После пары постов о возможных направлениях развития показометра меня попросили спроектировать некий многофункциональный показометр с функцией пускания пыли в глаза. В общем, после обмена несколькими письмами получился следующий набор задач:
– Иметь вход для ACC с замка зажигания.
Пока зажигание выключено: мигать светодиодом, как будто это сигналка.
При включении зажигания: первые 10 секунд показывать показания заранее выбранного датчика температуры. Потом показывать время.
– Иметь вход для CarPC. Плата должна уметь рассказывать о себе, сообщать что к ней подключено и показывать то, что попросят.
– Иметь возможность обрабатывать 4 “ветки” датчиков. Скорость обработки 1 секунда на один датчик на каждой ветке.
– Иметь возможность регулировки яркости.
– Все светящееся должно светить зеленым светом. За синее – расстрел на месте.
– Работать должно на Arduino Micro.
В общем, ничего сложного, все описано в интернете не раз и не два, но по кусочкам. Моя задача собрать все эти кусочки в один и “смазать” работой с CarPC. Ну и как обещал, параллельно выкладываю пошаговую инструкцию с краткими пояснениями.
Для начала решил выяснить, чем отличается Arduino Micro от CarDuino
– Первый итальянский, второй наш. Без разницы.
– Первый дороже второго почти на 500 рублей. 1200 супротив 700. Плохо, но терпимо.
– У micro по другому сделано общение с компьютером. Драйвера стандартные, при подключении компьютера сброса по умолчанию нет, можно спокойно пользовать RX и TX ножки. Это очень хорошо.
– У micro стандартные значения питания. Его, в отличии от CarDuino, напрямую от бортсети не запитаешь. Мелочь, но потребует как минимум одного лишнего элемента в схеме.
– У micro нет ножек SPK и HV12. Беда, печаль и огорчения. Абсолютно несущественно.
Теперь к индикаторам. Беглый поиск показал, что хотя у меня есть зеленый светодиодик, но вот индикатора с таким светом нет. Гугл дал ссылку на http://pacpac.ru/product/com-11440-7-segment-serial-display-green/ , он же COM-11440. Зелененький, 4 цифры, умеет дофига всего. Беру.
Для определения освещенности нужен фоторезистор. Опять же, у меня есть в закромах, но пойдет любой. Вот ссылка на тот же ПАКПАК http://pacpac.ru/product/sen-09088-mini-photocell/
Про часы и прочее можно прочитать в предыдущем посту.
Итак, собираем схему.
Первыми идут часы. Подключаем GND к GND, VCC к +5V, SDA к D2, SCL к D3.
В выводе serial monitor должны увидеть строчки с текущим временем.
Теперь подключаем светодиод. К 5й ножке, затем резистор 1кОм, затем земля. Почему 5я ножка? Просто это первый PWM выход на микре. Проще будет красиво мигать светодиодиком. Проверяем
int led = 5;
int brightness = 0;
int fadeAmount = 10;
Теперь следующий шаг: фотодиод. Подключаем одной ножкой к А0, второй к +5В. И “опускаем” А0 через резистор в 10кОм на землю. То есть должно получиться А0-фотодиод-5В и А0-резистор-GND.
Проверяем
int photoRPin = 0;
int minLight;
int maxLight;
int lightLevel;
int adjustedLightLevel;
В результате у нас должена получиться супер-пупер адаптивная подсветка из одного светодиода. Чем больше падает света на фотодиод, тем сильнее светится светодиод. При этом яркость подсветки адаптируется и самое яркое свечение светодиода будет при самом ярком свете. Вывод текущего значения подсветки в serial monitor - маленький бонус.
Следующим идет "дисплей". Он умеет общаться по разным протоколам, но я выбираю обычный последовательный, тем более что на micro аппаратный порт свободен.
Соединяем VCC с +5В, GND с GND, а rx индикатора с tx ардуинки. Всё, всего 3 проводка (сравните с предидущим индикатором). Если просто так все включить, то индикатор должен загореться с 0000 на экране. Проверяем остальное.
