ستائر منزلية آلية - مشروع صغير مع وحدة BluChip من MakerChips (nRF51 BLE): 7 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

تخيل الاستيقاظ والرغبة في الحصول على شعاع من أشعة الشمس من خلال النوافذ الخاصة بك ، أو إغلاق الستائر حتى تتمكن من النوم لفترة أطول ، دون بذل مجهود في الاقتراب من الستائر بل بلمسة زر على هاتفك الذكي. مع نظام ستارة المنزل الآلي ، يمكنك تحقيق ذلك بمكونات لا تزيد تكلفتها عن 90 دولارًا!

شاهد هذا البرنامج التعليمي في جيثب

الخطوة 1: التصميم

في قلب نظام ستارة المنزل الآلي توجد وحدة BluChip الخاصة بـ MakerChips.

إن BluChip عبارة عن وحدة بلوتوث صغيرة بحجم 16.6 × 11.15 ملم يمكن أن تعمل كجهاز طرفي للهواتف الذكية عبر BTLE.

انقر هنا للحصول على مقدمة عن تقنية Bluetooth منخفضة الطاقة (BTLE).

تتكون الوحدة من nRF51 SoC من Nordic Semiconductors ، وهي منصة رائعة لتطبيقات BLE لأنها تدعم العديد من الميزات المتكاملة على كل من تطبيقات Android و Apple.

الخطوة 2: BluChip Explorer Kit

لبناء هذا المشروع ، حصلت على BluChip Explorer Kit من MakerChips الذي وصل في صندوقين منفصلين ، أحدهما لمبرمج CMSIS-DAP ومربع آخر يحتوي على BluChip على لوحة التجارب مع 2 RGB LEDs ، ومقاوم للصور وبطارية CR2032.

كما لاحظت ، فإن وحدة BluChip صغيرة للغاية ، مما يجعلها مثالية لمشاريع Bluetooth الصغيرة المدمجة منخفضة الطاقة. يتناسب مع مساحة تبلغ 6 × 4 رؤوس فقط 0.1 بوصة على لوح التجارب ويحتوي على رؤوس إضافية بحجم 0.05 بوصة في الجزء العلوي من اللوحة ، وهو أمر مثير للإعجاب بالنسبة لحزمة معتمدة من قِبل لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) تجاريًا!

فيما يلي بعض الميزات الرئيسية لـ BluChip من موقع MakerChips على الويب:

• 14 دبابيس GPIO يمكن الوصول إليها
• معالج ARM Cortex M0 32 بت و 256 كيلو بايت فلاش و 32 كيلو بايت رام
• 16.6 مم × 11.15 مم أصغر وحدة Bluetooth® قابلة للخبز متوفرة
• يدعم مصدر الطاقة 1.8 فولت - 3.6 فولت

• ميزات البلوتوث

  • BTLE - بلوتوث منخفض الطاقة - (BLE ، BT 4.1)
  • Bluetooth® واليابان ، FCC ، IC مؤهل
  • ساعة نظام متكاملة 32 ميجا هرتز
  • طاقة الإخراج: + 4dBm نموذجي

  • التردد: من 2402 إلى 2480 ميجا هرتز

    هوائي متكامل عالي الأداء

  • الوضع الفردي Bluetooth® Smart Slave / Master
• الواجهات المدعومة: SPI و UART و I2C و 8/9 / 10bit ADC

• مجموعتين من دبابيس البرمجة

  • رؤوس.05 بوصة لسهولة الاقتران بأجهزة CMSIS-DAP و J-Link
  • .1 "رؤوس للتواصل مع ألواح التجارب
• LED أحمر يمكن التحكم فيه بواسطة البرنامج

الخطوة 3: تطبيق NRF Connect

بمجرد أن تفتح صندوق BluChip explorer ، سترى أنه ينبض بالحياة مع وميض LED ، مشهد رائع حقًا ، أليس كذلك؟

لمعرفة ما يوجد في المتجر مع وحدة BLE هذه ، دعنا نمضي قدمًا ونثبت تطبيق nRF Connect من Google Play أو App Store.

