שולחן עבודה נייד של Arduino חלק 3: 11 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

אם צפית בחלקים 1, 2 ו- 2B, אז עד כה לא היה הרבה Arduino בפרויקט הזה, אבל רק כמה חוטי לוחות וכו 'זה לא העניין וזה צריך לבנות את חלק התשתית לפני מנוחה עובדת.

זהו קוד האלקטרוניקה והארדואינו. מדריך 2B הקודם מפרט את פרטי ספק הכוח.

חלק זה כולל את שולחן העבודה הנייד עם התכונות הבאות

מסך מגע TFT המספק תצוגה, מונע על ידי Arduino Mega לספק את הדברים הבאים

1. 8 תצוגות דיגיטליות, כבוי/מופעל/נדנוד
2. 4 תצוגות מתח
3. 3 תצוגות זרם/מתח
4. מד התנגדות E24 (כי אני כבר לא יכול לקרוא את רצועות הצבעים)

יהיו עוד דברים שאוסיף, אבל זה היה היעד הראשוני שלי. הקוד של Arduino כולל גם תצוגה סדרתית, תצוגת I2C, מד קיבול, מתגים דיגיטליים ואוסילוסקופ שאוסיף עם הזמן. כמו כן, לא ממש החלטתי אם כדאי להוסיף ספק כוח 3V3, ספק כוח משתנה או ניטור מתח/זרם אספקת חשמל. עד כה זה נבנה באמצעות מגה, אבל אני גם בוחן להעביר כמה מהפונקציות למעגלים נגישים ל- I2C, שבבים ייעודיים או Atmel 328 מתוכנתים שיתאימו ביתר קלות לבקר אחר.

אספקה

שקעי כותרת 5 x 16 דרך

שקעי דופונט 5 x 8 דרך, עשויים למעשה מארזי יחיד בתור ארוכים בעלי 40 כיוונים חתוכים לאורך הנדרש

1 x 3.5 אינץ 'מסך מגע ILI9486 TFT

1 x Arduino Mega 2650

רכיבים בודדים

לפי הטקסט, הערך של חלקם אינו קבוע לחלוטין ואם אתה מפספס פונקציה לא תהיה נחוצה כלל:)

קלט דיגיטלי

נגדים 16 x 10K

קלט אנלוגי

1 x TL074 מרובע jfet opamp, זה מה שהיה לי כחילוף, כל דבר דומה יעשה:)

נגדים 4 x 68K ו -4 x 430k המשמשים כמפרידי מתח.

4 x 1N4001 או דומה

מד התנגדות

1 x TL072 אופאם jfet כפול, זה מה שהיה לי כחילוף, כל דבר דומה יעשה:)

1M0, 300k, 100k, 30k, 10k, 3k, 1k, 300R (אם ישתנו ערכים אלה יש לעדכן את קוד הארדואינו)

שלב 1: סקירה כללית של מוצרי החשמל

הקונסולה האפורה יוצרה על ידי לפני 30 שנה והיא עדיין בשימוש קבוע, אך הזמנים עברו הלאה. הוא מספק ספקי כוח כפולים משמאל, מגבר אודיו מרכזי באמצע, עם רמקול פנימי ומתנד משמאל. בימים אלה רוב המעגלים שלי צריכים רק את אספקת החשמל ומזה, רק את המעקה החיובי. היה צורך במשהו אחר, כמו גם בתוויות שבהן חייתי, ובכן הצלחתי.

הדרישות העיקריות לאלקטרוניקה של תיבת הפרויקט היו להפעיל מעגלים חדשים יותר באמצעות Arduino או Raspberry PI ולכן 5V היה חיוני וכך גם שקעי USB. מתגים מוארים אומרים לי אם החשמל מופעל או לא, וכאשר אני בודק אני צריך באופן קבוע לבנות מעגלי עזר קטנים כדי לתת תצוגות מצב זמניות. יש לי קופסה של מטרים מגושמים המנצלים הרבה מקום ספסל ובעיקר, אני צריך תצוגה שאני יכול לקרוא בקלות כשהראייה שלי מתדרדרת, משהו עם דמויות בהירות גדולות. אז אני צריך מסכים דיגיטליים, מדי מתח, מדי זרם, ובמקרה הזה מעט יוקרה בצורה של מד התנגדות כדי לזהות במהירות נגדים מסדרת E24, כולם בטווח של 15 ס מ מלוח הפרויקט ובארון קומפקטי ונייד.

