Arduino 3-те-1-де уақыт пен ауа-райы дисплейі: 11 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:25

By Boomer48Follow Автордың толығырақ:

Маған PIC микроконтроллерлері ұнайды және маған ассемблер тілінде бағдарламалау ұнайды. Шындығында, соңғы екі жылда мен веб -сайтта осы комбинацияға негізделген 40 -қа жуық жоба жарияладым. Жақында мен АҚШ -тың сүйікті сатушыларының бірінен кейбір бөлшектерге тапсырыс бердім, мен ATMEGA328 процессорлық чипінен бар -жоғы 1,20 долларға бағаланатын Arduino Nano бағдарламалық кабелін көрдім. Сондықтан мен олардың бірнешеуін сатып алдым. Содан кейін мен Arduino IDE жүктедім және 'C ++' бағдарламалау жадын өшірдім.

Бұл жоба уақытты GPS үшін пайдаланатын сағаттардың жиынтығы және жалпы AcuRite сенсорынан ауа райы хабарларын шифрлайтын РФ қабылдағышы. Нәтиже - уақыт пен температураның кішігірім дисплейі. GPS сағаты мен ауа райы тәртібі бөлек файлдар ретінде орнатылады, сондықтан оны негізгі режимге кіргізіп, оны тек сағат функциясы немесе ауа райы функциясы үшін конфигурациялау оңай. Егер сіз функциялардың біреуін ғана қаласаңыз, негізгі тәртіптің жоғарғы жағындағы сәйкес «#анықтауды» жазыңыз.

Егер екі функция да қолданылса, онда СКД жоғарғы жолағы жергілікті уақытты көрсетеді, ал СКД төменгі сызығы Цельсийде де, Фаренгейтте де ылғалдылық пен температураны көрсетеді. Егер тек сағат функциясы қолданылса, онда жоғарғы жолда жергілікті уақыт, ал төменгі жолда UTC көрсетіледі. Егер ауа райы функциясы қолданылса, онда жоғарғы жолда бірінші қабылданған сенсор, ал төменгі жолда кез келген басқа сенсор көрсетіледі. Мен бұл мүмкіндікті қостым, себебі менде ауа райының екі сенсоры бар.

1 -қадам: Ауа райы сенсоры

Мұнда қолданылатын AcuRite ауа райы сенсоры температура мен ылғалдылық туралы ақпаратты әр 16 секунд сайын жібереді. Артқы жағында ол 000592TXR үлгі нөмірін көрсетеді, бірақ ол әдетте 06002M үлгісі ретінде жарнамаланады. Бұл сенсорды метеостанциялардың әр түрлі модельдері қолданады, сондықтан оларды табу оңай, мен оларды eBay -де 20 доллардан төмен бағамен сатып алдым. AcuRite кейбір метеостанциялары үшін ұқсас көрінетін сенсорларды сатады, бірақ олар сол байланыс хаттамасын ұстануы мүмкін. Ғаламторда тек 00606 температура датчигі бірдей хабар пішімін қолданады, бірақ ылғалдылық байты жарамсыз.

Жоғарыда көрсетілген бірінші толқын түрінде көрініп тұрғандай, ауа райы туралы хабарлар үзіліссіз жіберіледі, олар бір -бірінен 2 м қашықтықта болады. Жоғарыда көрсетілген екінші толқын пішімі биттердің ұзақтығы мен үлгілерін көру үшін бір хабардың бір бөлігін кеңейтеді. Синхрондаудың төрт биттік биіктігі шамамен 600us, одан кейін 600us төмен. Деректер биттері 400us жоғарыдан кейін 200us төмен (1) немесе жоғары 200us жоғары 400us төмен (0) арқылы көрсетіледі.

