Rèm cửa tự động tại nhà - Dự án nhỏ với Mô-đun BluChip (nRF51 BLE) của MakerChips: 7 bước (có Hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Hãy tưởng tượng bạn thức dậy và muốn đón một tia nắng qua cửa sổ hoặc đóng rèm cửa để bạn có thể ngủ sâu hơn mà không cần cố gắng đến gần rèm mà chỉ cần chạm vào một nút trên điện thoại thông minh của bạn. Với Hệ thống rèm cửa tự động tại nhà, bạn có thể đạt được điều này với các thành phần có giá không quá 90 đô la!

Xem hướng dẫn này tại Github

Bước 1: Thiết kế

Trung tâm của Hệ thống rèm cửa tự động tại nhà là mô-đun BluChip của MakerChips.

BluChip là một mô-đun Bluetooth 16,6x11,15mm nhỏ bé có thể hoạt động như một thiết bị ngoại vi cho điện thoại thông minh thông qua BTLE.

Nhấp vào đây để xem giới thiệu về Bluetooth Low Energy (BTLE).

Mô-đun bao gồm một SoC nRF51 của Nordic Semiconductors, một nền tảng tuyệt vời cho các ứng dụng BLE vì nó hỗ trợ nhiều tính năng tích hợp trên cả ứng dụng Android và Apple.

Bước 2: Bộ công cụ khám phá BluChip

Để xây dựng dự án này, tôi đã nhận Bộ công cụ khám phá BluChip từ MakerChips, trong đó có 2 hộp riêng biệt, một hộp dành cho lập trình viên CMSIS-DAP và một hộp khác chứa BluChip trên bảng mạch với 2 đèn LED RGB, một quang trở và pin CR2032.

Như bạn đã nhận thấy, mô-đun BluChip cực kỳ nhỏ, làm cho nó trở nên hoàn hảo cho các dự án Bluetooth công suất thấp được nhúng nhỏ. Nó vừa với dấu chân của tiêu đề chỉ 6x4 0,1 "trên bảng mạch và có thêm các tiêu đề 0,05" trên đầu bảng, khá ấn tượng đối với một gói được chứng nhận FCC về mặt thương mại!

Dưới đây là một số tính năng chính của BluChip từ trang web của MakerChips:

• 14 Ghim GPIO có thể truy cập
• Bộ xử lý ARM Cortex M0 32bit và flash 256KB và RAM 32KB
• 16,6 mm x 11,15 mm Mô-đun Bluetooth ® có bảng mạch bánh mì nhỏ nhất hiện có
• Nguồn cung cấp hỗ trợ 1.8V - 3.6V

• Tính năng Bluetooth

  • BTLE - Bluetooth năng lượng thấp - (BLE, BT 4.1)
  • Bluetooth® và Nhật Bản, FCC, IC đủ điều kiện
  • Đồng hồ hệ thống 32 Mhz tích hợp
  • Công suất đầu ra: + 4dBm điển hình

  • Tần số: 2402 đến 2480 MHz

    Tích hợp ăng ten mẫu hiệu suất cao

  • Chế độ đơn Bluetooth® Smart Slave / Master
• Các giao diện được hỗ trợ: SPI, UART, I2C và 8/9 / 10bit ADC

• Hai bộ chân lập trình

  • Các tiêu đề.05 "để dễ dàng ghép nối với các thiết bị CMSIS-DAP và J-Link
  • Các tiêu đề.1 "để giao tiếp với breadboard
• Đèn LED đỏ có thể điều khiển bằng phần mềm

Bước 3: Ứng dụng NRF Connect

Ngay sau khi bạn mở hộp BluChip explorer, bạn sẽ thấy nó trở nên sống động với đèn LED nhấp nháy, một cảnh tượng khá hấp dẫn phải không?

Để xem có gì trong cửa hàng với mô-đun BLE này, hãy tiếp tục và cài đặt ứng dụng nRF Connect từ Google Play hoặc App Store.