ה- PSU הראשי, המתואר במאמר הקודם, מספק כוח למכסה באמצעות כבל סרט בעל 40 כיווני המאפשר לחבר את השניים בזמן שהמכסה סגור. זה מספק ציוד 5V ו- 12V מופעל עבור אלקטרוניקה הלוח ולספק את לוח הלחם.

כל כניסות החשמל והאות מסופקות על ידי שקעי כותרת PCB 2x8way במקביל לשקע דו-פונט דו-כיווני. זה כנראה מוגזם, ברוב הלוחות יש מסילות חשמל אבל זה היה קל לביצוע.

בשקעי החשמל, מסילת ה- 0V הראשית של ספק הכוח משותפת לכל הציוד והיא זמינה. מעל זה ספק כוח 5V, מופעל ביחידת הבסיס, ומעליו שני אספקה +12V ו- -12V המסופקים, אשר קבועים כעת אם כי יש לי רעיון לפרוץ את ההיצע כדי להפוך אותו למשתנה ולספק 3.3-20V היצע משתנה.

שלב 2: האלקטרוניקה

פרסמתי הדפסי מסך של פריסת לוח הלוח, איך המעגל נראה כאשר הוא בנוי על לוח מטריקס, סכמטי כקובץ PDF וקבצי ה- Fritzing המקוריים. זה אינו אלקטרוניקה מורכבת במיוחד ויש בו כדי להתקין נגדים מגבילים, מגברי חיץ וחיבורי מאוורר ללוח Arduino. אבל יש כמה תמונות להראות את הקשרים הרבים בצורה קצת יותר ברורה. מרבית החיווט היה מורכב מאורכים סטנדרטיים של כבל סרט דופונט מוקמט מראש שהורכב מחדש לבתים מרובי כבישים כדי להפוך את שניהם לקלים יותר לחיבור מחדש ואמינים יותר.

ה- Arduino Mega 2650 מותקן במכסה עם שקע USB הזמין לתכנות. הוא מניע את מסך המגע TFT המשמש להצגת כל הפלט והתשומות.

8 כניסות דיגיטליות זמינות באמצעות כותרת PCB דו-כיוונית עם 8 כיוונים ומצבם מוצג על המסך אם הפונקציה הזו נבחרה. זוהי תצוגת הפעלה/כיבוי פשוטה, אדום כבוי, ירוק מופעל. אני עשוי להוסיף נדנוד כשינוי עתידי.

4 כניסות מתח זמינות גם באמצעות כותרת ה- PCB, ומחלק מתח, המתח המוצג על המסך. כל מתח כניסה בלוח הקדמי, בהתייחסו לקרקע המשותפת, מועבר לחלוקה ב -7 מחלק מתח ולאחר מכן נאגר באחד מארבעה מגברי אופר ב- TL074 המוגדר כמגבר מתקן, רק כדי למנוע תאונות עם מתח שלילי.. יהיה נחמד להוסיף אינדיקציה לקוטביות בשלב כלשהו אבל לא הפעם. הפלט מכל מגבר אופ הוא לאחד מכניסות ה- ADC של הארדואינו.

כותרת PCB נוספת חושפת חיבורים טוריים ו- I2C. הדבר נעשה כדי לאפשר יישום של קונסולת תצוגה טורית ופונקציית זיהוי I2C בסיסית.

כניסות המתח/דיגיטליות עשויות להתברר כי אינן כל הכרחיות, כך שניתן להגדיר אותן מחדש לספק יציאות מיתוג דיגיטליות.