سنقوم بالاتصال بـ BluChip بهاتفنا ، لذا افتح تطبيق nRF Connect ، وتصفح شاشة الترحيب ، وانقر فوق تمكين لتشغيل Bluetooth. بعد ذلك ، انقر فوق Scan وستكتشف قريبًا أن جهاز BluChip الخاص بك مدرج ضمن علامة التبويب Scanner.

قبل أن نتصل فعليًا بـ BluChip ، دعنا نحصل على مؤشر LED ونضعه على اللوح بجانب المسامير 026 (+ ve) و 021 (-ve). يجب أن يضيء مؤشر LED على الفور لأن دبوس 026 يخرج 3.3 فولت (المستوى المنطقي مرتفع) بينما يكون الدبوس 021 منطقيًا منخفضًا (أرضي).

انطلق وانقر على "اتصال" لإنشاء اتصال بين هاتفك الذكي و BluChip ، والذي ينقلك بعد ذلك إلى علامة تبويب عميل الجهاز في التطبيق.

تعرض علامة تبويب عميل BluChip جميع الخدمات المتاحة على جهازك. ما يهمنا هنا هو خدمة BlueChip GPIO (المدرجة على أنها خدمة غير معروفة). اضغط عليها ثم اضغط على السهم المتجه لأعلى بجوار خاصية تعديل GPIO (المدرجة على أنها خاصية غير معروفة).

ستظهر نافذة منبثقة لقيمة الكتابة ، مما يتيح لك خيار إرسال البيانات إلى جهاز BluChip الخاص بك. في حالتنا ، نريد إيقاف تشغيل مؤشر LED ، لذا انقر فوق السهم الموجود بجوار BYTE ARRAY وقم بتغيير تنسيق البيانات إلى UINT 8. سنرسل رقم التعريف الشخصي باعتباره القيمة الأولى ، لذا أدخل 21 لـ pin021. اضغط على إضافة قيمة لإرسال الجزء التالي من البيانات ، الحالة التي سيتم تعيين الدبوس (تنسيق hex BYTE). لإيقاف تشغيل مؤشر LED ، سنقوم بتعيين رقم التعريف الشخصي 021 إلى 3.3 فولت (مستوى المنطق مرتفع) ، لذا أدخل 01 ثم انقر فوق إرسال.

ينطفئ LED على الفور! لإعادة تشغيل مؤشر LED ، أرسل قيمة 0x00 (المستوى المنطقي LOW) إلى pin021. كما هو موضح أدناه الخاصية المدرجة ، يتم عرض القيمة المرسلة لـ (0x) 15-01. {[(رقم عشري UINT8) 21 = (ست عشري BYTE) 0x15] + (ست عشري BYTE) 0x01 => (ست عشري BYTE) 0x1501}

إذا اخترت حفظ هذه القيم في النافذة المنبثقة "كتابة القيمة" من خلال إعطائها اسمًا ثم النقر فوق "حفظ" ، فيمكنك تحميلها في المستقبل كإعدادات مسبقة لتعديل GPIO بسهولة!

الخطوة 4: برمجة BluChip

كنت ستلاحظ من الفيديو أعلاه أن اسم جهاز BluChip الموجود على هاتفي مختلف عن اسمك ، فكيف يمكننا تغييره حسب رغبتنا؟

يعمل البرنامج الثابت للتطبيق الذي يعمل على BluChip كجهاز طرفي (تابع) عبر BLE إلى الأجهزة المركزية (الرئيسية) مثل الهواتف الذكية المتصلة به. لتغيير اسم أجهزتنا ، دعنا نتعمق في وميض البرامج الثابتة للتطبيق على BluChip.

مرفق مع مجموعة BluChip Explorer هو ARM Programmer (CMSIS-DAP). قدمت MakerChips دليل إرشادي أنيق حول تفاصيل البرنامج الثابت الوامض على BluChip باستخدام CMSIS-DAP.