Хабарлама форматы 7 байт деректерден тұрады. Алғашқы екі байт сенсор идентификаторы болып табылады және олар өзгермейді (яғни: ол жылжымалы кодты пайдаланбайды). Соңғы байт - алғашқы алты байттың қарапайым қосынды бақылау сомасы. Үшінші байт - бұл батарея деңгейінің көрсеткіші және егер батарея жақсы болса, ол әрқашан он алтылық болуы керек. Төртінші байт-ылғалдылық және ол 0 мен 99 арасындағы масштабталмаған мән. 4, 5 және 6 байттардың ең маңызды биті паритеттік бит екенін және өлшеу құрамына кірмейтінін есте ұстаған жөн. құндылықтар. 5 және 6 байттар-бұл масштабталған температура (Цельсий), 5 байттың төменгі 4 биті 6 биттің төменгі 7 битімен біріктіріліп, 11 биттік мәнді құрайды. Температура әрқашан оң сан ретінде көрсетіледі және масштабтау қолданылғанда ғана теріс болады. Масштабтау (C / 10) - 100. 10 -ға бөлу қажет, себебі температураның ажыратымдылығы градустың оннан бір бөлігінде. Айыру қажет, себебі берілген мәнді оң ұстау үшін сенсор 100 қосады.

2 -қадам: РФ қабылдағышы

Мен осы жобада қолданатын РЖ модулі - RXB6. Бұл супер гетеродинді қабылдағыш, қажет емес суперрегенеративті қабылдағыштардан айырмашылығы. Егер сіз арзан RF модульдерін қарасаңыз, онда таратқыш пен қабылдағыш тақталары жиі бірге жиналғанын көресіз. Бұл жинақталған қабылдағыштардың көпшілігі суперрегенеративті типтер болып табылады, сондықтан олар супер гетеродиндік қабылдағыштарға қарағанда әлдеқайда төмен өнімділік сипаттамаларына (диапазонды қоса) ие болады. Бұл жоба үшін бізге тек қабылдағыш модулі қажет, өйткені біз ауа райының сенсорлық таратқышынан сигнал аламыз.

3 -қадам: RF антенналары

RXB6 антеннамен бірге келмейді. Сіз спиральды өте арзан сатып ала аласыз, бірақ антеннаны өзіңіз жасау оңай. Шын мәнінде, егер сіз тым сәнді болғыңыз келмесе, модульдің антенна түйреуішіне секіргіш кабельді кіргізуге болады. Ең дұрысы, тікелей сымды антенна 1/4 толқын ұзындығы болады, ол шамамен 6,8 дюймге дейін жұмыс істейді. Мен бастапқыда секіргіш сыммен жұмыс жасадым және электроника шеберханасы менің жертөлемде болса да, сыртқы сенсорымды алуға еш қиындық болмады.

Тағы бір мүмкіндік - бұрандалы антеннаны өзіңіз жасау. Интернетте бұл үшін әр түрлі жоспарлар бар, бірақ жоғарыдағы суретте көрсетілген мен жасаған жоспар. Мен Ethernet кабелінің үзіндісінен берік өзекті сымды қолдандым және оны 5/32 дюймдік бұрғылау ұшының тегіс сүйегіне орап алдым. РЖ тақтасына дәнекерленген ұштан басқа оқшаулауды қалдырыңыз. Сізге 20 айналым қажет болады. Сондай -ақ, 7/32 дюймдік бұрғылау ұшын қолдануға және оның орнына 17 бұрылысты орауға болады. Олардың кез -келгені сенсорларға арналған диапазондар үшін жақсы жұмыс істейді. Нағыз кілт - бұл жақсы RF қабылдағышы. AcuRite сенсорларында өте күшті таратқыштар бар.

4 -қадам: RF байланыс хаттамасы

Деректерді жіберудің бірнеше модуляция әдістері бар, бірақ бұл сенсорлар ең қарапайым OOK (өшіру-өшіру) немесе ASK (амплитуда-ауысу пернесі) әдістерін қолданады. Біз бұл мысалда 0/1 деректер биттерімен айналысатындықтан, амплитудасы қосулы немесе толық. Сонымен, біздің мақсатымыз үшін OOK пен ASK бірдей, себебі OOK радиожиілік тасымалдаушының толы немесе толық екенін білдіреді. Хабарлама форматын әдетте тарату құрылғысының өндірушісі анықтайды және олар кез келген жіберу жылдамдығын, кез келген бит пішімдеу мәнерін және кез келген хабарлама ұзындығын қолдана алады. 433 МГц диапазоны ақылды есептегіштер сияқты трансляцияларға толы, сондықтан бағдарламалық жасақтаманы біз қолданғымыз келетін хабар пішімі үшін сүзу үшін реттеу керек.