ה- Arduino מפעיל מערך התנגדות על מחלק מתח כדי לספק פונקציונליות של מד התנגדות. הפלט של זה נאגר על ידי מגבר אופ (חצי TL072) לפני שהוא נקרא על ידי הארדואינו וההתנגדות מחושבת. מטרתו זו לא מדידת התנגדות מדויקת אלא זיהוי ערכי סדרת E24 במהירות, אם כי עם כיול כלשהו היא יכולה לשמש כמדוד בסיסי. פעולתו היא לזהות כאשר קיימת התנגדות נמוכה מ- 9M9 על שני המעיינות המותקנים בלוח הקדמי ולאחר מכן לעבור באופן סלקטיבי 5V לכל נגד במערך המחלקים עד שנמדד הערך הקרוב ביותר ל- 2.5V או הנגד האחרון שנבחר, a לאחר מכן נעשה חישוב והשוואה כדי לקבוע את ערך E24 הקרוב ביותר. 5V מקורו ביציאות דיגיטליות 3-10 בארדואינו אשר מוגדרות מחדש ככניסות עכבה גבוהות בין כל מדידה כדי למזער טעויות. סיכות Arduino D3-10 שימשו במכוון כתוספת עתידית עשויה להיות מד קיבול באמצעות יכולת PWM של יציאות אלה שעלולות להיות רק שינוי תוכנה.

לוח שונה של INA3221 מספק מדידות מתח וזרם נוספות באמצעות ממשק I2C עם כניסות מהלוח הקדמי. הכל מחובר באמצעות כבלי מגשר, כך שההקצאה מחדש של הפונקציות תהיה קלה בעתיד.

שלב 3: כניסת מתח/זרם INA3221

זה נועד כתיקון מהיר לאספקת מדידות מתח/זרם בקופסא אך התברר שכפי שהוטמעתי על הלוח שקניתי הוא נועד לפקח על טעינת הסוללה ולכן היה צריך לשנות אותו כדי לספק שלוש מדידות עצמאיות. אם בעת בניית הפרויקט הזה תוכל להשיג לוח INA3221 שמיישם שבב זה בהתאם לגליון הנתונים, אין צורך בכך.

במבט על התמונה, יש לבצע שלושה חתכים במעקבי ה- PCB להפרדת נגדי המדידה. יש לחתוך גם את הרפידות לשלושת הנגדים האלה כדי להפריד אותן משאר הלוח. לאחר מכן מצטרפים הנגדים לרפידות על ידי הלחמת חוטים נוספים כגשרים. אני מתעד זאת מכיוון שזה לוח משותף וייתכן שהוא היחיד הזמין.

חיבורים ללוח מהלוח הקדמי נעשים לאחר מכן באמצעות מוליכי מגשר על פני נגדי המדידה.

הכוח ללוח נלקח מסיכות 5V Arduino כמו הקרקע, כאשר חיבורי I2C עוברים למעגל הלוח האלקטרוני.

שלב 4: מסך התצוגה

זו הייתה רכישה ב- eBay וזמינה מהרבה מקורות והיא צג מופעל על ידי ILI9486. גיליתי שהיא פועלת בצורה הטובה ביותר עם ספריות MCUFRIEND של דיוויד פרנטיס, אך היא חייבת להיות מכוילת לפני השימוש, מה שדרש שאחת הדוגמאות של הספרייה שסיפק דוד תופעל כשהמסך מחובר, עקוב אחר ההוראות שעל המסך ורשום את הפרמטרים המוצגים, הכנסת לקובץ הקוד Arduino_Workstation_v01 אם שונה.

לפרויקט זה מסך מגע הוא חיוני, הוא מסתובב ללא מתגים ייעודיים והמתקן רק להוסיף תפריטים ופונקציות בעתיד ללא הרבה חיווט מחדש.

שלב 5: חיבור זה ביחד

ה- Arduino Mega ממוקם על LHS של המכסה, עם יציאות ה- USB והחשמל שלו נגישות מחוץ למארז. ב- RHS שליד ה- Arduino נמצאים האלקטרוניקה המותקנת על לוח מטריקס ומעליו מותקן לוח INA3221 בחלק האחורי של המכסה.

בחלק האחורי של המכסה ב- LHS שמעל הארדואינו יש לוח חיבור קרקע משותף שאליו מחוברים כל הקרקע.

