„Arduino 3-in-1“laiko ir orų ekranas: 11 žingsnių

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Sekite daugiau autoriaus:

Man patinka PIC mikrovaldikliai ir programavimas surinkimo kalba. Tiesą sakant, per pastaruosius porą metų savo svetainėje paskelbiau apie 40 projektų, pagrįstų šiuo deriniu. Neseniai aš užsakiau kai kurias dalis iš vieno iš mano mėgstamiausių JAV pardavėjų ir pastebėjau „Arduino Nano“su programavimo kabeliu tik už 1,20 USD daugiau nei plikas „ATMEGA328“procesoriaus lustas. Taigi aš nusipirkau porą jų. Tada aš atsisiunčiau „Arduino IDE“ir nuvalyčiau atmintį nuo „C ++“programavimo.

Šis projektas yra laikrodžio, kuris laiko nustatymui naudoja GPS, ir RF imtuvo, kuris dekoduoja orų pranešimus iš bendro „AcuRite“jutiklio, masė. Rezultatas - nedidelio masto laiko ir temperatūros rodymas. GPS laikrodis ir orų tvarka yra nustatyti kaip atskiri failai, todėl lengva pereiti prie pagrindinės rutinos ir sukonfigūruoti ją atlikti tik laikrodžio arba tik oro funkciją. Tiesiog atšaukite atitinkamą „#define“pagrindinės rutinos viršuje, jei norite tik vienos iš funkcijų.

Jei naudojamos abi funkcijos, viršutinėje skystųjų kristalų ekrano eilutėje rodomas vietinis laikas, o apatinėje LCD - drėgmė ir temperatūra Celsijaus ir Farenheito laipsniais. Jei naudojama tik laikrodžio funkcija, viršutinėje eilutėje rodomas vietinis laikas, o apatinėje - UTC. Jei naudojama tik orų funkcija, viršutinėje eilutėje rodomas pirmasis gautas jutiklis, o apatinėje - bet koks kitas gautas jutiklis. Aš pridėjau šią galimybę, nes turiu du oro jutiklius.

1 žingsnis: oro jutiklis

Čia naudojamas „AcuRite“oro jutiklis kas 16 sekundžių siunčia informaciją apie temperatūrą ir drėgmę. Galinėje pusėje rodomas 000592TXR modelio numeris, tačiau paprastai jis reklamuojamas kaip 06002M modelis. Šį jutiklį naudoja daugybė skirtingų orų stočių modelių, todėl jį lengva rasti ir man pavyko juos įsigyti „eBay“už mažiau nei 20 USD. „AcuRite“parduoda panašios išvaizdos jutiklius kai kurioms orų stotims, tačiau jie gali arba negali laikytis to paties ryšio protokolo. Žiniatinklyje yra nuoroda, kad tik temperatūros jutiklis 00606 naudoja tą patį pranešimo formatą, tačiau su netinkamu drėgmės baitu.

Kaip matyti iš pirmosios bangos formos, parodyta aukščiau, orų pranešimai yra siunčiami nuosekliai, o tarp sekančių pranešimų yra 2 ms tarpas. Aukščiau parodyta antroji bangos forma išplečia vieno pranešimo dalį, kad būtų galima pamatyti bitų trukmę ir modelius. Yra keturi sinchronizavimo bitai, kurių aukštis yra apie 600us, o po to - 600us. Duomenų bitai pavaizduoti 400 us high, po to 200 us low (1) arba 200 us high, po to 400 us low (0).

