LCD -yə göndərilir. Rütubət və temperatur çıxışları arzu olunarsa, uyğun dönüşümlər aparılır.

RF mesajındakı Centigrade məlumatlarının iki baytı birlikdə qarışdırılaraq 11 bitlik bir dəyər meydana gəlir. Paritet biti yox etmək və yuxarı hissədəki bitlərlə hizalamaq üçün alt hissə bir bit sola sürüşdürülür. İki bayt 16 bitlik bir söz dəyişəninə çevrilir və sonra son bit hizalanmasını əldə etmək üçün hər şey bir bit sağa köçürülür. Söz dəyişən sonra riyazi hesablamalar üçün üzən nöqtə dəyişən çevrilir.

Arduino -da PIC -də montaj dilinə qarşı C ++ istifadə etməyin böyük bir üstünlüyü, riyazi hesablamaları asanlaşdırmasıdır. Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, Centigrade dönüşümü (C / 10) -100 -dir. Nəticə bir sətrə çevrilir və ekran üçün LCD -yə göndərilir. Fahrenheit hesablaması (C * 1.8) + 32 -dir. Nəticə yenidən bir sətrə çevrilir və ekran üçün LCD -yə göndərilir. Hər iki halda, String çevrilməsi mənfi işarəni (uyğun olarsa) və ondalık nöqtəni ehtiva edir. Ondalık nöqtədən sonra yalnız bir simvolun ekrana göndərilməsini təmin etmək üçün yoxlama aparılır. Bu yoxlama lazımdır, çünki simli uzunluğu 3 ilə 5 simvol arasında dəyişə bilər.

İki AcuRite sensorum var, buna görə də proqram yalnız hava funksiyasını yerinə yetirmək üçün qurulubsa birinin məlumatlarının digərinin üzərinə yazılmamasını təmin etmək üçün proqrama bir qeyd əlavə etdim. Güc açıldıqdan sonra alınan ilk sensor 1 -ci sətirdə, digəri isə 2 -ci sətirdə göstərilir. Hata ayıklama rejimindən istifadə edərək hər bir sensor üçün ID -nin nə olduğunu görə bilərəm, buna görə də kodda sadə bir yoxlama apara bilərəm. onlardan birinin məlumatlarını işləmək istədi.

Proqram, batareyanın vəziyyətini (byte3) izləyir və batareyanın az olduğunu göstərirsə bir mesaj göstərir. Bu mesaj həmin sensor üçün bütün digər məlumatların üzərinə yazılır.

Addım 11: Ekranlar

Burada müxtəlif funksiyalar üçün bir neçə nümunə ekran var. Bir neçə başqa təlimatım var, amma PIC mikro nəzarətçi layihələrimin çoxunu veb saytımda tapa bilərsiniz: www.boomerrules.wordpress.com