Chúng tôi sẽ kết nối BluChip với điện thoại của mình, vì vậy hãy mở ứng dụng nRF Connect, duyệt qua màn hình chào mừng và nhấn vào Bật để bật Bluetooth. Tiếp theo, chạm vào Quét và bạn sẽ sớm phát hiện ra rằng thiết bị BluChip của bạn được liệt kê trong tab Máy quét.

Trước khi thực sự kết nối với BluChip, hãy lấy một đèn LED và đặt nó trên bảng mạch bên cạnh các chân 026 (+ ve) và 021 (-ve). Đèn LED sẽ sáng ngay lập tức vì chân 026 xuất ra 3,3V (mức logic CAO) trong khi chân 021 là mức logic THẤP (Đất).

Hãy tiếp tục và chạm vào kết nối để thiết lập kết nối giữa điện thoại thông minh của bạn và BluChip, sau đó sẽ đưa bạn đến tab ứng dụng khách của thiết bị trong ứng dụng.

Tab khách hàng BluChip hiển thị tất cả các dịch vụ có sẵn trên thiết bị của bạn. Điều chúng tôi quan tâm ở đây là Dịch vụ GPIO của BlueChip (được liệt kê là Dịch vụ không xác định). Chạm vào nó rồi chạm vào mũi tên hướng lên bên cạnh Đặc tính điều chế GPIO (được liệt kê là Đặc tính không xác định).

Cửa sổ bật lên giá trị ghi sẽ hiển thị, cho bạn tùy chọn gửi dữ liệu đến thiết bị BluChip của mình. Trong trường hợp của chúng tôi, chúng tôi muốn tắt đèn LED, vì vậy hãy nhấn vào mũi tên bên cạnh BYTE ARRAY và thay đổi định dạng dữ liệu thành UINT 8. Chúng tôi sẽ gửi số pin làm giá trị đầu tiên, vì vậy hãy nhập 21 cho pin021. Nhấn vào thêm giá trị để gửi phần dữ liệu tiếp theo, trạng thái mà pin sẽ được đặt (định dạng hex BYTE). Để tắt đèn LED, chúng tôi sẽ đặt chân 021 thành 3.3V (mức logic cao), vì vậy hãy nhập 01 rồi nhấn Gửi.

Đèn LED ngay lập tức tắt! Để bật lại đèn LED, hãy gửi giá trị 0x00 (mức logic THẤP) đến chân021. Như đã thấy bên dưới đặc tính được liệt kê, giá trị đã gửi của (0x) 15-01 được hiển thị. {[(thập phân UINT8) 21 = (hex BYTE) 0x15] + (hex BYTE) 0x01 => (hex BYTE) 0x1501}

Nếu bạn chọn lưu các giá trị này trên cửa sổ bật lên Ghi giá trị bằng cách đặt tên cho nó và sau đó nhấn vào lưu, bạn có thể tải chúng trong tương lai dưới dạng cài đặt trước để dễ dàng điều chế GPIO!

Bước 4: Lập trình BluChip

Bạn có thể nhận thấy từ video trên rằng tên thiết bị BluChip trên điện thoại của tôi khác với tên của bạn, vậy làm cách nào để thay đổi nó theo ý thích của riêng mình?

Phần sụn ứng dụng chạy trên BluChip đóng vai trò như một thiết bị Ngoại vi (phụ) qua BLE tới các thiết bị Trung tâm (chính), chẳng hạn như điện thoại thông minh được kết nối với nó. Để thay đổi tên thiết bị của chúng tôi, chúng ta hãy tìm hiểu phần mềm cài đặt ứng dụng flash trên BluChip của chúng tôi.

Đi kèm với bộ BluChip Explorer là Bộ lập trình ARM (CMSIS-DAP). MakerChips đã cung cấp hướng dẫn Cách thực hiện gọn gàng về chi tiết cài đặt chương trình cơ sở lên BluChip bằng CMSIS-DAP.