כמה שיותר לידים אוחדו יחד למחברים מרובי כבישים. זה הופך את חיבור המעגלים לקל ואמין הרבה יותר, והתמיכה ההדדית של מחברים בבית מרובה כבישים מספקת עמידות משופרת בפני השתחררות. להלן רשימה של איחודים אלה.

כל המחברים נוספו בצורה הגיונית ונותנים גישה הגדולה ביותר ליצירת חיבורים עם אצבעותי המגושמות, ומשאירים את חיבורי הלוח הקדמי עד הסוף, כאשר חיבורי התצוגה הסופיים מועברים דרך חור ההרכבה שיושלם לאחרונה. המסך קבוע במקומו עם מסגרת מודפסת תלת -ממדית.

שלב 6: לידים מאוחדים

1. כניסות מתח והתנגדות ליציאות ה- ADC של Arduino, חמישה מוליכים בגודל 20 ס"מ עם מחברים זכריים בודדים בקצה אחד המאוחדים למגורים שישה כיוונים עם פער שיאפשר את הפער בכותרות Arduino.
2. כבל 10 ס"מ 10 ס"מ מבית ארבעה כיוונים לשני בתים דו כיווניים לחיבור סיכות המתח בלוח הקדמי ללוח המעגל.
3. כבל 8 כיווני 10 ס"מ מכותרת גברית 2x4 דרך לכותרת נקבה 8 כיוונים
4. כבל 4 כיווני 10 ס"מ מבית נקבה 4 כיווני לדיור נקבה 4 כיוונים לחיבור סידורי ו- I2C ללוח הקדמי
5. כבל בגודל 10 ס"מ מ- 4 כיוונים לארבעה מחברים בודדים לחיבור INA3221 ללוח הקדמי
6. כבל 20 כיווני 20 ס"מ לחיבור דיור נקבה ארבע כיווני לדיור זכר ארבע כיווני כדי לקחת סידורי ו- I2C מארדואינו למאוורר החוצה.
7. כבל בעל 8 כיווני 10 ס"מ מבית 8 נקבות לכיוון 8 נקבות דיור בכדי לקחת כניסות דיגיטליות מהלוח הקדמי ללוח המעגלים.
8. כבל 8 דרך 10 סנטימטר כדי לקחת דיור נקבה 8 כיווני לדיור זכר אחד 3 כיווני ודיור זכר אחד בעל 5 כיוונים לחיבור מחלק ההתנגדות ללוח המעגלים. שני הבתים משמשים להכיל את הפער הלא סטנדרטי בכותרות שעל לוח Arduino.
9. כבל 20 ס"מ לכיוון 20 ס"מ להעברת נקבה דו כיוונית לשני מחברים זכרים בודדים עבור ספק הכוח INA3221.
10. כבל דו כיווני בגודל 10 ס"מ להובלת דיור נקבה דו כיווני לשני בתים נקבה יחידים לחיבור חיבור הצג השלישי INA3221 ללוח הקדמי.
11. כבל דו כיווני בגודל 10 ס"מ להעברת נקבה דו כיוונית לדיור נקבה דו כיווני לחיבור INA3221 לחיבורי Fanout I2C.

שלב 7: קוד ארדואינו

פרויקט זה מבוסס סביב ה- Arduino Mega 2650 מהסיבה הפשוטה שרציתי הרבה יציאות קלט/פלט המוקדשות למשימות בפורמט פשוט. הספריות עבור ברירת המחדל של מסך המגע TFT לתמיכה ב- Arduino Uno ויש לערוך אותן כדי לתמוך במגה. עריכת הספריות נתמכת על ידי כותב קוד TFT המקורי, היא פשוטה ומתוארת בשלב הבא.

השימוש בתצוגת מסך מגע הוא הבסיס לחלק זה של הפרויקט, אך מכיוון שהתצוגה שמישהו משתמש בה עשויה להיות שונה מזו שבה השתמשתי, הקוד ממקם רק פונקציות ספציפיות לחומרה בשגרה נפרדת, כך שניתן לזהות את כל השינויים הדרושים.

גרסת עבודה של הקוד כלולה כאן ותעודכן אך העדכונים האחרונים יהיו ב- github.

