Automated Home Curtains - Mini Project With MakerChips 'BluChip (nRF51 BLE) Module: 7 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:15

Isipin ang paggising at pagnanais na makakuha ng isang sinag ng sikat ng araw sa iyong mga bintana, o pagsasara ng mga kurtina upang makatulog ka nang higit pa, nang walang pagsisikap na mapalapit ang iyong sarili sa mga kurtina ngunit sa pamamagitan ng pagpindot sa isang pindutan sa iyong smartphone. Gamit ang Automated Home Curtain System, makakamtan mo ito sa mga sangkap na nagkakahalaga ng hindi hihigit sa $ 90!

Tingnan ang tutorial na ito sa Github

Hakbang 1: Ang Disenyo

Sa gitna ng Automated Home Curtain System ay ang module ng BluChip ng MakerChips.

Ang BluChip ay isang maliit na 16.6x11.15mm module ng Bluetooth na maaaring magsilbing isang paligid sa mga smartphone sa pamamagitan ng BTLE.

Mag-click dito para sa isang pagpapakilala sa Bluetooth Low Energy (BTLE).

Ang module ay binubuo ng isang nRF51 SoC ng Nordic Semiconductors, isang mahusay na platform para sa mga aplikasyon ng BLE dahil sinusuportahan nito ang maraming mga pinagsamang tampok sa parehong Android at Apple apps.

Hakbang 2: BluChip Explorer Kit

Upang maitayo ang proyektong ito, nakuha ko ang BluChip Explorer Kit mula sa MakerChips na dumating sa 2 magkakahiwalay na kahon, isa para sa programmer ng CMSIS-DAP at isa pang kahon na naglalaman ng BluChip sa isang breadboard na may 2 RGB LEDs, isang photo-resistor at isang baterya ng CR2032.

Tulad ng napansin mo, ang module ng BluChip ay napakaliit, ginagawa itong perpekto para sa maliit na naka-embed na mga proyekto na may mababang kapangyarihan na Bluetooth. Tama ang sukat sa isang bakas ng paa ng 6x4 0.1 "na mga header sa isang breadboard at mayroong karagdagang 0.05" na mga header sa tuktok ng board, medyo kahanga-hanga para sa isang komersyal na FCC sertipikadong pakete!

Narito ang ilang pangunahing tampok ng BluChip mula sa website ng MakerChips:

• 14 Naa-access na Mga Piano ng GPIO
• Ang ARM Cortex M0 32bit processor at 256KB flash at 32KB RAM
• 16.6 mm x 11.15 mm Magagamit ang pinakamaliit na tinapay na maaaring boardable Bluetooth ® module
• Sinusuportahan ng supply ng kuryente ang 1.8V - 3.6V

• Mga Tampok ng Bluetooth

  • BTLE - Mababang Enerhiya ng Bluetooth - (BLE, BT 4.1)
  • Kwalipikado ang Bluetooth® at Japan, FCC, IC
  • Pinagsamang 32 Mhz System Clock
  • Kapangyarihan ng output: + 4dBm tipikal

  • Dalas: 2402 hanggang 2480 MHz

    Pinagsama mataas na pagganap ng antena

  • Single Mode Bluetooth® Smart Slave / Master
• Mga sinusuportahang interface: SPI, UART, I2C at 8/9 / 10bit ADC
• Dalawang hanay ng mga pin ng programa
  • .05 "na mga header para sa madaling pagkabit sa mga aparatong CMSIS-DAP at J-Link
  • .1 "mga header para sa pakikipag-ugnay sa mga breadboard
• Kinokontrol ng pulang LED na LED

Hakbang 3: NRF Connect App

Sa sandaling pop mong buksan ang kahon ng explorer ng BluChip, nakikita mong nabuhay ito sa mga kumikislap na LED, medyo isang kamangha-manghang tanawin, hindi ba?

Upang makita kung ano ang nasa tindahan ng module na BLE na ito, magpatuloy at i-install ang nRF Connect app mula sa Google Play o App Store.