لتجميع البرامج الثابتة في ملف hex ووميضه ، سنحتاج إلى Keil و nRF51 Software Development Kit (SDK) و BluChip الثابتة. انطلق وقم بتنزيلها من الروابط الموجودة في قسم "البرنامج" في MakerChips "برمجة BluChip مع CMSIS-DAP وصفحة Keil.

قم بتثبيت Keil ، ثم اتبع الخطوات من 1 إلى 3 في قسم "إنشاء ملف Hex".

في هذه المرحلة ، يمكنك المتابعة إلى الخطوة 4 ، إعادة بناء جميع الملفات الهدف.

إذا تلقيت خطأ بخصوص "core_cm0.h" ، فستحتاج إلى إضافة مساره إلى المشروع لتجميعه.

سنحتاج ببساطة إلى البحث عن الملف وتحديد موقع الدليل الخاص به ، وهو "\ المكونات / الأدوات / gcc".

دعنا ندرج هذا المسار لمشروعنا. انقر فوق خيارات الهدف ، وانتقل إلى علامة التبويب C / C ++ ، ثم قم بتضمين المسار كما هو موضح في الشكل 16.

بعد تضمين التبعيات الضرورية ، يجمع مشروعنا ويمكننا الآن عرض المخرجات المترجمة ، وهو ملف سداسي عشري مخصص على nRF51_SDK_10.0.0_dc26b5e / أمثلة / ble_peripheral / ble_app_ahc-master / bluchip / s110_with_dfu / arm4 / _buildnrf51422_xxac_s.

لفلاش ملف hex على BluChip ، اتبع الخطوات من 1 إلى 8 في قسم "Transferring the Hex File".

الآن بعد أن قمت بتحميل البرامج الثابتة على BluChip باسم جهاز مخصص ، قم بتشغيل تطبيق nRF Connect وابحث عن جهازك. ستلاحظ أنه سمي الآن على اسم ما حددته في DEVICE_NAME في البرنامج الثابت!

في الخطوة التالية ، سنبدأ في إعداد الأجهزة والإلكترونيات والبرامج لنظام ستائر المنزل الآلي.

الخطوة الخامسة: بناء الستائر الآلية

بعد مراجعة عملية تجميع البرامج الثابتة وميضها ، دعنا ننتقل إلى بناء ستائر البلوتوث الخاصة بنا!

سيتم استخدام محرك متدرج لقيادة حزام التوقيت الذي يحرك الستائر تفتح وتغلق. يتم تشغيل محرك السائر بواسطة محرك IC نصف H يتم التحكم فيه بواسطة BluChip.

من أجل الطاقة ، سوف نستخدم منظم جهد 12V AC-DC يتم تغذيته بالمحرك ، جنبًا إلى جنب مع منظم الجهد LM317 DC-DC للتنحي من 12 فولت إلى 3.3 فولت والذي سيعمل على تشغيل BluChip و Stepper Driver IC.

يمكنك الحصول على وحدة BluChip الخاصة بك من متجر MakerChips الجديد تمامًا في Tindie ، أو من موقع MakerChips.

دعنا نحصل على الأجزاء المدرجة أدناه بالإضافة إلى BluChip Explorer Kit لبدء تجميع الستائر الأوتوماتيكية:

• محول طاقة 12 فولت 1 أمبير 3.40 دولار
• برميل جاك 0.68 دولار
• منظم جهد LM317T $ 0.80.00
• المقاومات (200 و 330 أوم) 1.69 دولار
• سائق السائر L293D 1.63 دولار
• محرك متدرج أحادي القطب 8.00 دولارات (أو 1.66 دولار <= تعديل هذا الأصغر أحادي القطب إلى محرك ثنائي القطب)
• حزام توقيت 6 مم 7.31 دولار
• 6 مم Gear 0.54 دولار (أو طباعة ثلاثية الأبعاد من Thingiverse)
• بكرة 6 مم 1.17 دولار (أو قابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد من Thingiverse)
• حد التبديل x2 (اختياري) 1.34 دولار
• صندوق ضميمة المشروع (اختياري) 1.06 دولار
• أسلاك توصيل اللوح 2.09 دولار
• أسلاك توصيل دوبونت $ 2.80
• الأربطة المطاطية 1.13 دولار
• تويست العلاقات 3.22 دولار
• 22 AWG Wire (اختياري) 1.22 دولار
• العلاقات البريدية (اختياري) 0.63 دولار
• أنبوب الانكماش (اختياري) 1.97 دولار