הפונקציה העיקרית של הקוד סובבת את התצוגה, כאשר לכל אלמנט בתצוגה יש ערך במערך יחיד המכיל את סוג האלמנט, היכן שעל המסך הוא מוצג, צבע ופרמטרים נוספים כגון מקור קלט. צילום מסך של מערך זה עם הערות מוצג למעלה. הוא גם מחזיק שדה כדי לשלוט אם הוא יוצג על המסך או לא. על ידי עריכה של מערך זה, ניתן להוסיף תכונות חדשות או להסיר תכונות. שגרת 'הלולאה' של הקוד עוברת במערך זה באופן רציף, מעבדת כל אלמנט כשיר ברצף ולאחר מכן חוזר על עצמו. כיום ישנם 6 אלמנטים שונים.

אלמנטים בתפריט - אלה אינם מציגים מידע אך כאשר נוגעים בהם בצעו תוכנית משנה קשורה, המזוהה בפרמטרי האלמנט

אלמנטים דיגיטליים - מוצגים כתיבה על המסך כאדום או ירוק בהתאם למצב סיכת הכניסה הדיגיטלית המשויכת. הקונסולה לדוגמא מחוברת ל- 8 סיכות דיגיטליות אך ניתן להגדיל או להקטין אותה כרצונך.

אלמנטים אנלוגיים - הצג מתח משוער כפי שנמדד על הסיכה האנלוגית המשויכת. ארבעה פורטו במקור.

אלמנטים מדויקים - קלט תצוגה ממודול מד מתח/זרם חיצוני. יש רק שלושה כאלה, אך ניתן להוסיף מודול שני או שלישי.

אלמנט התנגדות - זהו אלמנט יחיד המציג את הקלט ממד ההתנגדות.

מגע - זוהי השגרה היחידה שתמיד מבוצעת כדי לזהות אם נגע במסך ולאחר מכן לקבל החלטה על סמך מה נגע. כלומר אם פריט בתפריט, מה המשמעות של הצגת הדבר הבא.

למסך שלושה מצבי סטטוס, מסך רגיל, גדול ומלא וכל האלמנטים משנים את פעולתם בהתאם לסטטוס. ניתן לבחור את שלושת המצבים מהתפריט על ידי נגיעה ברכיב ואפשרות התפריט המשויכת.

מצב רגיל - מציג 8 כניסות דיגיטליות, ארבע כניסות מתח אנלוגי, שלושה אלמנטים מדויקים, אלמנט ההתנגדות וארבעה רכיבי תפריט. בחירה רגילה מהתפריט מעבירה את התצוגה למצב זה.

מצב גדול - נבחר על ידי נגיעה בכל אחד מהאלמנטים שעל המסך ואחריו גדול. כאשר הוא נבחר, סוג הרכיב הזה הוא הסוג היחיד שנבחר והאלמנטים מסוג זה מסודרים מחדש כדי למלא את כל המסך.

מצב מסך מלא - נבחר על ידי נגיעה באחד המרכיבים שעל המסך ואחריו מסך מלא. כאשר הוא נבחר, אלמנט זה הוא האלמנט היחיד המוצג והוא מסודר מחדש כך שימלא את כל המסך ונותן נראות מרבית של אותו פריט.

כדי להוסיף פונקציונליות נוספת, יש להוסיף את השגרות הבאות

שגרת 'צייר' הנקראת כדי לקבל את המידע לאותו רכיב, התקשרו לשגרת עדכון המסך המתאימה ורשמו את פרטי המגע המוחזרים

שגרת 'לוגיקה' המקבלת את המידע משגרת הציור ומשתמשת בשגרות הנהג המסך המתאימות כדי להעלות את המידע על המסך ולהחזיר את פרטי המגע הנכונים לאזור המסך המצויר

שגרת 'התקנה' הנקראת כחלק מההתקנה של ארדואינו

ניתן לכלול שגרות אחרות אך לא אמורה להיות תלות הדדית בין קוד רכיב, אם אלמנט לא הופעל אז קוד ה- IT שלו לא אמור להתבצע והמבנה הרב -תכליתי הפשוט שומר על תקינותו.