Pranešimo formatą sudaro 7 baitai duomenų. Pirmieji du baitai yra jutiklio ID ir jie nesikeičia (t. Y. Jis nenaudoja slenkančio kodo). Paskutinis baitas yra paprasta papildoma pirmųjų šešių baitų kontrolinė suma. Trečias baitas yra akumuliatoriaus įkrovos indikatorius ir visada turi būti 44 šešiakampis, jei baterija gera. Ketvirtas baitas yra drėgmė, o tai yra nepakeista reikšmė nuo 0 iki 99. Svarbu nepamiršti, kad reikšmingiausias 4, 5 ir 6 baitų bitas yra paritetinis bitas ir nėra matavimo dalis. vertybes. 5 ir 6 baitai yra padidinta temperatūra (Celsijaus), o apatiniai 4 baito 5 bitai yra sujungti su apatiniais 7 baitų 6 bitais, kad būtų sudaryta 11 bitų vertė. Temperatūra visada pateikiama kaip teigiamas skaičius ir tampa neigiama tik tada, kai taikomas mastelis. Mastelis yra (C / 10) - 100. Padalinti iš 10 reikia, nes temperatūros skiriamoji geba yra dešimtosios laipsnio dalys. Atimti reikia, nes jutiklis prideda 100, kad perduodama vertė būtų teigiama.

2 žingsnis: RF imtuvas

Šiam projektui naudojamas RF modulis yra RXB6. Tai superheterodino imtuvas, priešingai nei mažiau pageidautini super regeneraciniai imtuvai. Jei pažvelgsite į pigius RF modulius, pamatysite, kad siųstuvo ir imtuvo plokštės dažnai yra sujungtos. Dauguma šių komplektuojamų imtuvų yra ypač regeneruojantys, todėl jų charakteristikos (įskaitant diapazoną) yra daug mažesnės nei superheterodino imtuvų. Šiam projektui mums reikia tik imtuvo modulio, nes mes gausime signalus iš oro jutiklio siųstuvo.

3 žingsnis: RF antenos

RXB6 nėra su antena. Kai kurias spiralines galite nusipirkti gana pigiai, tačiau taip pat lengva pasidaryti savo anteną. Tiesą sakant, duonos lentos trumpiklis gali būti perbrauktas ant modulio antenos kaiščio, jei nenorite būti pernelyg įmantrus. Idealiu atveju tiesios vielos antena būtų 1/4 bangos ilgio, kuri pasiekia maždaug 6,8 colio. Iš pradžių aš padariau jungiamąjį laidą ir neturėjau problemų pasiimti išorinį jutiklį, nors mano elektronikos dirbtuvės yra mano rūsyje.

Kita galimybė yra sukurti savo spiralinę anteną. Internete yra įvairių planų, tačiau aš padariau tą, kuris pavaizduotas paveikslėlyje aukščiau. Aš panaudojau kietą laidą iš eterneto kabelio laužo ir suvyniojau jį aplink lygų 5/32 colio grąžto kotelį. Palikite izoliaciją, išskyrus antgalį, kuris lydomas prie RF plokštės. Jums reikės 20 apsisukimų. Taip pat galite naudoti 7/32 colio grąžtą ir apvynioti 17 apsisukimų. Bet kuri iš jų tikriausiai puikiai tiks diapazonuose, kuriuos greičiausiai turėsite savo jutikliams. Tikrasis raktas yra turėti gerą RF imtuvą. „AcuRite“jutikliai taip pat turi gana stiprius siųstuvus.

4 žingsnis: RF ryšio protokolas

Yra keli skirtingi duomenų perdavimo moduliavimo būdai, tačiau šie jutikliai naudoja paprasčiausią-OOK (įjungimo-išjungimo) arba ASK (amplitudės poslinkio įvedimas). Kadangi šiame pavyzdyje mes susiduriame su 0/1 duomenų bitais, amplitudė yra pilna arba visiškai išjungta. Taigi, mūsų tikslams OOK ir ASK yra tas pats, nes OOK reiškia, kad RF nešiklis yra pilnas arba įjungtas. Pranešimo formatą paprastai nustato perdavimo įrenginio gamintojas ir jie gali naudoti beveik bet kokį perdavimo greitį, bet kokį bitų formato stilių ir bet kokį pranešimo ilgį. 433 MHz dažnių juosta yra pilna transliacijų, tokių kaip išmanieji skaitikliai ir pan., Todėl programinę įrangą reikia sureguliuoti taip, kad ji filtruotų tik norimą naudoti pranešimo formatą.