أدوات (اختيارية):

• مسدس الغراء الساخن 3.75 دولار
• لحام الحديد 6.79 دولار

تنزيل فاتورة المواد من جيثب (أمازون)

يوضح الشكل 20 كيف ستقوم بتوصيل النظام ، اعتمادًا على الميزات التي تختار إضافتها. إذا كنت تريد حركة أكثر دقة ، فيمكنك إضافة مفاتيح تحديد للمشروع.

مفاتيح الحد هي نقاط نهاية للستائر التي تخبر BluChip عندما يتم فتحها أو إغلاقها. بدون مفاتيح الحد ، ستحتاج إلى تكوين البرنامج الثابت للإشارة إلى مدى تحرك الستائر في قسم "تكوين البرامج الثابتة" القادم.

يتضمن الشكل 20 أيضًا مقاومًا اختياريًا للصور يسمح بالكشف ليلًا ونهارًا ، ويمكن أيضًا تكوينه في قسم "تكوين البرامج الثابتة".

ابدأ تجميع الأجهزة عن طريق تركيب محرك السائر والبكرة وحزام التوقيت في الجزء العلوي من ستائرك. (الشكل 21)

شد حزام التوقيت مؤقتًا بشريط مطاطي. في وقت لاحق ، قبل الانتهاء من المشروع ، ستقوم بربطه معًا لتثبيته بشكل دائم.

لربط الستائر بحزام التوقيت الخاص بك ، قم بلف الأربطة السلكية حول الحزام وخطاف الستارة.

للحصول على فكرة أفضل حول كيفية ربط الستائر بالحزام ، اتبع الشكل 22. سوف تقوم بربط الستارة اليسرى بالجزء الخلفي من حزام التوقيت بربطة سلكية والستارة اليمنى بمقدمة حزام التوقيت مع ربطة عنق سلكية.

بمجرد تثبيت الحزام وربط الستارة ، قم بإزالة محرك السائر حتى نتمكن من البدء في تجميع واختبار الدائرة الإلكترونية التي ستقودها ، وابدأ في بناء الإلكترونيات عن طريق وضع Bluchip و L293d IC و LM317t Voltage Regulator على لوحة التجارب وفقًا لذلك. في الشكل 20.

أدخل المقاومات 200 و 330 أوم وفقًا للشكل 20. تقوم المقاومات بضبط خرج LM317 بحيث يوفر ~ 3.3 فولت. (الشكل 24)

أدخل سلك العبور ثم مقبس برميل سلكي كما هو موضح في الشكل 26.

لنقم بتوصيل محول الطاقة الخاص بنا بمقبس الحائط ، وقم بتوصيل المحول بمقبس البرميل لاختبار الفولتية كما هو موضح في الشكل 27.

بمجرد التأكد من الفولتية الصحيحة ، قم بإزالة مقبس الطاقة وابدأ في وضع أسلاك توصيل اللوح المتبقية وفقًا للشكل 20.

بعد ذلك ، سنقوم بتوصيل محرك السائر ثنائي القطب الخاص بنا إلى L293d IC.

أولاً ، ضع أسلاك العبور Dupont في موصل محرك السائر كما هو موضح في الشكل 29.

لمعرفة السلك الذي يذهب إلى أين ، اتبع التخطيطي في الشكل 30.

كما هو موضح في التخطيطي ، فإن العملاء المتوقعين من ملف واحد يذهبون إلى Pin2 & Pin6 من L293D. الخيوط من الملف الآخر تذهب إلى Pin11 & Pin14.