Magakonekta kami sa BluChip sa aming telepono, kaya buksan ang nRF Connect app, mag-browse sa pamamagitan ng welcome screen, at i-tap ang Paganahin upang i-on ang Bluetooth. Susunod, i-tap ang I-scan at malalaman mo sa lalong madaling panahon na ang iyong aparato sa BluChip ay nakalista sa ilalim ng tab na Scanner.

Bago talaga tayo kumonekta sa BluChip, kumuha tayo ng isang LED at ilagay ito sa breadboard sa tabi ng mga pin 026 (+ ve) at 021 (-ve). Dapat agad na mag-ilaw ang LED sapagkat ang pin 026 ay naglalabas ng 3.3V (antas ng lohika na TAAS) samantalang ang pin 021 ay lohong LOW (Ground).

Sige at i-tap ang kumonekta upang maitaguyod ang isang koneksyon sa pagitan ng iyong smartphone at ng BluChip, na magdadala sa iyo sa tab ng client ng aparato sa app.

Ipinapakita ng tab ng client ng BluChip ang lahat ng mga serbisyong magagamit sa iyong aparato. Ang interesado kami dito ay ang BlueChip GPIO Service (nakalista bilang Hindi kilalang Serbisyo). Mag-tap dito at pagkatapos ay mag-tap sa pataas na nakaharap na arrow sa tabi ng GPIO Modulation Characteristic (nakalista bilang Hindi Kilalang Katangian).

Lalabas ang isang popup na halaga ng pagsusulat, na magbibigay sa iyo ng pagpipilian upang magpadala ng data sa iyong aparatong BluChip. Sa aming kaso, nais naming patayin ang LED, kaya mag-tap sa arrow sa tabi ng BYTE ARRAY at baguhin ang format ng data sa UINT 8. Ipapadala namin ang pin number bilang unang halaga, kaya ipasok ang 21 para sa pin021. Mag-tap sa magdagdag ng halaga upang maipadala ang susunod na piraso ng data, ang estado kung saan itatakda ang pin (hex BYTE format). Upang i-off ang LED, magtatakda kami ng pin 021 hanggang 3.3V (mataas na antas ng lohika), kaya ipasok ang 01 pagkatapos ay i-tap ang Ipadala.

Agad na patay ang LED! Upang buksan muli ang LED, magpadala ng halagang 0x00 (mababang antas ng lohika) sa pin021. Tulad ng nakikita sa ibaba ng nakalistang katangian, ang ipinadala na halaga ng (0x) 15-01 ay ipinapakita. {[(decimal UINT8) 21 = (hex BYTE) 0x15] + (hex BYTE) 0x01 => (hex BYTEs) 0x1501}

Kung pinili mo ang i-save ang mga halagang ito sa popup Isulat ang halaga sa pamamagitan ng pagbibigay nito ng isang pangalan at pagkatapos ay pag-tap sa pag-save, maaari mong mai-load ang mga ito sa hinaharap bilang mga preset para sa madaling pagbago ng GPIO!

Hakbang 4: Programming ang BluChip

Napansin mo mula sa video sa itaas na ang pangalan ng aparato ng BluChip sa aking telepono ay naiiba sa iyo, kaya paano namin ito babaguhin ayon sa gusto namin?

Ang firmware ng application na tumatakbo sa BluChip ay nagsisilbing isang Peripheral device (alipin) na higit sa BLE sa mga Central device (master) tulad ng mga smartphone na nakakonekta dito. Upang baguhin ang pangalan ng aming aparato, maghukay tayo sa pag-flash ng firmware ng application sa aming BluChip.

Kasama sa BluChip Explorer kit ay ang ARM Programmer (CMSIS-DAP). Nagbigay ang MakerChip ng maayos na Paano-Upang gabayan ang mga detalye ng flashing firmware papunta sa BluChip kasama ang CMSIS-DAP.