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
sp.print("1234");
sp.print("w");
char s=16;
sp.write(s);
delay(500);
sp.print("4321");
sp.print("w");
s=0;
sp.write(s);
delay(500);
}
На экране должны меняться 1234 и 4321 с мигающим двоеточием. Более подробное объяснение команд дисплейчика можно найти в его документации. Или тут http://www.arunet.co.uk/tkboyd/ec/ec1led4x7ser.htm
Следующим сделаем вход для сигнала ACC. Так как в машине напряжение может скакать от 9 до 15-16 вольт (в крайних случаях), а ардуинка понимает только 5В, то я не долго думая, сделал обычный делитель из двух сопротивлений: 1кОм и 4,7кОм.
Что бы не мучаться, воспользуемся сервисом http://www.bezkz.su/index/delitel/0-9. R1=4700, R2=1000, U1 - то, что "входит", U2 - то, что выходит.
Сопротивление 1кОм включаем между GND и A1, а сопротивление 4,7кОм, между А1 и "+" измеряемого. "-" измеряемого соединяем с GND.
Теперь по появлению чего-либо на A1 можно судить, включено ли зажигание. Но это как-то не функционально. В общем, надо превратить этот вход еще и в вольметр. Судя по вышеприведенному сервису, с данными номиналами можно будет измерять напряжение в диапазоне от 0 до 28 вольт. Для машины более чем достаточно. Но тут есть одна большая проблема: резисторы вообще-то не идеального номинала и поэтому ожидать от полученного вольтметра точности прямо с нуля не стоит.
Берем вот такой вот маленький скетч
void setup()
{
Serial.begin(115200);
}
void loop()
{
Serial.println(analogRead(1));
delay(100);
}
Он просто выводит значения измеренного с порта А1. Значения могут колебаться от 0 (ноль) до 1023 (5В). Я подключился к лабораторному блоку питания и при напряжении 12В оно мне выдало 430, 9В - 320, 6В - 215, 5В - 176. То есть теоретическая точность (и шаг измерения) данного показометра будет ...
При этом уже полученная штука может мерять напряжения еще в куче мест, ибо ножек свободных у нас дофига, даже если учесть, что нам надо куда-то подключить еще 4 ветки для датчиков температур. Ну разве это не прекрасно?
Тем, кто будет воплощать все это "в металл", еще раз следует учесть, что показания этого "вольметра" будут очень сильно плавать в зависимости от величины сопротивления используемых резисторов, проводов и соединений. Поэтому готовое изделие надо будет откалиборовать, просто подогнав выдаваемые им значения под измеренное в точке подключения каким-либо сторонним вольтметром. При этом учитывайте, что обычно вольтметры в бортовых компьютерах врут примерно на 0.3-0.5 вольт (так было на всех "ощупанных" мной машинах).
И наконец, почти последний шаг: измерение температуры. Я использую в своих проектах DS18B20. Это совершенно шикарный цифровой датчик, который с точностью 0,5 градуса измеряет свою температуру.
У этого датчика есть две схемы подключения: нормальная и с паразитным питанием. Если коротко, то нормальная использует 3 провода до датчика, а с паразитным питанием 2. Но (как обычно, без НО не обойтись) схема с паразитным питанием нормально работает только на короткие расстояния и в обычном, уличном, диапазоне температур. При увеличении расстояния от датчика до контроллера начинаются "глюки" и чем дальше, тем больше. И более того, ни одна схема с паразитным питанием и расстоянием по проводу до датчика порядка 5м (обычный домашний термометр) не выживала более года-полутора: попросту дохли "контроллеры". А трехпроводные живут. В общем, решать вам.
С картинками разницу между схемами можно прочитать тут http://openenergymonitor.org/emon/buildingblocks/DS18B20-temperature-sensing
Я лишь сопру картинку с нормальным питанием
И схему подключения
Как видно, датчики подключаются гирляндой, один за одним, к одним и тем же проводам. Максимальное количество датчиков на одной гирлянде по-моему 127. Или 64. В общем, дофига. Каждый датчик имеет свой уникальный адрес, поэтому вероятность, что они "перепутаются", нет. Правда, совершенно не факт, что первый физически по проводу будет первым и по адресу ...