يحتوي محرك السائر ثنائي القطب المعدل 28BYJ-48 على أربعة أسلاك ملونة قابلة للاستخدام كما هو موضح في الشكل 31.

نقوم بتوصيل اللون الأزرق إلى Pin3 والأصفر إلى Pin6 والبرتقالي إلى Pin11 والوردي إلى Pin14 على L293d.

الدائرة الأساسية اكتملت الآن!

إذا كنت ترغب في تنفيذ مفاتيح الحد ، فقم بتوصيل NO & C ببعض الأسلاك 22AWG. في الطرف الآخر ، قم بإرفاق وصلات العبور DuPont لتشكيل خيوط تناسب اللوح. (الشكل 32)

يمكنك تثبيتها على سكة الستائر كما هو موضح في الشكل 33 باستخدام الأربطة المطاطية ، أو إذا كان لديك مسدس الغراء الساخن في متناول اليد ، فيمكنك ربطه بالضغط على السكة ثم وضع كمية جيدة من الغراء الساخن لضمان عدم تحركه حول.

للحصول على فكرة عن مكان وضعها ، راجع الشكل 34.

يتم توصيل مفتاح حد واحد بالطرف الأيسر البعيد من سكة الستارة ، بين خطاف السكة الأول والثاني ، بحيث عندما تفتح الستائر ، يضغط الخطاف على المفتاح وينشطه. يتم وضع مفتاح الحد الآخر مباشرة في وسط السكة ، في مواجهة اليسار. بهذه الطريقة ، يتم تنشيطه عند إغلاق الستائر.

أدخل يؤدي مفتاح الحد على اللوح وفقًا للشكل 20.

أخيرًا ، إذا كنت تريد أن تفتح ستائرك عندما تشرق الشمس وتغلق عند غروبها ، فستحتاج إلى توصيل المقاوم للصور كما هو موضح في الشكل 36 ، وإعداده بالقرب من مكان وصوله إلى ضوء الشمس أثناء الفجر.

بعد الانتهاء من إعداد دائرة اللوح ، استعد وقم بتوصيل المبرمج الخاص بك بـ BluChip لتفليش البرنامج الثابت. قم بتنزيل البرنامج الثابت من GitHub واستخرجه في دليل SDK كما فعلت من قبل.

قم بتنزيل ble_app_ahc.zip من Github.

افتح المشروع ، ثم قم بتجميع البرامج الثابتة وتحميلها إلى BluChip.

قبل اختباره ، سنضع اللوح في صندوق ونصنع ثقوبًا للأسلاك و Curtain Status LED.

ضع اللوح على قاعدة صندوق العلبة وافتح فتحة للأسلاك. يعمل الافتتاح أيضًا كنقطة لـ BluChip للتواصل مع الأجهزة الأخرى من خلال الهوائي الخاص بها. (الشكل 37)

قم بحفر حفرة بحجم مؤشر LED على جانب العلبة وقم بتركيب مؤشر LED عليها. قم بتوصيل مؤشر LED وفقًا للشكل 20.

ابحث عن مكان مناسب لتركيب صندوق العلبة على يسار سكة الستارة ، بالقرب من مأخذ التيار الكهربائي. أعد تركيب المحرك وقم بإجراء اختبار شد نهائي لحزام التوقيت ، وتأكد من عدم وجود ارتخاء. (الشكل 39)

حان الوقت الآن لاختبار نظامنا المجمع. أدخل محول الطاقة وقم بتشغيل تطبيق nRF Connect. سوف تكتشف جهازًا يسمى Curtains. BluChip.

قم بالاتصال به ، وأرسل قيمة UINT8 1 (ستائر مفتوحة) إلى الخاصية غير المعروفة ضمن خدمة غير معروفة ، وشاهد الستائر وهي تفتح!

الآن بعد أن اختبرت نظامك بنجاح ، دعنا نلقي نظرة على تكوين بعض الكود الذي يقوم بتشغيل العرض على BluChip.