Upang maipon ang firmware sa isang hex file at i-flash ito, kakailanganin namin ang Keil, nRF51 Software Development Kit (SDK), at BluChip firmware. Sige at i-download ang mga ito mula sa mga link sa seksyong "Ang Software" sa Pagprogram ng MakerChips 'ng BluChip sa pahina ng CMSIS-DAP at Keil.

I-install ang Keil, pagkatapos ay sundin ang mga hakbang 1-3 sa seksyong "Paglikha ng Hex File".

Sa puntong ito, maaari kang magpatuloy sa Hakbang 4, Muling Itataguyod ang lahat ng Mga Target na File.

Kung nakakuha ka ng isang error tungkol sa "core_cm0.h", kakailanganin mong idagdag ang landas nito sa proyekto upang maipon ito.

Kailangan lang naming maghanap para sa file, at hanapin ang direktoryo nito, na kung saan ay "\ sangkap / toolchain / gcc".

Isama natin ang landas na ito sa aming proyekto. I-click ang Mga Pagpipilian para sa Target, pumunta sa tab na C / C ++ pagkatapos isama ang path tulad ng ipinakita sa Larawan 16.

Matapos isama ang mga kinakailangang pagpapakandili, ang aming proyekto ay nagtatala at maaari na naming tingnan ang naipong output, isang pasadyang hex file sa nRF51_SDK_10.0.0_dc26b5e / mga halimbawa / ble_peripheral / ble_app_ahc-master / bluchip / s110_with_dfu / arm4 / _ buildnrf51422_xxac_s110.hex

Upang mai-flash ang hex file sa BluChip, sundin ang mga hakbang 1-8 sa seksyong "Paglilipat ng Hex File".

Ngayon na na-load mo ang firmware sa BluChip gamit ang isang pasadyang Pangalan ng aparato, sunugin ang nRF Connect app at i-scan para sa iyong aparato. Mapapansin mo na ngayon ay pinangalanan ito ayon sa tinukoy mo sa DEVICE_NAME sa firmware!

Sa susunod na hakbang, magsisimula kaming i-set up ang hardware, electronics at software ng aming Automated Home Curtain System.

Hakbang 5: Pagbuo ng Mga Automated na Kurtina

Matapos suriin ang proseso ng pag-iipon at pag-flashing ng aming firmware, magpatuloy tayo sa pagbuo ng aming sariling mga kurtina ng bluetooth!

Gagamitin ang isang stepper motor upang maghimok ng isang timing belt na gumagalaw at magsara ng mga kurtina. Ang stepper motor ay hinihimok ng isang Half-H driver IC na makokontrol ng BluChip.

Para sa lakas, gagamit kami ng isang 12V AC-DC boltahe regulator na pinakain sa motor, kasama ang isang LM317 DC-DC boltahe regulator upang bumaba ang 12V hanggang 3.3V na magpapagana sa BluChip at Stepper Driver IC.

Maaari kang makakuha ng iyong sariling module ng BluChip mula sa bagong bagong tindahan ng MakerChips sa Tindie, o mula sa Website ng MakerChip.

Kunin natin ang mga bahagi na nakalista sa ibaba bilang karagdagan sa BluChip Explorer Kit upang simulang tipunin ang mga awtomatikong kurtina:

• 12V 1A Power Adapter $ 3.40
• Barrel Jack $ 0.68
• LM317T Voltage Regulator $ 0.80
• Mga Resistant (200 & 330 Ohm) $ 1.69
• L293D Stepper Driver $ 1.63
• Unipolar Stepper Motor $ 8.00 (o $ 1.66 <= baguhin ang mas maliit na unipolar na ito sa isang bipolar stepper)
• 6mm Timing Belt $ 7.31
• 6mm Gear $ 0.54 (o 3D na naka-print mula sa Thingiverse)
• 6mm Pulley $ 1.17 (o naka-print na 3D mula sa Thingiverse)
• Limitahan ang Switch x2 (opsyonal) $ 1.34
• Project Enclosure Box (opsyonal) $ 1.06
• Breadboard Jumper Wires $ 2.09
• Ang Mga Dupont Jumper Wires ay $ 2.80
• Mga Rubber Bands $ 1.13
• Twist Ties $ 3.22
• 22 AWG Wire (opsyonal) $ 1.22
• Mga ugnayan sa zip (opsyonal) $ 0.63
• Paliitin ang tubo (opsyonal) $ 1.97