5 žingsnis: laiko duomenys

Aš naudoju pigų GPS įrenginį, kad gaučiau tikslius laiko duomenis, kurie automatiškai atsinaujins nutrūkus elektros tiekimui. Turiu kelis GPS įrenginius (be ekranų), kurie išleidžia standartinius NMEA sakinius, tačiau mažiausias ir pigiausias iš mano turimų įrenginių yra NEO-6M. „NEO-6M“modulį lengva prijungti prie „Arduino“, nes jis naudoja TTL lygio nuoseklųjį prievadą. Vienintelis tikras skirtumas yra tas, kad NMEA standartas nurodo 4800 serijos duomenų perdavimo spartą, tačiau NEO-6M numatytasis yra 9600 baudų. Galite paleisti nemokamą „u-center“programą, kad pakeistumėte duomenų perdavimo spartą, bet aš tiesiog palikau ją gamykloje. Taip pat yra nemokama programa, vadinama GPSInfo (išleista „Globalsat“), kuri yra labai patogi norint peržiūrėti GPS informaciją kompiuteryje. Galite prijungti GPS įrenginį prie standartinio USB - TTL kabelio, kad jį patikrintumėte arba nustatytumėte naudodami kompiuterį. Atminkite, kad modulio GPS mikroschema iš tikrųjų veikia 3,3 volto įtampa (per įmontuotą įtampos reguliatorių), taigi, jei norite prisijungti prie jo RXD prievado, turėtumėte perjungti lygį nuo 5 voltų. TXD prievadas gali būti tiesiogiai prijungtas prie „Arduino“arba kompiuterio.

6 žingsnis: laiko juostos

GPS laiko rodymas yra paprastas dalykas, jei tik norite rodyti UTC (universalaus laiko koordinuotą). NMEA sakinius sudaro ASCII simboliai, kuriuos galima tiesiogiai išvesti į LCD. Laiko dalis yra HHMMSS. FF formatu (valandos, minutės, sekundės ir trupmeninės sekundės). Mūsų laikrodžiui trupmeninė dalis nėra naudinga, todėl mums reikia tik šešių simbolių. Problema ta, kad jums reikia konvertuoti į vietinį laiką ir į 12 valandų AM/PM formatą, jei to norite. Tačiau kartais problemos daro gyvenimą įdomų, todėl ši programinės įrangos dalis iš tikrųjų ir yra.

Kalbant apie laiko juostas, galite pamanyti, kad jų būtų tiesiog 24, iš jų 12 į rytus nuo UTC vietos (+ zonos) ir 12 iš jų į vakarus nuo UTC vietos (- zonos). Tiesą sakant, yra keletas neįprastų, kurios yra trupmeninės valandos, ir pora, viršijanti 12 valandų „ribą“. Jei atsitiktinai gyvenate vienoje iš tų vietovių, atsiprašau, nes mano programinė įranga apima tik visas 24 valandų zonas. Kai kurie iš mūsų taip pat naudoja vasaros laiką, tačiau tai nėra automatiškai įtraukta į programinę įrangą. Tam prireiktų būsimų datų paieškos lentelės, papildomo programinės įrangos sudėtingumo ir būtinybės atnaujinti programinę įrangą, jei pasikeistų perėjimo metų savaitės. Vietoj to, aparatūra naudoja momentinį kontaktinį jungiklį, kad būtų galima lengvai nustatyti laiko juostą (UTC poslinkis).

7 žingsnis: schema

Schema parodyta aukščiau ir apima 4 bitų 1602 LCD sąsajos jungtis. RF imtuvo nuoseklieji duomenys yra skaitmeninio loginio lygio, todėl jie yra tiesiogiai prijungti prie vieno iš „Arduino“duomenų įvesties kaiščių. Smeigtukas programinėje įrangoje sukonfigūruotas taip, kad atliktų keitimo pertraukimo funkciją, kad galėtume išmatuoti impulsų plotį. GPS TXD išėjimas yra tiesiogiai prijungtas prie „Arduino RX“įvesties.

