【Follow me第二季第2期】arduinoUNOR4+homeassistant任务提交
[复制链接]
本帖最后由 白菜虫虫 于 2024-11-2 22:59 编辑
很开心又一次参加得捷和eeworld联合举办的follow me活动。
这次活动使用的板卡是Arduino UNO R4 WiFi。其实对于arduino还是有一些小情结的，因为当时虽然第一款学的MCU是51，但真正入门并领略了微电子的乐趣，还是arduino UNO R3，所以这次能参加follow me的活动还是很nice的。
5600fdd50fa65f566a2f2d92ab9db4de
任务实现简介：
这次完成的任务主要有以下这些，具体实现方式相见后面。
入门任务（必做）：搭建环境并开启第一步Blink / 串口打印Hello EEWorld！
基础任务（必做）：驱动12x8点阵LED；
用DAC生成正弦波；
用OPAMP放大DAC信号；
用ADC采集并且打印数据到串口等其他接口可上传到上位机显示曲线
进阶任务（必做）：通过Wi-Fi，利用MQTT协议接入到开源的智能家居平台HA（HomeAssistant）
扩展任务(必做，自选任务）：
1.通过外部AHT20温湿度传感器，上传温湿度到HA，通过HA面板显示数据
2.连接XiaoC3到HA，并用板载LED模拟灯泡。用HA面板控制LED亮灭模拟控制家庭照明灯的亮灭。
物料清单：
本次使用的物料主要由：
1、arduino UNO R4 wifi 开发板
2、AHT20温湿度传感器
3、Seeed XIAO C3开发板
入门任务（必做）：搭建环境并开启第一步Blink / 串口打印Hello EEWorld！
设计思路：初始化数字引脚，重复点亮LED和熄灭LED并添加适当延时；初始化串口，输出文字“Hello EEWorld！”。
软件流程图：
1.下载安装软件
首先，打开arduino官网的软件下载页面
根据自己的操作系统，选择合适的软件版本下载。
然后按照默认设置一路next安装完毕。
在右侧的侧边栏点第二个图标，出现开发板管理器栏，输入Arduino UNO R4并
回车搜索，选择arduino官方的arduino UNO R4 Boards板卡进行安装。
3.点亮板卡
3.1依次点击文件→示例→内置示例 01.basics→blink。
3.2依次点击→工具→开发板→arduino UNO R4 boards→arduino UNO R4 wifi
3.3然后点击（→）编译上传。
等待软件编译上传完成，开发板上的小灯开始闪烁，blink程序烧录完成。
4.串口打印Hello EEWorld！
将刚才的程序进行修改
void setup() {
// initialize digital pin LED_BUILTIN as an output.
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
Serial.print("Hello EEWorld！");
}
// the loop function runs over and over again forever
void loop() {
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
delay(1000); // wait for a second
digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW
delay(1000); // wait for a second
}
点击工具→串口监视器。
再次点击（→）编译上传，串口监视器输出Hello EEWorld！
基础任务（必做）：1、驱动12x8点阵LED；2、用DAC生成正弦波；3、用OPAMP放大DAC信号；4、用ADC采集并且打印数据到串口等其他接口可上传到上位机显示曲线
设计思路：1、点阵LED的驱动很简单，找到相应的库简单修改就行，以二维数组，一维数组，字符串数组三选一的方式将需要显示的内容表示出来，然后通过驱动库进行显示。因为步骤太简单了，就不画流程图了。
2-4生成波形及采集的部分，主要就是通过DAC生成一个波形，将波形通过分压电阻输入给运算放大器的正负反馈输入端，然后进行放大并输出给ADC进行采样，并将采集到的数据通过串口输出，通过ARDUINO IDE自带的串口绘图仪进行观察。
软件流程图：
1.驱动12x8点阵LED；
这个LED矩阵的驱动也是比较简单的，使用Arduino_LED_Matrix库就可以轻松驱动。（具体可以参考示例当中LED_Martrix相关例程。）
而操作起来一般也就三种方式，
①8x12数组，具体参见 Matrix Frame Buffer例程
②三组8位16进制数，具体参见Displays single frames例程
③字符串显示，具体参见ArduinoGraphics例程
我这次选择体验的是第三种方式，只需要修改例程中的text[]数组，编译上传即可。
2.用DAC生成正弦波；
开始研究了半天没找到资料，后来还是在arduinoIED的示例立马找到了。
//FollowMe第二季第2期-白菜虫虫-任务2.1（驱动12x8点阵LED）
#include "analogWave.h"
analogWave wave(DAC);
int freq = 10;
void setup() {
wave.sine(freq);
}
void loop() {
}
A0引脚是波形输出，把示波器接好A0和GND。
3.用OPAMP放大DAC信号；
OPAMP运算放大器的例程同样可以在arduino里面找到。
//FollowMe第二季第2期-白菜虫虫-任务2.3（用DAC生成正弦波）
#include "analogWave.h"
#include <OPAMP.h>
analogWave wave(DAC);
int freq = 10;
void setup () {
Serial.begin(9600);
delay(2000);
wave.sine(freq);
if (!OPAMP.begin(OPAMP_SPEED_HIGHSPEED)) {
Serial.println("Failed to start OPAMP!");
}
bool const isRunning = OPAMP.isRunning(0);
if (isRunning) {
Serial.println("OPAMP running on channel 0!");
} else {
Serial.println("OPAMP channel 0 is not running!");