Mga tool (opsyonal):

• Hot Glue Gun $ 3.75
• Solder Iron $ 6.79

Mag-download ng Bill of Materials mula sa GitHub (Amazon)

Ipinapakita ng Figure 20 kung paano mo kukunin ang system, depende sa kung anong mga tampok ang pinili mong idagdag. Kung nais mo ng mas tumpak na paggalaw, magdaragdag ka ng mga switch ng limitasyon sa proyekto.

Ang mga limitasyong switch ay mga endpoint sa mga kurtina na nagsasabi sa BluChip kapag ito ay binuksan o sarado. Kung wala ang Mga Limit Switch, kakailanganin mong i-configure ang firmware upang maipahiwatig kung gaano kalayo ang paggalaw ng iyong mga kurtina sa paparating na seksyon na "Firmware Configuration".

Nagsasama rin ang Larawan 20 ng isang opsyonal na risistor ng larawan na nagbibigay-daan para sa pagtuklas ng araw at gabi, na mai-configure din sa seksyong "Firmware Configuration".

Simulan ang pagpupulong ng hardware sa pamamagitan ng pag-mount ng stepper motor, pulley at timing belt sa tuktok ng iyong mga kurtina. (Larawan 21)

Pansamantalang pag-igting ng timing belt na may goma. Sa paglaon, bago makumpleto ang proyekto, i-zip mo ito nang magkasama upang permanenteng hawakan ito.

Upang ikabit ang mga kurtina sa iyong tiyempo belt, loop Wire Ties sa paligid ng sinturon at kurtina ng kawit.

Upang makakuha ng isang mas mahusay na ideya sa kung paano i-hook ang mga kurtina sa sinturon, sundin ang Larawan 22. Tataliin mo ang kaliwang kurtina sa likuran ng tiyempo ng belt na may isang kurbatang kawad, at ang kanang kurtina sa harap ng tiyempo ng sinturon na may isang kurbatang kurbata.

Sa sandaling makuha mo ang sinturon na nakatali at nakatali ang kurtina, alisin ang stepper motor upang masimulan naming tipunin at subukan ang electronic circuit na magdadala nito. Magsimula sa pagbuo ng electronics sa pamamagitan ng paglalagay ng Bluchip, L293d IC at LM317t Voltage Regulator sa breadboard ayon sa sa Larawan 20.

Ipasok ang 200 & 330 ohm resistors ayon sa Larawan 20. Inaayos ng mga resistor ang output ng LM317 upang magbigay ito ng ~ 3.3V. (Larawan 24)

Ipasok ang jumper wire pagkatapos ay isang wired tong jack tulad ng ipinakita sa Larawan 26.

I-plug natin ang aming power adapter sa socket ng dingding, at i-plug ang adapter sa bareng jack upang subukan ang mga voltages tulad ng nakikita sa Larawan 27.

Kapag natukoy ang mga tamang boltahe, alisin ang power jack at simulang ilagay ang natitirang mga wire ng jumper ng breadboard ayon sa Larawan 20.

Susunod, tatanggalin natin ang aming bipolar stepper motor sa L293d IC.

Una, ilagay ang mga Dupont jumper wires sa stepper motor konektor tulad ng ipinakita sa Larawan 29.

Upang malaman kung aling kawad ang pupunta kung saan, sundin ang eskematiko sa Larawan 30.

Tulad ng nakikita sa eskematiko, ang mga lead mula sa isang coil ay pupunta sa Pin2 & Pin6 ng L293D. Ang mga lead mula sa iba pang likaw ay pupunta sa Pin11 at Pin14.

Ang binagong 28BYJ-48 bipolar stepper motor ay may apat na magagamit na kulay na mga wire tulad ng nakikita sa Larawan 31.