Для сборки датчиков надо следующее: 3 провода (желательно разных цветов, многожильных), сам датчик и 2 разных термоусадочных трубочки. Одна чуть больше диаметром, чем сам провод, другая на 4,3мм.
Тут я показал процесс изготовления датчика: сначала припаиваем провода, затем изолируем выводы датчика первой термоусадочной трубкой, а затем собираем все "в кучу" с помощью второй. Данная конструкция показала свою надежность с 2004 года: до сих пор все датчики работают (а среди них есть и уличные, и домашние и те, которые все время в воде).
Для начала подключаем один датчик. VCC +5В, GND-GND, DQ-D6 и DQ-R4K7-+5В
// Data wire is plugged into pin 6 on the Arduino
#define ONE_WIRE_BUS 6
// Setup a oneWire instance to communicate with any OneWire devices (not just Maxim/Dallas temperature ICs)
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
// Pass our oneWire reference to Dallas Temperature.
DallasTemperature sensors(&oneWire);
void setup(void)
{
// start serial port
Serial.begin(9600);
// Start up the library
sensors.begin(); // IC Default 9 bit.
}
void loop(void)
{
// call sensors.requestTemperatures() to issue a global temperature
// request to all devices on the bus
Serial.print("Requesting temperatures...");
sensors.requestTemperatures(); // Send the command to get temperatures
Serial.println("DONE");
Serial.print("Temperature for Device 1 is: ");
Serial.println(sensors.getTempCByIndex(0));
}
И в Serial Monitor вы увидите похожее на следующее
Requesting temperatures...DONE
Temperature for Device 1 is: 21.69
Зажмите сенсор между пальцами и увидите, как температура начнет медленно расти. Отпустите - точно так же медленно падать. Медленно - потому что у датчика довольно большая тепловая инерция, он попросту не успевает остывать или нагреваться так быстро. Но для наших целей более чем достаточно.
Ну и совершенно аналогично поступаем, подключая датчики в D7, D8 и D9.
Да, опять не могу удержаться
#include "SoftwareSerial.h"
#include "OneWire.h"
#include "DallasTemperature.h"
// Data wire is plugged into pin 6 on the Arduino
#define ONE_WIRE_BUS 6
// Setup a oneWire instance to communicate with any OneWire devices (not just Maxim/Dallas temperature ICs)
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
// Pass our oneWire reference to Dallas Temperature.
DallasTemperature sensors(&oneWire);
void loop() {
sensors.requestTemperatures();
int temp=sensors.getTempCByIndex(0)*100;
Serial.println(temp);
sp.print(temp);
}
И у нас готовый термометр с цифровой индикацией температуры.
В принципе всё, можно с макетной платы переносить в "железо" и собирать все программки вместе ... но заказчик, после пары литров пива и объяснений, чего может и чего не может микропроцессорная техника, немного изменил техническое задание. Но об этом в следующем посту.
Итак, хватит разговоров, надо сделать что-либо полезное и приятное. А начнем мы с часов, совмещенных с показометром чего-нибудь. Чего именно и конкретно – пока я не определился.
В общем, сгребаем всё, что есть в предидущем посту и складываем на стол. Первым делом подключаем кабелем ардуинку к компьютеру и скачиваем весь необходимый для нее софт. Я останавливаться на этом не буду, ибо в интернете этих описаний – тьма и на любом языке. Точно так же я не буду останавливаться на том, что делает каждая конкретная функция.
Проверка для перехода к следующему шагу – стандартная “мигалка” компилируется, заливается в ардуинку и мигает светодиодиком, как положено.
Теперь подсоединяем индикатор к ардуинке. Ножку индикатора VCC цепляем к выводу +3.3V ардуинки. Не стоит занимать 0 и 1 ножку (там работа с компьютером) и 13й – там светодиодик.