Naudojami du jungikliai. Kaip minėta anksčiau, momentinis kontaktinis jungiklis leidžia nustatyti UTC poslinkį. Jungiklį galima bet kuriuo metu paspausti, kad įjungtumėte nustatytą režimą. Iš pradžių ekrane bus rodomas netinkamas UTC poslinkis „+77“. UTC poslinkio nustatymo instrukcijas rasite skyriuje „Laikrodžio programinė įranga“.

Antrasis jungiklis yra paprastas įjungimo/išjungimo jungiklis. „Išjungtoje“padėtyje laikas bus rodomas 12 valandų formatu (AM/PM), o „įjungta“-laikas bus rodomas 24 valandų formatu. Šį jungiklį galima bet kada pakeisti, kad būtų galima perjungti formatą.

Jei pageidaujama tik laikrodžio funkcija, RF imtuvo modulio nereikia prijungti. Jei norima tik orų funkcijos, GPS ir dviejų jungiklių nereikia prijungti.

8 žingsnis: LCD programinė įranga

Aš linkęs naudoti vieną iš dviejų tipų LCD sąsajų. Viena yra standartinė 4 bitų sąsaja, o kita-3 laidų sąsaja, kurioje naudojamas poslinkių registras. Aš sukūriau tą sąsają, kai dirbau su mažais PIC mikrovaldikliais, turinčiais ribotą įvesties/išvesties kaiščių skaičių. Šiam projektui naudojau 4 bitų sąsają, tačiau turiu savo LCD įtraukimo failą, o ne bendrąją „Arduino“LCD biblioteką. Tai sumažina atminties suvartojimą ir kodo sudėtingumą, taip pat leidžia man pataisyti kodą konkretiems projektams, tokiems kaip šis.

9 veiksmas: laikrodžio programinė įranga

GPS įrenginys pateikia standartinius NMEA-0183 sakinius, kurie yra ASCII eilutės, kuriose yra įvairios informacijos. Šiai programai pasirinkau GGA sakinį, kad gaučiau laiko informaciją, nes tai yra sakinys, kurį naudojau ankstesniame GPS projekte. Informacijos laukai NMEA sakiniuose yra atskirti kableliais, todėl, nustačius GGA sakinio antraštę, programinė įranga paprastai suskaičiuotų kablelius ir iškvies atitinkamą kasdienį GPS informacijos lauką. Čia reikia tik laiko informacijos, kuri yra lauke po pirmo kablelio, todėl nereikia skaičiuoti.

Šeši laiko skaitmenys (HHMMSS) yra buferuojami ir apdorojami, kai visi jie gaunami. GPS gali išvesti kai kuriuos neišsamius pranešimus anksti, todėl buferio režimas patikrina, ar kiekvienas simbolis yra ASCII skaitinė vertė. Jei gaunamas blogas simbolis, pranešimas atmetamas. Tai taip pat gali atsitikti retais atvejais įprasto darbo metu, ypač jei serijinio prievado ryšys šiek tiek nutrūksta. Mačiau tai tik vieną kartą ir nutiko tik tai, kad laikas sustojo sekundei, o paskui šoktelėjo dvi sekundes, o ne vieną.

Jei programinė įranga sukonfigūruota rodyti tik laiką, pirmoje LCD eilutėje bus rodomas vietinis laikas, o antroje - UTC. UTC programinė įranga tiesiog siunčia ASCII simbolius tiesiai į rodymo režimą, tinkamai įterpiant dvitaškius (:).