Để biên dịch phần sụn thành tệp hex và flash nó, chúng tôi sẽ cần Keil, Bộ phát triển phần mềm nRF51 (SDK) và phần sụn BluChip. Hãy tiếp tục và tải chúng xuống từ các liên kết trong phần "Phần mềm" trên trang Lập trình BluChip với CMSIS-DAP và Keil của MakerChips.

Cài đặt Keil, sau đó làm theo các bước 1-3 trong phần "Tạo tệp Hex".

Tại thời điểm này, bạn có thể tiếp tục Bước 4, Xây dựng lại tất cả các tệp mục tiêu.

Nếu bạn gặp lỗi liên quan đến "core_cm0.h", bạn sẽ cần thêm đường dẫn của nó vào dự án để biên dịch nó.

Chúng tôi chỉ cần tìm kiếm tệp và định vị thư mục của tệp, đó là "\ components / toolchain / gcc".

Hãy bao gồm đường dẫn này vào dự án của chúng tôi. Nhấp vào Tùy chọn cho Mục tiêu, chuyển đến tab C / C ++ sau đó bao gồm đường dẫn như trong Hình 16.

Sau khi bao gồm các phụ thuộc cần thiết, dự án của chúng tôi biên dịch và bây giờ chúng tôi có thể xem đầu ra đã biên dịch, một tệp hex tùy chỉnh tại "nRF51_SDK_10.0.0_dc26b5e \amples / ble_periosystem / ble_app_ahc-master / bluchip / s110_with_dfu / arm4 / _buildnrf51422_xxac_s110.hex".

Để flash tệp hex vào BluChip, hãy làm theo các bước 1-8 trong phần "Truyền tệp Hex".

Bây giờ bạn đã tải chương trình cơ sở lên BluChip với tên Thiết bị tùy chỉnh, hãy kích hoạt ứng dụng nRF Connect và quét tìm thiết bị của bạn. Bạn sẽ nhận thấy rằng nó hiện được đặt tên theo những gì bạn đã xác định trong DEVICE_NAME trong chương trình cơ sở!

Trong bước tiếp theo, chúng tôi sẽ bắt đầu thiết lập phần cứng, điện tử và phần mềm của Hệ thống rèm cửa tự động tại nhà của chúng tôi.

Bước 5: Xây dựng rèm cửa tự động

Sau khi xem xét quá trình biên dịch và cài đặt chương trình cơ sở của chúng tôi, hãy chuyển sang xây dựng màn cửa bluetooth của riêng chúng tôi!

Một động cơ bước sẽ được sử dụng để truyền động dây đai thời gian giúp di chuyển rèm cửa đóng mở. Động cơ bước được điều khiển bởi vi mạch điều khiển Half-H sẽ được điều khiển bởi BluChip.

Về nguồn điện, chúng ta sẽ sử dụng bộ điều chỉnh điện áp 12V AC-DC cấp cho động cơ, cùng với bộ điều chỉnh điện áp DC-DC LM317 để giảm 12V xuống 3,3V sẽ cấp nguồn cho BluChip và IC trình điều khiển bước.

Bạn có thể tải mô-đun BluChip của riêng mình từ cửa hàng hoàn toàn mới của MakerChips tại Tindie hoặc từ Trang web MakerChips.