5 -қадам: Уақыт туралы мәліметтер

Мен электр қуаты өшкеннен кейін автоматты түрде қайта қосылатын дәл уақытты алу үшін арзан GPS қондырғысын қолданамын. Менде стандартты NMEA сөйлемдерін шығаратын бірнеше GPS қондырғылары бар (дисплейсіз), бірақ мендегі бірліктердің ішіндегі ең кішісі мен ең арзаны-NEO-6M. NEO-6M модулі Arduino-мен оңай байланысады, себебі ол TTL деңгейіндегі сериялық портты қолданады. Жалғыз айырмашылық-NMEA стандарты 4800 сериялық беру жылдамдығын көрсетеді, бірақ NEO-6M әдепкі бойынша 9600 байды құрайды. Сіз жіберу жылдамдығын өзгерту үшін тегін «u-center» бағдарламасын іске қоса аласыз, бірақ мен оны зауыттық әдепкі бойынша қалдырдым. Сондай -ақ, GPSInfo (Globalsat шығарған) деп аталатын ақысыз қызметтік бағдарлама бар, ол компьютерде GPS ақпаратын қарауға өте ыңғайлы. Сіз оны тексеру үшін немесе компьютерді реттеу үшін GPS қондырғысын стандартты USB -TTL кабеліне қосуға болады. Есіңізде болсын, модульдегі GPS чипі 3,3 вольтте жұмыс істейді (борттық кернеу реттегіші арқылы), сондықтан егер сіз оның RXD портына қосылғыңыз келсе, 5 вольт деңгейін төмендетуіңіз керек. TXD порты Arduino немесе дербес компьютерге тікелей қосыла алады.

6 -қадам: Уақыт белдеулері

GPS уақытын көрсету UTC (Әмбебап уақыт үйлестірілген) көрсетілуін қаласаңыз, оңай болады. NMEA сөйлемдері ASCII символдарынан тұрады, оларды тікелей СКД -ге шығаруға болады. Уақыт бөлігі HHMMSS. FF форматында (сағат, минут, секунд және бөлшек секунд). Біздің сағат үшін бөлшек бөлік пайдалы емес, сондықтан бізге тек алты таңба қажет. Мәселе мынада, егер сіз қаласаңыз, жергілікті уақытқа және 12 сағаттық AM/PM форматына ауысуыңыз керек. Бірақ кейде проблемалар өмірді қызықтырады, сондықтан бағдарламалық жасақтаманың бұл бөлігі шынымен де солай.

Уақыт белдеулеріне келетін болсақ, олардың 24-і UTC орналасқан жерден шығысқа қарай (+ аймақтар) және 12-сі UTC орналасқан жерден батысқа қарай (- аймақтар) болады деп ойлауыңыз мүмкін. Іс жүзінде бөлшек сағаттар мен ерлі -зайыптылардың 12 сағаттық «шектен» асатын бірнеше таңғажайып ойындары бар. Егер сіз сол аймақтардың бірінде тұрсаңыз, мен кешірім сұраймын, себебі менің бағдарламалық жасақтамам тек тәулік бойы жұмыс істейтін 24 сағаттық аймаққа сәйкес келеді. Бізде жазғы уақытты жылдың бір бөлігінде қолданатындар бар, бірақ бұл бағдарламалық жасақтамада автоматты түрде есепке алынбайды. Бұл болашақ күндердің іздеу кестесін, бағдарламалық жасақтаманың қосымша күрделілігін және ауысу үшін жылдың апталары өзгерген жағдайда бағдарламалық жасақтаманы жаңарту қажеттілігін талап етеді. Оның орнына, аппараттық уақыт белдеуін (UTC ығысуы) оңай орнатуға мүмкіндік беретін уақытша контактілі қосқышты қолданады.

7 -қадам: схемалық

Схема жоғарыда көрсетілген және 4 биттік 1602 СКД интерфейсінің қосылымдарын қамтиды. РФ қабылдағышының сериялық деректері цифрлық логикалық деңгейде, сондықтан ол Arduino деректерді енгізу түйреуіштерінің біріне тікелей қосылады. Пинс бағдарламалық жасақтамада импульстің енін өлшеуге болатын үзіліс-ауысу функциясын орындау үшін конфигурацияланған. GPS TXD шығысы Arduino RX кірісіне тікелей қосылған.