Norint UTC konvertuoti į vietinį laiką, turi būti taikomas UTC poslinkis (laiko juosta). Kadangi UTC laikas nuo GPS yra ASCII formatu, programinė įranga konvertuoja ASCII valandos simbolius į dešimtainius ir prideda UTC poslinkį. UTC poslinkis saugomas kaip teigiama BCD reikšmė su ženklo bitu, todėl jis pirmiausia konvertuojamas į sveiką skaičių, o tada neigiamas, jei nustatytas ženklo bitas. Kai apskaičiuojama vietinio laiko valandos vertė, peržvalgos lentelė naudojama konvertuoti ją į BCD, o tada BCD vėl konvertuojama į ASCII rodymui. Peržiūros lentelė turi apdoroti 24 valandų UTC formatą ir +/- 12 laiko juostų. Norėdami tai padaryti, UTC laikas nuo 0000 iki 2300 užima vidurinį 24 lentelės įrašą su 12 įrašų prieš ir 12 įrašų po to, kad būtų atsižvelgta į laiko juostas. Viena lentelė yra 12 valandų formato, todėl aš taip pat pridėjau peržiūros lentelę, skirtą ekrano AM/PM daliai. Kita lentelė yra 24 valandų formatu. Kaip minėta anksčiau, įjungimo/išjungimo jungiklis leidžia pasirinkti 12 arba 24 valandų formatą.

Laiko juosta paimama iš EEPROM inicijavimo metu ir trumpai rodoma. Jei jis nebuvo nustatytas bent kartą, iškviečiama nustatymo tvarka. Nustatymo procedūrą taip pat galima iškviesti bet kuriuo metu, paspaudžiant momentinį kontaktinį jungiklį. Nustatymo tvarka inicijuos ekraną į „UTC OFFSET +77“. Trumpai paspaudus jungiklį, reikšmė pasikeis į „-00“. Jei reikia teigiamos laiko juostos, dar kartą trumpai paspaudus, reikšmė pasikeis į „+00“. Ilgas paspaudimas (> 1 sekundė) perkelia nustatymo režimą į kitą veiksmą. Šiuo metu kiekvienas trumpas paspaudimas padidins laiko vertę iki didžiausios 12. Pasiekę norimą laiko juostą, paspauskite ir palaikykite jungiklį ilgiau nei 1 sekundę, tada atleiskite. Tada programinė įranga išsaugos UTC vertę EEPROM ir trumpai parodys „OFFSET SAVED“. Jei įvedate klaidą, tiesiog išeikite ir dar kartą paspauskite jungiklį, kad jį iš naujo nustatytumėte.

NEO-6M nereikia gerai nustatyti padėties, kad būtų išvestas laikas, todėl jis turėtų išvesti pranešimus, kai tik gauna vieną palydovą. Iki tol ekrane bus rodoma „NO DATA“.

10 veiksmas: „Weather“programinė įranga

PIC mikrovaldiklis turi galimybę įjungti/išjungti laikmatį naudojant išorinį impulsą. Tas pats įvesties impulsas taip pat gali būti naudojamas kaip išorinis pertraukimas, signalizuojantis apie impulso trukmės nuskaitymą. „Arduino“neturi tokios tikslios galimybės, todėl naudojau keitimo pertraukimo funkciją. Viename RF pranešimo impulso krašte pertraukos tvarkytojas išsaugo dabartinį mikrosekundės laiką. Priešingame krašte apskaičiuojamas praėjęs laikas, siekiant nustatyti impulsų plotį.

Programinė įranga turi „DEBUG“apibrėžtį, leidžiančią rodyti gautų pranešimų neapdorotų duomenų formatą. Taip pat yra apibrėžimas, skirtas nurodyti Arduino įvesties kaištį nuosekliam srautui iš RF imtuvo. Programinė įranga yra sukurta taip, kad pagal šią apibrėžtį apskaičiuotų tinkamus pertraukimo keitimo registro nustatymus. Skaičiavimas tinka tik „Arduino“skaitmeniniams kaiščiams. Vietoj to galima naudoti analoginį kaištį, tačiau tam reikės griežtai užregistruoti registro reikšmes.