Hãy lấy các bộ phận được liệt kê bên dưới cùng với Bộ công cụ khám phá BluChip để bắt đầu lắp ráp rèm cửa tự động:

• Bộ đổi nguồn 12V 1A $ 3,40
• Jack thùng $ 0,68
• Bộ điều chỉnh điện áp LM317T $ 0,80
• Điện trở (200 & 330 Ohm) $ 1,69
• Trình điều khiển bước L293D $ 1,63
• Động cơ bước đơn cực $ 8,00 (hoặc $ 1,66 <= sửa đổi đơn cực nhỏ hơn này thành bước lưỡng cực)
• Vành đai thời gian 6mm $ 7,31
• 6mm Gear $ 0,54 (hoặc có thể in 3D từ Thingiverse)
• Ròng rọc 6mm $ 1,17 (hoặc có thể in 3D từ Thingiverse)
• Công tắc giới hạn x2 (tùy chọn) $ 1,34
• Hộp bao vây dự án (tùy chọn) $ 1,06
• Dây nhảy Breadboard $ 2,09
• Dây nhảy Dupont $ 2,80
• Dây cao su $ 1,13
• Twist Ties $ 3,22
• Dây 22 AWG (tùy chọn) $ 1,22
• Quan hệ zip (tùy chọn) $ 0,63
• Ống co (tùy chọn) $ 1,97

Công cụ (tùy chọn):

• Súng bắn keo nóng $ 3,75
• Sắt hàn $ 6,79

Tải xuống Bill of Materials từ GitHub (Amazon)

Hình 20 cho thấy cách bạn sắp xếp hệ thống, tùy thuộc vào những tính năng bạn chọn để thêm vào. Nếu bạn muốn chuyển động chính xác hơn, bạn sẽ thêm các công tắc giới hạn vào dự án.

Các công tắc hành trình là điểm cuối của rèm cửa để cho BluChip biết khi nào nó được mở hoặc đóng. Nếu không có Công tắc giới hạn, bạn sẽ cần định cấu hình phần sụn để cho biết màn cửa của bạn di chuyển bao xa trong phần "Cấu hình phần mềm" sắp tới.

Hình 20 cũng bao gồm một điện trở hình ảnh tùy chọn cho phép phát hiện ngày và đêm, cũng có thể cấu hình trong phần "Cấu hình phần mềm".

Bắt đầu lắp ráp phần cứng bằng cách lắp động cơ bước, ròng rọc & đai định thời vào đầu rèm cửa của bạn. (Hình 21)

Căng tạm thời đai định thời bằng dây cao su. Sau đó, trước khi hoàn thành dự án, bạn sẽ buộc nó lại với nhau để giữ nó vĩnh viễn.

Để gắn rèm vào đai thời gian của bạn, hãy vòng Dây buộc xung quanh thắt lưng và móc treo rèm.

Để hiểu rõ hơn về cách móc rèm với thắt lưng, hãy làm theo Hình 22. Bạn sẽ buộc rèm bên trái vào phía sau thắt lưng bằng dây buộc và rèm bên phải vào phía trước thắt lưng bằng dây buộc.

Sau khi bạn đã thắt đai an toàn và buộc rèm, hãy tháo động cơ bước để chúng ta có thể bắt đầu lắp ráp và kiểm tra mạch điện tử sẽ dẫn động nó. đến Hình 20.

Lắp các điện trở 200 & 330 ohm theo Hình 20. Các điện trở điều chỉnh đầu ra của LM317 để nó cung cấp ~ 3,3V. (Hình 24)

Cắm dây jumper sau đó một jack cắm thùng có dây như trong Hình 26.

Hãy cắm bộ chuyển đổi nguồn của chúng tôi vào ổ cắm trên tường và cắm bộ chuyển đổi vào giắc thùng để kiểm tra điện áp như trong Hình 27.

Sau khi xác định đúng điện áp, hãy tháo giắc cắm nguồn và bắt đầu đặt các dây jumper bảng mạch còn lại theo Hình 20.

Tiếp theo, chúng ta sẽ đấu dây động cơ bước lưỡng cực của mình với IC L293d.

Đầu tiên, đặt dây nhảy Dupont vào đầu nối động cơ bước như trong Hình 29.

Để biết dây nào đi đâu, hãy theo sơ đồ trong Hình 30.