Қолданылатын екі қосқыш бар. Жоғарыда айтылғандай, контактілі қосқыш UTC ығысуын орнатуға мүмкіндік береді. Орнатылған режимге өту үшін қосқышты кез келген уақытта басуға болады. Бастапқыда дисплейде «+77» UTC жарамсыз жарысы көрсетіледі. UTC офсеттік реттеу нұсқаулары үшін «Сағаттық бағдарламалық қамтамасыз ету» бөлімін қараңыз.

Екінші қосқыш - қарапайым қосу/өшіру қосқышы. «Өшіру» позициясында уақыт 12 сағаттық форматта (AM/PM), ал «on» күйінде уақыт 24 сағаттық форматта көрсетіледі. Пішімдер арасында ауысу үшін бұл қосқышты кез келген уақытта өзгертуге болады.

Егер тек сағат функциясы қажет болса, онда жиілікті қабылдағыш модулін қосудың қажеті жоқ. Егер ауа райы функциясы қажет болса, онда GPS пен екі қосқышты қосудың қажеті жоқ.

8 -қадам: СКД бағдарламасы

Мен СКД интерфейстерінің екі түрінің бірін қолданамын. Бірі-стандартты 4 биттік интерфейс, екіншісі-ауысымды регистрді қолданатын 3 сымды интерфейс. Мен бұл интерфейсті енгізу -шығару түйреуіштері шектеулі шағын PIC микроконтроллерлерімен жұмыс істеген кезде жасадым. Мен бұл жобада 4 биттік интерфейсті қолдандым, бірақ жалпы Arduino СКД кітапханасын пайдаланудың орнына менің СКД файлым бар. Бұл жадты тұтынуды және кодтың күрделілігін азайтады, сонымен қатар маған осындай жобалар үшін кодты өзгертуге мүмкіндік береді.

9 -қадам: Сағаттық бағдарламалық қамтамасыз ету

GPS қондырғысы әр түрлі ақпаратты қамтитын ASCII жолдары болып табылатын NMEA-0183 стандартты сөйлемдерді шығарады. Бұл қосымша үшін мен уақыт туралы ақпарат алу үшін GGA сөйлемін таңдадым, себебі бұл алдыңғы GPS жобасы үшін қолданған сөйлем. NMEA сөйлемдеріндегі ақпарат өрістері үтірмен бөлінеді, сондықтан GGA сөйлем тақырыбы анықталғаннан кейін, бағдарламалық қамтамасыз ету әдетте үтірлерді санап, GPS ақпаратының әрбір қалаған өрісі үшін сәйкес тәртіпке шақырады. Мұнда тек уақыт туралы ақпарат қажет, бұл бірінші үтірден кейінгі өрісте, сондықтан санаудың қажеті жоқ.

Алты уақыттық цифрлар (HHMMSS) буферленген, содан кейін олардың барлығы алынғаннан кейін өңделеді. GPS кейбір толық емес хабарларды ертерек шығара алады, сондықтан буферлеу тәртібі әрбір таңбаның ASCII сандық мәні екенін тексереді. Егер жаман кейіпкер қабылданса, хабарлама жойылады. Бұл қалыпты жұмыс кезінде сирек жағдайларда болуы мүмкін, әсіресе порттың сериялық байланысы сәл төмендеген жағдайда. Мен мұны тек бір рет көрдім, тек уақыт бір секундқа кідіріп, бір секундтың орнына екі секундқа секірді.

Егер бағдарламалық жасақтама тек уақытты көрсетуге конфигурацияланған болса, онда СКД бірінші жолында жергілікті уақыт, ал екінші жолда UTC көрсетіледі. UTC үшін бағдарламалық жасақтама ASCII таңбаларын дисплей режиміне тікелей жібереді, екі нүкте (:) сәйкес енгізілген.

