Una xarxa WiFi Arduino (Sensors i Actuadors): el sensor de color: 4 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Quantes vegades teniu a les vostres aplicacions algun sensor o algun actuador lluny de vosaltres? Quant pot ser còmode utilitzar un sol dispositiu mestre a prop de l’ordinador per gestionar diferents dispositius esclaus connectats a través d’una xarxa wi-fi?

En aquest projecte veurem com configurar una xarxa wi-fi, composta per un mòdul mestre i un o més dispositius esclaus. Cada dispositiu serà pilotat per un mòdul sense fils Arduino Nano i un NRF24L01. Finalment, per mostrar la viabilitat del projecte, fem una xarxa senzilla on un mòdul esclau pot detectar un color i transmetre el seu model RGB al mòdul mestre.

Pas 1: el protocol de comunicació

La idea bàsica d’aquest projecte és la creació d’una xarxa composta per mòduls de sensors i mòduls d’actuador, impulsada per un mòdul mestre que es comunica amb l’esclau mitjançant una connexió wi-fi.

El mòdul mestre està connectat a l’ordinador mitjançant una comunicació en sèrie i ofereix una petita interfície que permet a l’usuari buscar els dispositius connectats, obtenir la llista d’operacions possibles per a cada dispositiu i actuar sobre ells. Per tant, el mòdul mestre no necessita, a priori, saber quants i quin tipus de dispositius estan connectats a la xarxa, però sempre és capaç d’escanejar i trobar els dispositius i de rebre informació d’ells segons les seves configuracions o les seves característiques. L'usuari, en cada moment, pot afegir o eliminar els mòduls de la xarxa i només necessita un nou escaneig de la xarxa per començar a comunicar-se amb els nous dispositius.

En aquest projecte mostrem un exemple senzill de xarxa compost per un mòdul mestre i per dos esclaus, el primer és un "mòdul Led", o més aviat un mòdul senzill, que pot encendre un led (vermell o verd), apagar-lo aquests leds o enviar informació sobre el seu estat al mestre. El segon és un "mòdul de color del sensor" que, mitjançant el sensor de color (TCS3200), és capaç de detectar un color i retornar el seu model RGB si rep una ordre d'un usuari (mitjançant un botó) o una sol·licitud del mestre En resum, cada dispositiu utilitzat en aquest projecte està compost per un mòdul sense fils (NRF24L01) i un Arduino Nano que gestiona el mòdul sense fils i les altres operacions senzilles. Mentre que el "Mòdul Led" conté dos leds addicionals i el "Mòdul de color del sensor" conté el sensor de color i un botó.

Pas 2: el mòdul mestre

El mòdul més important és el "mòdul mestre", com es va dir, mitjançant una petita interfície intuïtiva, que gestiona la comunicació entre els mòduls usuari i esclau connectats a la xarxa.

El maquinari del mòdul mestre és senzill i està compost per pocs components, en particular hi ha un Arduino Nano que gestiona la comunicació en sèrie amb l’ordinador i així amb l’usuari, i la comunicació amb la resta de dispositius. pel mòdul sense fils NRF24L01, que es connecta a la placa Arduino mitjançant una comunicació SPI. Finalment, hi ha dos leds per donar a l'usuari una retroalimentació visual sobre les dades entrants o sortints pel mòdul.

La placa electrònica del mòdul mestre té una mida relativament petita, d’uns 65x30x25 mm, de manera que es pot inserir fàcilment en una caixa petita. Aquí els fitxers stl del quadre (part superior i inferior).

Pas 3: el mòdul Led

El "mòdul led" munta l'Arduino Nano, el mòdul NRF24L01 i quatre leds. L’Arduino i el mòdul NRF24L01 s’utilitzen per gestionar la comunicació amb el mòdul mestre, mentre que dos dels leds s’utilitzen per donar a l’usuari una retroalimentació visual sobre les dades entrants i sortints i els altres dos leds s’utilitzen per a les operacions normals.

La tasca principal d’aquest mòdul és mostrar si la xarxa funciona, permetent a l’usuari encendre un dels dos leds, apagar-los o obtenir el seu estat actual. En particular, aquest mòdul és una mena de prova de concepte, o millor dit, hem decidit utilitzar-lo per mostrar com és possible interactuar amb actuadors i mitjançant leds de diferent color és possible provar el funcionament del mòdul de color.

Pas 4: el mòdul del sensor de color

Aquest últim mòdul és una mica més complex respecte a l’altre, de fet, conté el mateix maquinari dels altres (mòdul Arduino Nano, NRF24L01 i els dos leds de retroalimentació visual) i un altre maquinari per detectar el color i gestionar la bateria.

Per detectar un color i retornar el seu model RGB, decidim utilitzar el sensor TCS3200, aquest és un sensor petit i de baix cost que s’utilitza habitualment en aquest tipus d’aplicacions. Està compost per una matriu de fotodiodes i un convertidor de freqüència de corrent. La matriu conté 64 fotodíodes, 16 tenen filtre vermell, 16 filtre verd, 16 tenen el filtre blau i els 16 últims són nets sense filtres. Tots els fotodíodes del mateix color estan connectats en paral·lel i cada grup es pot activar mitjançant dos pins especials (S2 i S3). El convertidor de freqüència de corrent retorna una ona quadrada amb un cicle de treball del 50% i una freqüència directament proporcional a la intensitat de la llum. La freqüència de sortida a escala completa es pot escalar mitjançant un dels tres valors predefinits mitjançant dos pins d'entrada de control (S0 i S1).

El mòdul funciona amb una petita bateria Li-Po de dues cèl·lules (7,4 V) i està gestionat per Arduino. En particular, una de les dues cel·les està connectada a una entrada analògica d’aquesta, cosa que permet a l’Arduino llegir el valor de la potència de la cel·la. Quan el nivell de potència de la cel·la baixa per sota d’un determinat valor, per conservar la bateria, l’Arduino encén un led que avisa l’usuari que apagui el dispositiu. Per engegar o apagar el dispositiu, hi ha un interruptor que connecta el pin positiu de la bateria al pin Vin de la placa Arduino o a un connector que l'usuari pot utilitzar per carregar la bateria.

Pel que fa al mòdul mestre, el mòdul de color del sensor té una mida petita (40x85x30) i es va inserir dins d’una caixa impresa en 3D.