Nag-wire kami ng asul sa Pin3, dilaw sa Pin6, orange sa Pin11 at rosas sa Pin14 sa L293d.

Kumpleto na ang pangunahing circuitry!

Kung nais mong magpatupad ng mga limitasyong switch, i-wire ang NO & C na humahantong sa ilang 22AWG wire. Sa kabilang dulo, ikabit ang mga jumper ng DuPont upang bumuo ng mga lead na akma sa breadboard. (Larawan 32)

Maaari mong mai-mount ang mga ito sa kurtina ng kurtina tulad ng ipinakita sa Larawan 33 na may mga goma, o kung mayroon kang isang mainit na kola baril sa kamay maaari mo itong i-zip itali sa riles pagkatapos ay dabin ng maraming maiinit na pandikit upang matiyak na hindi ito gumagalaw sa paligid

Upang makakuha ng ideya kung saan ilalagay ang mga ito, sumangguni sa Larawan 34.

Ang isang limitasyon na switch ay nakakabit sa kaliwang dulo ng kurtina ng kurtina, sa pagitan ng unang kawit ng tren at ng pangalawa, upang kapag binuksan ng mga kurtina ang mga pindot ng kawit laban sa switch at pinapagana ito. Ang iba pang limitasyon switch ay inilalagay nang direkta sa gitna ng riles, nakaharap sa kaliwa. Sa ganitong paraan, napapagana ito nang magsara ang mga kurtina.

Ipasok ang mga limitasyon ng switch lead papunta sa breadboard ayon sa Larawan 20.

Panghuli, kung nais mong buksan ang iyong mga kurtina kapag ang araw ay sumikat at isara kapag lumubog ito, kakailanganin mong i-wire ang risistor ng larawan tulad ng ipinakita sa FIgure 36, at i-set up ito malapit sa kung saan may access sa sikat ng araw sa madaling araw.

Pagkatapos mong mag-set up ng circuitboard ng tinapay, maghanda at ikonekta ang iyong programmer sa BluChip upang i-flash ang firmware. I-download ang firmware mula sa GitHub at i-extract ito sa iyong direktoryo ng SDK tulad ng ginawa mo dati.

Mag-download ng ble_app_ahc.zip mula sa Github.

Buksan ang proyekto, pagkatapos ay ipunin at i-upload ang firmware sa BluChip.

Bago subukan ito, isasara namin ang breadboard sa isang kahon at gumawa ng mga butas para sa mga wire at aming Curtain Status LED.

Ilagay ang breadboard papunta sa base ng enclosure box at gumawa ng isang pambungad para sa mga wire. Ang pagbubukas ay nagsisilbi ring isang punto para sa BluChip na makipag-usap sa iba pang mga aparato sa pamamagitan ng antena nito. (Larawan 37)

Mag-drill ng isang butas na kasing laki ng LED sa gilid ng enclosure at i-mount dito ang LED. Wire ang LED ayon sa Larawan 20.

Maghanap ng isang angkop na lugar upang mai-mount ang kahon ng enclosure sa kaliwa ng kurtina ng kurtina, malapit sa isang outlet ng kuryente. I-remount ang motor at magsagawa ng pangwakas na pagsubok sa pag-igting ng timing belt, siguraduhin na walang slack na naroroon. (Larawan 39)

Ngayon ay oras na upang subukan ang aming binuo system. Ipasok ang power adapter at sunugin ang iyong nRF Connect app. Madiskubre mo ang isang aparato na pinangalanang Curtains. BluChip.

Kumonekta dito, magpadala ng isang halaga ng UINT8 1 (Buksan ang mga kurtina) sa Hindi Kilalang Katangian sa ilalim ng Hindi kilalang serbisyo, at panoorin ang mga kurtina na bukas!

Ngayon na matagumpay mong nasubukan ang iyong system, tingnan natin ang pag-configure ng ilan sa code na nagpapatakbo ng palabas sa BluChip.