Như đã thấy trong sơ đồ, các dây dẫn từ một cuộn dây đi đến Pin2 & Pin6 của L293D. Dây dẫn từ cuộn dây khác đi đến Pin11 & Pin14.

Động cơ bước lưỡng cực 28BYJ-48 được sửa đổi có bốn dây màu có thể sử dụng được như trong Hình 31.

Chúng tôi nối dây màu xanh lam cho Pin3, màu vàng cho Pin6, màu cam cho Pin11 và màu hồng cho Pin14 trên L293d.

Mạch điện cơ bản đã hoàn thành!

Nếu bạn muốn thực hiện các công tắc hành trình, hãy nối dây NO & C đến một số dây 22AWG. Ở đầu kia, gắn jumper DuPont để tạo thành các dây dẫn vừa với breadboard. (Hình 32)

Bạn có thể gắn chúng vào thanh treo rèm như trong Hình 33 bằng dây cao su, hoặc nếu bạn có súng bắn keo nóng trong tay, bạn có thể buộc nó vào thanh ray sau đó chấm một lượng keo nóng vừa đủ để đảm bảo nó không bị xê dịch xung quanh.

Để biết vị trí đặt chúng, hãy tham khảo Hình 34.

Một công tắc hành trình được gắn vào đầu ngoài cùng bên trái của thanh treo rèm, giữa móc thanh ray thứ nhất và móc thứ hai, để khi rèm cửa mở ra, móc sẽ ấn vào công tắc và kích hoạt nó. Công tắc hành trình còn lại được đặt ngay giữa thanh ray, hướng về bên trái. Bằng cách này, nó sẽ được kích hoạt khi rèm cửa đóng lại.

Chèn các dây dẫn của công tắc hành trình lên bảng mạch điện theo Hình 20.

Cuối cùng, nếu bạn muốn rèm cửa của mình mở ra khi mặt trời mọc và đóng lại khi mặt trời lặn, bạn cần phải nối dây điện trở ảnh như trong FIgure 36 và đặt nó gần nơi có ánh sáng mặt trời chiếu vào lúc bình minh.

Sau khi bạn hoàn tất việc thiết lập mạch breadboard, hãy sẵn sàng và kết nối lập trình viên của bạn với BluChip để cài đặt chương trình cơ sở. Tải xuống chương trình cơ sở từ GitHub và giải nén nó vào thư mục SDK của bạn như bạn đã làm trước đây.

Tải xuống ble_app_ahc.zip từ Github.

Mở dự án lên, sau đó biên dịch và tải chương trình cơ sở lên BluChip.

Trước khi kiểm tra, chúng tôi sẽ bọc breadboard trong một chiếc hộp và tạo lỗ cho dây và đèn LED Trạng thái rèm của chúng tôi.

Đặt breadboard lên đế của hộp bao vây và tạo lỗ cho dây dẫn. Việc mở cũng là một điểm để BluChip giao tiếp với các thiết bị khác thông qua ăng-ten của nó. (Hình 37)

Khoan một lỗ có kích thước bằng kích thước của đèn LED ở mặt bên của vỏ bọc và gắn đèn LED lên đó. Đấu dây cho đèn LED theo hình 20.

Tìm một vị trí thích hợp để lắp hộp che ở bên trái thanh treo rèm, gần ổ cắm điện. Tháo động cơ và kiểm tra độ căng cuối cùng của đai thời gian, đảm bảo rằng không có hiện tượng chùng. (Hình 39)

Bây giờ là lúc để kiểm tra hệ thống đã lắp ráp của chúng tôi. Cắm bộ đổi nguồn và kích hoạt ứng dụng nRF Connect của bạn. Bạn sẽ khám phá ra một thiết bị có tên Curtains. BluChip.

Kết nối với nó, gửi giá trị UINT8 1 (Màn cửa mở) đến Đặc điểm không xác định trong dịch vụ Không xác định, và xem màn cửa mở ra!