В начале каждого скетча я сделал определение, какая ножка индикатора подключена к какому выводу ардуинки. Это при необходимости позволит быстро поменять схему.
int pinA=2;
int pinB=3;
int pinC=4;
int pinD=5;
int pinE=6;
int pinF=7;
int pinG=8;
int pinDP=9;
int pinPP=10;
int pinDIG1=11;
int pinDIG2=12;
int pinDIG3=A0;
int pinDIG4=A1;
Затем я делаю определение, в каком режиме должны работать порты ардуинки (у нас все работают на вывод)
и начнем включать/выключать точки с интервалом в одну секунду digitalWrite(pinPP,LOW);
delay(1000);
digitalWrite(pinPP,HIGH);
delay(1000);
В итоге в ардуинке должен залиться вот такой вот скетч int pinA=2;
int pinB=3;
int pinC=4;
int pinD=5;
int pinE=6;
int pinF=7;
int pinG=8;
int pinDP=9;
int pinPP=10;
int pinDIG1=11;
int pinDIG2=12;
int pinDIG3=A0;
int pinDIG4=A1;
Все просто: зажигаем циферку, затем увеличиваем ее и если она превышает 9, сбрасываем на 0. И затем с меньшим интервалом мигаем. В результате должен получиться вот такой вот скетч int pinA=2;
int pinB=3;
int pinC=4;
int pinD=5;
int pinE=6;
int pinF=7;
int pinG=8;
int pinDP=9;
int pinPP=10;
int pinDIG1=11;
int pinDIG2=12;
int pinDIG3=A0;
int pinDIG4=A1;
// the loop routine runs over and over again forever:
void loop() {
showDigit(count);
count++;
if(count>9)
{
count=0;
}
digitalWrite(pinPP,LOW);
delay(500);
digitalWrite(pinPP,HIGH);
delay(500);
}
С вот таким вот результатом
Ура? Ура конечно. Следующим шагом надо вывести какое-нибудь число. Я взял 1234.
В таких штуках механизм вывода числа простой: зажигаем первую цифру, затем вторую, затем третью и четверную.
За счет инерции нам будет казаться, что все цифры светятся одновременно.
Добавляем функцию, которая будет разбивать число на циферки и показывать их по порядку void showNumber(int num)
{
int divide=0;
for(int c=1;c<5;c++)
{
switch(c)
{
case 1:
digitalWrite(pinDIG1,LOW);
digitalWrite(pinDIG2,HIGH);
digitalWrite(pinDIG3,HIGH);
digitalWrite(pinDIG4,HIGH);
divide=1000;
break;
case 2:
digitalWrite(pinDIG1,HIGH);
digitalWrite(pinDIG2,LOW);
digitalWrite(pinDIG3,HIGH);
digitalWrite(pinDIG4,HIGH);
divide=100;
break;
case 3:
digitalWrite(pinDIG1,HIGH);
digitalWrite(pinDIG2,HIGH);
digitalWrite(pinDIG3,LOW);
digitalWrite(pinDIG4,HIGH);
divide=10;
break;
case 4:
digitalWrite(pinDIG1,HIGH);
digitalWrite(pinDIG2,HIGH);
digitalWrite(pinDIG3,HIGH);
digitalWrite(pinDIG4,LOW);
divide=1;
break;
} // switch
String s(int(num/divide));
char c=s.charAt(s.length()-1);
showDigit(c-'0');
delay(100);
}
}
Самым сложным тут является кусок кода String s(int(num/divide));
char c=s.charAt(s.length()-1);
showDigit(c-'0');
Вся его функция - "выкусить" нужную цифру из числа и затем показать.
скажем, нам нужна цифра 2 из 1234.
int(num/divide) - это "взять целую часть из деления num на divide". В нашем случае 1234/100=12
String(s - это "превратить данное число в строку"
s.length() - узнать длину строки в символах
s.charAt - взять Нный символ из строки
В итоге s.charAt(s.length()-1) значит "взять последний символ из строки". -1 нужен из-за того, что ардуинка считает, что 1й символ имеет "адрес" 0
c-'0' - превращаем символ назад в число. Отнеситесь к этому как к магии, иначе мне надо будет рассказывать вам про то, что такое ASCII
И заставляем ардуинку показать нам циферку
void loop() {
showNumber(1234);
}
Как обычно, скетч целиком
int pinA=2;
int pinB=3;
int pinC=4;
int pinD=5;
int pinE=6;
int pinF=7;
int pinG=8;
int pinDP=9;
int pinPP=10;
int pinDIG1=11;
int pinDIG2=12;
int pinDIG3=A0;
int pinDIG4=A1;
И вот обратите внимание, во время между шагами 3 и 4 на индикаторе горит 4! Да, это время невелико, но хватает, что бы мы заметили это.