Hakbang 6: Pag-configure ng BluChip Firmware

Ang proyekto ng firmware na Automated Home Curtain ay pangunahing binubuo ng 4 na mga file: main.c, ahc.c, ble_ahc_service.c & ble_ahc_service.h.

Habang itinatayo ang electronics at hardware, mayroon kaming pagpipilian upang pumili kung nais naming limitahan ang mga switch upang madagdagan ang kawastuhan ng aming awtomatikong system.

Sa code mula sa ahc.h, maaari naming makita ang # tukuyin para sa LIMIT_SWITCHES.

Ang pag-ipon at pag-flashing ng code na may #define LIMIT_SWITCHES ay nagbibigay-daan sa paggamit ng parehong mga switch ng limitasyon upang matukoy kapag ang mga kurtina ay bumukas at sarado.

Ang pagpapalit ng pangalan nito sa #undef LIMIT_SWITCHES ay kinakailangan kung pinili mo na hindi isama ang mga switch ng limitasyon para sa iyong proyekto. Sa kasong ito, kakailanganin mong iayos ang distansya kung saan naglalakbay ang iyong kurtina sa mga variable na CURTAIN_OPEN_STEPS at CURTAIN_CLOSE_STEPS. Ayusin ang mga halagang ito upang pahabain o paikliin ang distansya ng paglalakbay sa kurtina.

Ang iba pang pagpipilian, pagdaragdag ng isang photoresistor, ay maaaring paganahin sa pamamagitan ng pagbabago ng #undef LDR sa # tukuyin ang LDR. Ang LDR ay nangangahulugang light-dependant na risistor, na kilala rin bilang photoresistor. Kapag pinagana namin ang LDR, alam ng photoresistor kung kailan ito maliwanag o madilim sa labas, at tinutulungan kang isara o buksan ang iyong mga kurtina sa pagsisimula o pagtatapos ng araw.

Bukod sa pag-configure ng Limit Switches at Photoresistor, tingnan natin ang ilan sa iba pang mga pangunahing bloke ng code na nagpapahintulot sa iyo na awtomatikong buksan at isara ang mga kurtina.

Ang mga file na ble_ahc_service.c & ble_ahc_service.h ay naglalaman ng code na nagpapadala ng data mula sa iyong telepono patungo sa BluChip.

Kapag natanggap ng BluChip ang data, ini-parse ito alinsunod sa kung isang 0 o isang 1 ang naipadala. Pagkatapos ay buhayin nito ang katayuang LED, gumaganap ng paggalaw ng motor, at pagkatapos ay i-deactivate ang pagkumpleto ng pag-sign ng LED.

Ang pagpapaandar ahc_init () mula sa ahc.h ay tatakbo sa simula ng pangunahing loop, na pinasisimulan ang lahat ng mga pin sa BluChip.

Hakbang 7: Buod

Sa pagtatapos, ito ay isang lubos na masaya at medyo madali na proyekto upang malaman ang mga pangunahing kaalaman sa BLE. Ang katotohanan na ang breakout module ng BluChip ay umaangkop nang mahigpit sa isang breadboard ginagawang talagang madali ang prototype nang mabilis sa anumang breadboard na maaaring mayroon kang paglalagay.

Sasabihin ko na pagkatapos maitaguyod ang aking mga automated na kurtina, naisip ko na ang iba't ibang mga bagay upang maiugnay ang BluChip, kasama ang mga smart neopixel, isang OLED upang lumikha ng isang digital na relo, isang robot na kinokontrol ng smartphone, at marami pang ibang elektronikong proyekto na may mababang kapangyarihan mga ideya na kakailanganin ang compact wireless na komunikasyon!

Ang sinumang may masigasig na interes sa electronics at programa ay malugod na magulat sa kung ano ang inaalok ng BluChip, pati na rin ang kaginhawaan ng pag-set up at pagpapatupad ng BLE upang gawing mas cool ang mga proyekto.

Tulad ng ngayon, babalik ako sa kasiyahan ng aking madaling gamiting automated na Mga Home Curtain..