الخطوة 6: تكوين BluChip Firmware

يتكون مشروع البرامج الثابتة لـ Automated Home Curtain بشكل أساسي من 4 ملفات: main.c ، ahc.c ، ble_ahc_service.c & ble_ahc_service.h.

أثناء بناء الأجهزة الإلكترونية والأجهزة ، كان لدينا خيار اختيار ما إذا كنا نريد مفاتيح الحد لزيادة دقة نظامنا الآلي.

في الكود من ahc.h ، يمكننا أن نرى #define لـ LIMIT_SWITCHES.

يتيح تجميع الشفرات وامضها باستخدام #define LIMIT_SWITCHES استخدام كلا مفتاحي التحديد لاكتشاف وقت فتح وإغلاق الستائر.

يلزم إعادة تسميته إلى #undef LIMIT_SWITCHES إذا اخترت عدم تضمين مفاتيح التبديل الخاصة بمشروعك. في هذه الحالة ، ستحتاج إلى ضبط المسافة التي تقطعها الستارة في المتغيرين CURTAIN_OPEN_STEPS و CURTAIN_CLOSE_STEPS. اضبط هذه القيم لإطالة أو تقصير مسافة انتقال الستارة.

يمكن تمكين الخيار الآخر ، إضافة المقاوم الضوئي ، عن طريق تعديل #undef LDR إلى #define LDR. يرمز LDR إلى المقاوم المعتمد على الضوء ، والمعروف أيضًا باسم المقاوم الضوئي. عندما نقوم بتمكين LDR ، فإن المقاوم الضوئي يعرف متى يكون ساطعًا أو مظلمًا بالخارج ، ويساعدك على إغلاق أو فتح ستائرك في بداية أو نهاية اليوم.

إلى جانب تكوين Limit Switches و Photoresistor ، دعنا نلقي نظرة على بعض الكتل الرئيسية الأخرى من التعليمات البرمجية التي تسمح لك بفتح وإغلاق الستائر تلقائيًا.

تحتوي الملفات ble_ahc_service.c & ble_ahc_service.h على رمز ينقل البيانات من هاتفك إلى BluChip.

عندما تتلقى BluChip البيانات ، فإنها تقوم بتحليلها وفقًا لما إذا تم إرسال 0 أو 1. ثم يقوم بتنشيط مؤشر LED للحالة ، ويقوم بحركة المحرك ، ثم يقوم بإلغاء تنشيط إكمال إشارة LED.

يتم تشغيل الوظيفة ahc_init () من ahc.h في بداية الحلقة الرئيسية ، مع تهيئة جميع المسامير على BluChip.

الخطوة 7: الملخص

في الختام ، كان هذا مشروعًا ممتعًا للغاية وسهلًا إلى حد ما لتعلم أساسيات BLE. حقيقة أن وحدة الاختراق الخاصة بـ BluChip تتلاءم بشكل مريح مع اللوح يجعل من السهل حقًا إنشاء نموذج أولي بسرعة على أي لوح تجارب قد يكون لديك.

أود أن أقول أنه بعد بناء الستائر الآلية الخاصة بي ، فكرت بالفعل في العديد من الأشياء الأخرى لربط BluChip ، بما في ذلك neopixels الذكية ، و OLED لإنشاء ساعة رقمية ، وروبوت يتم التحكم فيه بواسطة الهاتف الذكي ، والعديد من المشاريع الإلكترونية الأخرى منخفضة الطاقة الأفكار التي قد تحتاج إلى اتصال لاسلكي مضغوط!

أي شخص لديه اهتمام كبير بالإلكترونيات والبرمجة سوف يفاجأ بسرور بما تقدمه BluChip ، بالإضافة إلى راحة إعداد وتنفيذ BLE لتحويل المشاريع إلى مشاريع أكثر برودة.

اعتبارًا من الآن ، سأعود للاستمتاع بستائر منزلية آلية يدوية..