Вывод? Надо между шагами 2 и 3 выключить показ циферок.
Добавляем вывод спец-цифры "10"
case 10:
digitalWrite(pinA,HIGH);
digitalWrite(pinB,HIGH);
digitalWrite(pinC,HIGH);
digitalWrite(pinD,HIGH);
digitalWrite(pinE,HIGH);
digitalWrite(pinF,HIGH);
digitalWrite(pinG,HIGH);
break;
Она просто будет гасить все сегменты. И вставим ее вызов самое начало ShowNumber
for(int c=1;c<5;c++)
{
showDigit(10);
Как видим, все получилось. Все красиво и никаких засветов нет. Можно побаловаться с разными циферками, поделать секундомеры.
Но нам нужны часы. Выключаем ардуинку, и вставляем на плату блок часиков. Предварительно вставьте туда батарейку, иначе чуда не будет. Соединения простые:
GND к GND,
VCC к +5V (НЕ к 3.3!)
SDA к A4
SCL к A5
И снова включаем, что бы удостовериться, что ничего не поломали и не оторвали.
Теперь для проверки уже блока часов скачиваем с https://github.com/adafruit/RTClib библиотечку RTC, добавляем ее в проект и заливаем вот такой вот скетч:
if (! RTC.isrunning()) {
Serial.println("RTC is NOT running!");
// following line sets the RTC to the date & time this sketch was compiled
//RTC.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__));
}
Кака работает код, в принципе понятно из него самого. Но все-таки прокомментирую.
Система просто смотрит, не прошел ли уже заданный интервал и если прошел, то считывает время из часов точного времени и мигает двоеточием.
Почему я просто не поставил посередине что-нибудь типа delay(995)? Ответ опять же в том, что разные ардуинки имеют разную скорость работы. И код, который выполняется между delay,
выполняется за разный промежуток времени. А значит, в реальности между delay проходит разное количество времени. И чего, мне после каждого изменения кода или логики подбирать
задержку? Бессмысленное занятие при наличии под боком нормальных часов.
Код "now.second() % 2" означает "дробная часть при делении на два". Попросту говоря, я зажигаю светодиод каждую четную секунду (14/2=7.0), а гашу - нечетную (15/2=7.5).
Ну и now.hour()*100+now.minute() из часов и минут делает большое число.
Запускаем!
Ура! Работает! Теперь у нас есть часики. Свои, персональные! Можем танцевать и бросать в воздух чепчики!
Но мне же надо еще и показометр ...
Добавляем в loop
while (Serial.available() > 0) {
s=(char)Serial.read();
if (s == 'n') {
char ca[5];
txtMsg.toCharArray(ca, 5);
number_to_show = atoi(ca);
time_to_show=2;
digitalWrite(pinPP,HIGH); // we do to need dots
txtMsg = "";
} else {
txtMsg +=s;
}
}
Суть кода простая: если компьютер послал что-либо в ардуинку, то тупо собираем все, пока не попадется спецсимвол n - это Enter или Return.
Затем превращаем полученное в число и на две секунды показываем вместо часов. Думаю, что если вы одолели предидущее, то этот будет просто понять.
Вот он целиком (для тех, кто не просто копипастит, внутри сюрприз):
#include
#include
int pinA=2;
int pinB=3;
int pinC=4;
int pinD=5;
int pinE=6;
int pinF=7;
int pinG=8;
int pinDP=9;
int pinPP=10;
int pinDIG1=11;
int pinDIG2=12;
int pinDIG3=A0;
int pinDIG4=A1;