UTC -ті жергілікті уақытқа түрлендіру үшін UTC офсетін (уақыт белдеуін) қолдану керек. GPS -тен UTC уақыты ASCII форматында болғандықтан, бағдарламалық қамтамасыз ету ASCII сағаттарының таңбаларын ондыққа түрлендіреді, содан кейін UTC ығысуын қосады. UTC ығысуы белгісі бар BCD оң мәні ретінде сақталады, сондықтан ол алдымен бүтін санға түрлендіріледі, содан кейін белгі биті орнатылған болса, терістеледі. Жергілікті уақыт сағаты есептелгеннен кейін оны BCD -ге түрлендіру үшін іздеу кестесі қолданылады, содан кейін BCD көрсету үшін ASCII -ге қайта түрлендіріледі. Іздеу кестесі 24 сағаттық UTC форматын, сондай-ақ +/- 12 уақыт белдеуін өңдеуі керек. Мұны істеу үшін, 0000 -ден 2300 -ге дейінгі UTC уақыты кестедегі уақытша белдеулерді есепке алу үшін 12 жазудың алдында 12 жазбасы бар 24 орта жазбаны алады. Бір кесте 12 сағаттық форматта, сондықтан мен дисплейдің AM/PM бөлігінің іздеу кестесін қостым. Басқа кесте 24 сағаттық форматта. Жоғарыда айтылғандай, қосу/өшіру қосқышы 12 сағаттық немесе 24 сағаттық форматты таңдауға мүмкіндік береді.

Уақыт белдеуі инициализация кезінде EEPROM -дан шығарылады және қысқаша көрсетіледі. Егер ол кемінде бір рет орнатылмаған болса, онда орнату тәртібі шақырылады. Реттеу тәртібін кез келген уақытта лездік байланыс қосқышын басу арқылы шақыруға болады. Орнату процедурасы дисплейді «UTC OFFSET +77» күйіне инициализациялайды. Коммутаторды қысқа басқанда мән «-00» болады. Егер оң уақыт белдеуі қажет болса, басқа қысқа басу мәнді «+00» етіп өзгертеді. Ұзақ басу (> 1 секунд) орнату режимін келесі қадамға жылжытады. Бұл кезде әрбір қысқа басу уақыт мәнін максимум 12 -ге дейін арттырады. Қажетті уақыт белдеуіне жеткеннен кейін қосқышты 1 секундтан артық басып тұрыңыз, содан кейін жіберіңіз. Бағдарламалық қамтамасыз ету UTC мәнін EEPROM -де сақтайды және «OFFSET SAVED» қысқаша көрсетеді. Егер сіз кіру кезінде қателік жасасаңыз, жай ғана шығыңыз, содан кейін оны қалпына келтіру үшін қосқышты қайтадан басыңыз.

NEO-6M уақытты шығару үшін жақсы позицияны түзетуді қажет етпейді, сондықтан ол бір спутник алғаннан кейін хабарларды шығаруы керек. Осы уақытқа дейін дисплейде «ДЕРЕКТЕР ЖОҚ» жазуы болады.

10 -қадам: Ауа райы бағдарламалық қамтамасыз ету

PIC микроконтроллері сыртқы импульс көмегімен таймерді қосу/өшіру мүмкіндігіне ие. Дәл сол кіріс импульсі импульстің ұзақтығын оқу үшін сыртқы үзіліс ретінде де қолданыла алады. Arduino-да дәл осындай мүмкіндік жоқ, сондықтан мен үзілісті өзгерту функциясын қолдандым. РЖ хабарламасының импульсінің бір шетінде ағымдағы микросекундтық уақытты өңдеуші сақтайды. Қарама -қарсы жиекте импульстің енін анықтау үшін өткен уақыт есептеледі.

Бағдарламалық жасақтамада қабылданған хабарламалардың өңделмеген деректер форматын көрсетуге мүмкіндік беретін «ЖІБДЕУ» анықтамасы бар. Сондай -ақ, RF қабылдағышының сериялық ағыны үшін Arduino кіріс түйреуішін анықтау үшін анықтама бар. Бағдарламалық жасақтама осы анықтаманың негізінде өзгерудің үзілу регистрінің тиісті параметрлерін есептеуге арналған. Есеп тек Arduino цифрлық түйреуіштері үшін жұмыс істейді. Оның орнына аналогты түйреуішті қолдануға болады, бірақ бұл регистр мәндерін қатаң кодтауды қажет етеді.