שלב 8: עריכת ספריות Arduino

התצוגה שבה השתמשתי עובדת טוב מאוד עם ה- Arduino Uno וספריות הבסיס שנכתבו עבורו אך מתפקדת לאט כאשר מועברת ישירות ל- Arduino Mega. כדי להניע את הצג בצורה נכונה, יש להשתמש במערך אחר של סיכות נתונים ויש להגדיר שינוי זה בשימוש בספריות. זהו שינוי פשוט ונועד על ידי המחבר. התמונות מדגישות את השינויים שבוצעו.

שני הקבצים מאוחסנים בתיקייה MCUFRIEND_kbv / בתור mcufriend_shield.h ו- mcufriend_special.h. השינויים הנדרשים הם קודם כל בקובץ הכותרת 'מגן' כדי להבטיח שהשורה הראשונה נקראת

#הגדר USE_SPECIAL

כדי לוודא שקובץ הכותרת ה'מיוחד 'נטען.

יש לעדכן גם את קובץ הכותרת 'המיוחד' כדי לוודא כי השורה

#הגדר USE_MEGA_8BIT_PROTOSHIELD

אינו מתייחס.

שני השינויים הללו אומרים שקוד התצוגה לתצוגה זו יפעל באמצעות סיכות 20-29 ב- Arduino Mega במקום ברירת המחדל 3-10 ב- Uno.

שלב 9: צילומי מסך

שמתי כאן צילומי מסך כך שקל לראות מה הקונסולה צריכה לעשות. הסעיף הבא מתייחס לטעינת הקוד לארדואינו.

המסך הראשון מציג את המסך ה'רגיל 'עם תפריטים בחלקו העליון, מדידות מתח ב- LHS, מדידות מתח וזרם ב- RHS ומצב סיכה דיגיטלית בתחתית, אדום עבור' שקר/נמוך ', ירוק עבור' נכון/גבוה ' '. לבסוף במרכז מדידת ההתנגדות.

המסך השני מציג את הכניסות הדיגיטליות המופעלות במצב גדול, כל קלט מוצג בבירור.

המסך השלישי מציג את כניסות המתח במצב גדול.

שלב 10: טעינת קוד Arduino

הקוד מצורף, אך כפי שהוזכר קודם לכן יעלה github מתישהו והמיקום יתווסף כאן. קובץ קוד המקור העיקרי הוא Arduino_Workbench_v01.ino והשגרות האחרות הן לספק את התכונות השונות.

אם הספריות שונו בסדר וה- Arduino Mega2650 הוגדר כפלטפורמת היעד ב- IDE של Arduino, אז הקוד צריך להיות מורכב בפעם הראשונה.

הספריות שיצטרכו להיטען הן ספריות Adafruit GFX ומסך מגע שאמורות להיות זמינות ממנהל הספרייה של Arduino, עותק של MCUFRIEND_kbv להורדה מ- github ול- INA3221, ספריית SwitchDocLabs SDL_Arduino_INA3221 ניתנת להורדה גם מ- github, שניהם עולים במהירות חיפוש בגוגל.

שלב 11: נגיעות אחרונות

הרעיון הוא להשתמש בו לעבודה בפרויקטים, כך שנוצר לוח נשלף הכולל ברגי הרכבה ללוחות ארדואינו ולוח לחם, כולו המחובר למכסה באמצעות סקוטש כדי להפוך אותם לניתוקים וכך ניתן ליצור לוחות שונים להכיל פרויקטים ו שניתן להשתמש בקופסה מחדש לפרויקטים שונים הפועלים במקביל.

אני מצפה שזה יהיה מקור לכמה רעיונות ליצור משהו אחר, טוב יותר או שניהם. אני אוסיף את התכונות הנוספות שהזכרתי ואוסיף אותן, אבל אם זה עוזר לך, אנא קח מה שאתה רוצה ותהנה. אם יש בעיות בולטות, אנא הודע לי על כך.

כרגע אני הולך להמשיך ולהשתמש בזה, יש לי כמה פרויקטים לעבוד עליהם!