Pertraukos valdytojas nustato, ar užfiksuotas skaičius yra pakankamai ilgas, kad būtų pradinis impulsas. Kaip minėta anksčiau, tarpas tarp kelių pranešimų yra 2 ms, todėl programinė įranga to ir ieško. Dėl viso 433 MHz srauto pradinė programinės įrangos patikra užtikrina, kad išmatuotas laikas būtų ne mažesnis kaip 1,8 ms, bet ne didesnis kaip 2,4 ms. Aptikusi pradžią, programinė įranga ieško sinchronizavimo bitų (600us) ir skaičiuoja, kad įsitikintų, jog gaunami keturi iš jų. Kai šie bandymai bus išlaikyti, programinė įranga ieško tinkamo 200 ir 400 us bitų laiko.

Gauti bitai suformuojami į baitus ir kiekvienas baitas išsaugomas. Gavus septynis baitus pranešimo kontrolinė suma patikrinama prieš leidžiant tolesnį apdorojimą. Jei reikia išvesti neapdorotus baitus (derinimo režimas), baitai konvertuojami į ASCII simbolius ir siunčiami į LCD. Jei pageidaujama išvesti drėgmę ir temperatūrą, atliekami atitinkami perskaičiavimai.

Du baitai Celsijaus laipsnio duomenų RF pranešime yra sutrinti, kad sudarytų 11 bitų vertę. Apatinė dalis perkeliama į kairę vienu bitu, kad būtų pašalintas pariteto bitas ir sulygiuotas jis su viršutinėje dalyje esančiais bitais. Du baitai suformuojami į 16 bitų žodžio kintamąjį, o tada viskas perkeliama į dešinę, kad būtų pasiektas galutinis bitų išlyginimas. Tada žodinis kintamasis konvertuojamas į slankiojo kablelio kintamąjį matematiniams skaičiavimams.

Vienas didelis privalumas naudojant C ++ „Arduino“, palyginti su PIC surinkimo kalba, yra tai, kad jis supaprastina matematinius skaičiavimus. Kaip minėta anksčiau, Celsijaus konversija yra (C / 10) -100. Rezultatas konvertuojamas į eilutę ir siunčiamas į LCD ekraną. Farenheito skaičiavimas yra (C * 1,8) + 32. Rezultatas vėl konvertuojamas į eilutę ir siunčiamas į LCD ekraną. Abiem atvejais į eilutės konvertavimą įtraukiamas neigiamas ženklas (jei tinka) ir dešimtainis kablelis. Tikrinamas dešimtainis taškas, siekiant užtikrinti, kad į ekraną būtų siunčiamas tik vienas simbolis po kablelio. Šis patikrinimas reikalingas, nes eilutės ilgis gali būti nuo 3 iki 5 simbolių.

Turiu du „AcuRite“jutiklius, todėl programinėje įrangoje pridėjau patikrinimą, kad įsitikinčiau, jog vieno duomenys neperrašo kito duomenų, jei programinė įranga nustatyta tik atlikti orų funkciją. Pirmasis jutiklis, gautas po įjungimo, rodomas 1 eilutėje, o kitas - 2 eilutėje. Naudodamas derinimo režimą, matau kiekvieno jutiklio ID, kad galėčiau paprasčiausiai patikrinti kodą, jei tik norėjo apdoroti vieno iš jų duomenis.

Programinė įranga stebi akumuliatoriaus būseną (baitas3) ir rodo pranešimą, jei akumuliatorius išsikrovęs. Šis pranešimas perrašo visus kitus to jutiklio duomenis.

11 veiksmas: rodymas

Štai keletas įvairių funkcijų ekranų pavyzdžių. Turiu keletą kitų instrukcijų, tačiau daugumą mano PIC mikrovaldiklių projektų galima rasti mano svetainėje adresu: www.boomerrules.wordpress.com