Үзіліс өңдеушісі түсірілген санау импульсі болу үшін жеткілікті ұзақ екенін анықтайды. Жоғарыда айтылғандай, бірнеше хабарламалар арасындағы алшақтық 2 мс құрайды, сондықтан бағдарламалық жасақтама іздейді. Барлық 433-МГц трафик болғандықтан, бағдарламалық қамтамасыз етудегі бастапқы скрининг өлшенген уақыттың кемінде 1,8 мс, бірақ 2,4 мс-тен аспайтынына көз жеткізеді. Бастауды анықтағаннан кейін бағдарламалық қамтамасыз ету синхрондау биттерін (600us) іздейді және олардың төртеуінің қабылданғанына көз жеткізеді. Бұл сынақтар өткеннен кейін, бағдарламалық қамтамасыз ету 200us және 400us сәйкес уақыттарын іздейді.

Алынған биттер байтқа айналады және әр байт сақталады. Жеті байт алынғаннан кейін, қосымша өңдеу рұқсат етілмес бұрын бақылау сомасы тексеріледі. Егер шикі байттар шығарылатын болса (күйін келтіру режимі), онда байттар ASCII символдарына түрлендіріледі және СКД -ге жіберіледі. Егер ылғалдылық пен температураның шығуы қажет болса, онда тиісті түрлендіру жүргізіледі.

RF хабарындағы Centigrade мәліметтерінің екі байты біріктіріліп, 11 биттік мәнді құрайды. Төменгі бөлік паритетті жою үшін және оны жоғарғы бөлігіндегі биттермен туралау үшін бір битке солға жылжытады. Екі байт 16-биттік сөз айнымалысына айналады, содан кейін бәрі бір битке дұрыс жылжып, соңғы бит теңестірілуін алады. Содан кейін математикалық есептеулер үшін айнымалы сөз өзгермелі нүкте айнымалысына айналады.

P+ Arduino -да ассемблер тілінде C ++ қолданудың үлкен артықшылығы - бұл математикалық есептеулерді жеңілдету. Жоғарыда айтылғандай, Centigrade түрлендіруі (C / 10) -100. Нәтиже жолға айналады және дисплейге дисплейге жіберіледі. Фаренгейт бойынша есептеу (C * 1.8) + 32. Нәтиже қайтадан жолға түрлендіріледі және дисплейге дисплейге жіберіледі. Екі жағдайда да String түрлендіруі теріс таңбаны (қажет болған жағдайда) және ондық бөлшекті қамтиды. Ондық бөлшекке дисплейге ондық таңбадан кейін бір таңба жіберілетініне көз жеткізу үшін тексеру жүргізіледі. Бұл тексеру қажет, себебі жолдың ұзындығы 3 -тен 5 таңбаға дейін болуы мүмкін.

Менде екі AcuRite сенсоры бар, сондықтан мен егер бағдарламалық қамтамасыз ету тек ауа райы функциясын орындауға орнатылған болса, екіншісінің деректері екіншісінің деректерін қайта алмайтындығына көз жеткізу үшін бағдарламалық жасақтамаға тексеруді қостым. Қосылғаннан кейін алынған бірінші сенсор 1 -жолда, ал екіншісі 2 -жолда көрсетіледі. Отладка режимін қолдана отырып, мен әр сенсорға арналған идентификатордың не екенін көре аламын, егер кодты қарапайым тексере алсам біреуінің мәліметтерін өңдегісі келді.

Бағдарламалық қамтамасыз ету батареяның күйін бақылайды (байт3) және егер ол батареяның заряды аз болса, хабарламаны көрсетеді. Бұл хабар сенсорға арналған барлық басқа деректердің үстіне жазылады.

11 -қадам: көрсетеді

Міне, әр түрлі функцияларды көрсететін мысалдар. Менде бірнеше басқа нұсқаулықтар бар, бірақ менің PIC микроконтроллер жобаларының көпшілігін менің веб -сайтымнан табуға болады: www.boomerrules.wordpress.com