Bây giờ bạn đã kiểm tra thành công hệ thống của mình, hãy xem cấu hình một số mã đang chạy chương trình trên BluChip.

Bước 6: Cấu hình chương trình cơ sở BluChip

Dự án phần sụn Màn cửa tự động chủ yếu bao gồm 4 tệp: main.c, ahc.c, ble_ahc_service.c & ble_ahc_service.h.

Trong khi xây dựng thiết bị điện tử và phần cứng, chúng tôi có tùy chọn để chọn nếu chúng tôi muốn các công tắc giới hạn để tăng độ chính xác của hệ thống tự động của chúng tôi.

Trong mã từ ahc.h, chúng ta có thể thấy #define cho LIMIT_SWITCHES.

Biên dịch và nhấp nháy mã với #define LIMIT_SWITCHES cho phép sử dụng cả hai công tắc hành trình để phát hiện khi nào rèm đã mở và đóng.

Cần đổi tên nó thành #undef LIMIT_SWITCHES nếu bạn chọn không bao gồm các công tắc giới hạn cho dự án của mình. Trong trường hợp này, bạn cần phải tinh chỉnh khoảng cách mà rèm của bạn di chuyển theo các biến CURTAIN_OPEN_STEPS và CURTAIN_CLOSE_STEPS. Điều chỉnh các giá trị này để kéo dài hoặc rút ngắn khoảng cách di chuyển của rèm.

Tùy chọn khác, thêm điện trở quang, có thể được bật bằng cách sửa đổi #undef LDR thành #define LDR. LDR là viết tắt của Điện trở phụ thuộc ánh sáng, còn được gọi là điện trở quang. Khi chúng tôi bật LDR, điện trở quang sẽ biết khi nào bên ngoài sáng hay tối và giúp bạn đóng hoặc mở rèm cửa vào đầu hoặc cuối ngày.

Bên cạnh việc định cấu hình Công tắc giới hạn và Điện trở quang, chúng ta hãy xem xét một số khối mã chính khác cho phép bạn tự động mở và đóng rèm cửa.

Các tệp ble_ahc_service.c & ble_ahc_service.h chứa mã truyền dữ liệu từ điện thoại của bạn đến BluChip.

Khi BluChip nhận được dữ liệu, nó sẽ phân tích dữ liệu đó theo nếu 0 hoặc 1 được gửi đi. Sau đó, nó sẽ kích hoạt đèn LED trạng thái, thực hiện chuyển động của động cơ, và sau đó hủy kích hoạt hoàn thành báo hiệu đèn LED.

Hàm ahc_init () từ ahc.h được chạy ở đầu vòng lặp chính, khởi tạo tất cả các chân trên BluChip.

Bước 7: Tóm tắt

Để kết luận, đây là một dự án cực kỳ thú vị và khá dễ dàng để tìm hiểu những điều cơ bản về BLE. Thực tế là mô-đun đột phá của BluChip vừa khít trên một breadboard làm cho nó thực sự dễ dàng tạo mẫu nhanh chóng trên bất kỳ breadboard nào mà bạn có thể đặt xung quanh.

Tôi có thể nói rằng sau khi xây dựng rèm cửa tự động của mình, tôi đã nghĩ đến nhiều thứ khác để kết nối BluChip, bao gồm neopixel thông minh, OLED để tạo ra đồng hồ kỹ thuật số, rô bốt điều khiển bằng điện thoại thông minh và nhiều dự án điện tử công suất thấp khác ý tưởng cần giao tiếp không dây nhỏ gọn!

Bất kỳ ai quan tâm đến điện tử và lập trình sẽ ngạc nhiên thú vị về những gì BluChip cung cấp, cũng như sự tiện lợi của việc thiết lập và triển khai BLE để biến các dự án trở nên thú vị hơn.

Kể từ bây giờ, tôi sẽ quay lại thưởng thức Rèm cửa tự động tiện dụng của mình..