}
}
void loop() {
delay(2000);
}
编译上传，把A0的输入接到A1，然后用示波器接OPAMP运算放大器的输出A3。
这个波形有点失真，想了想应该是偷懒没接负反馈的问题。
把A3的输出接到A2的负反馈输入。
波形恢复正常。
这里由于是又偷懒没给负反馈做分压，所以A3的输出波形虽然正常了，但是放大倍数有点忒小了，需要增大放大倍数的同学可以给负反馈做一个分压，用分压后A3输出波形给A2做输入。
负反馈增加分压电阻：
后续找到了几颗直插电阻，现在添加上使用分压电阻的做法。
首先是直接给A3的输出增加分压电阻，取大约1/2的电压输入到A2。通过示波器和ADC查看均存在削峰的情况，波谷倒是显示正常。、
猜测是超过了ARUDINO的上限，于是考虑给输入也增加分压。
A0的输出通过2/3的分压输入给A1,依旧削峰。再次改变电路，把A0的1/3分压给A1作为输入，波形全部正常显示。
电路图如下：
4.用ADC采集并且打印数据到串口等其他接口可上传到上位机显示曲线
这一步就比较简单了。
在上一个任务的基础上简单修改就可以了。
//FollowMe第二季第2期-白菜虫虫-任务2.4（用DAC生成正弦波）
#include "analogWave.h"
#include <OPAMP.h>
analogWave wave(DAC);
int freq = 10;
int sensorPin = A5;
void setup () {
Serial.begin(9600);
delay(2000);
wave.sine(freq);
if (!OPAMP.begin(OPAMP_SPEED_HIGHSPEED)) {
Serial.println("Failed to start OPAMP!");
}
bool const isRunning = OPAMP.isRunning(0);
if (isRunning) {
Serial.println("OPAMP running on channel 0!");
} else {
Serial.println("OPAMP channel 0 is not running!");
}
}
void loop() {
Serial.println(analogRead(sensorPin));
}
编译上传，然后点击arduinoIED菜单栏 工具→串口绘图仪就能看到波形。
再给大家看看不加负反馈时候的波形。
因为放大之后的波形超过了ADC采样的范围，所以波峰波谷都被削平了。想用ADC看波形的兄弟们也可以给ADC输入加上分压电路。
这里也补充增加了输入和负反馈分压后的ADC采样波形：
输入波形
进阶任务（必做）：通过Wi-Fi，利用MQTT协议接入到开源的智能家居平台HA（HomeAssistant）
设计思路：这一步主要是HA平台的搭建，平台搭建好了之后使用UNO R4通过MQTT发送一个注册传感器的消息，HA平台接收到后就会显示一个温湿度传感器的标签。
软件流程图：
1.搭建HomeAssistant。
homeassistant的安装坑很多，建议按照官网的说明进行。我个人是选择的VMware虚拟机的方式进行安装的。
参照官网说明，按照自己设备或操作系统选择合适的方式进行安装。
安装完毕在浏览器输入IP地址：8123打开homeassistant，比如我的就是http://192.168.11.135:8123/
第一次启动经过漫长的等待，进行科学上网可以有效缩短等待时间。
更新完毕会进入注册和设置页面，需要设置登录使用的账号密码和一些其他东西，按照提示进行设置就可以。
2.安装mqtt 服务器
点击设置，点右下角加载项商店，搜索emqx并安装。
打开emqx，添加自己的一个自己的mqtt账号。
3.配置
在设置→设备与服务→集成中搜索添加并配置mqtt项目。
配置mqtt集成的时候，建议单独注册一个HA用户分配给mqtt使用，不要使用默认管理账户。
homeassistant端配置完毕之后，来看UNO R4端，UNO R4主要是配置并连接到mqtt服务器。
先搜索安装ArduinoMqttClient库，然后根据示例修改为我们的程序：
//FollowMe第二季第2期-白菜虫虫-进阶任务
#include <ArduinoJson.h>
#include <ArduinoMqttClient.h>
#include <WiFiS3.h>
char ssid[] = "BAICAICHONGCHONG";
char pass[] = "PASSWORD";
WiFiClient wifiClient;
MqttClient mqttClient(wifiClient);
const char broker[] = "192.168.66.121";
int port = 1883;
const char register_topic[] = "homeassistant/sensor/sensorBedroomT/config";
const char refresh_topic[] = "homeassistant/followme/state";
const long interval = 1000;
unsigned long previousMillis = 0;
int count = 0;
void setup() {
//Initialize serial and wait for port to open:
Serial.begin(9600);
while (!Serial) {
; // wait for serial port to connect. Needed for native USB port only
}
String register_doc1="{\"device_class\":\"temperature\",\"name\":\"Temperature\",\"state_topic\":\"homeassistant/followme/state\",\"unit_of_measurement\":\"C\",\"value_template\":\"{{value_json.temp}}\",\"unique_id\":\"temp01ae\",""\"device\":{\"identifiers\":[\"bedroom01ae\"],\"name\":\"FollowMe\"}}";
String register_doc2="{\"device_class\":\"temperature\",\"name\":\"Temperature\",\"state_topic\":\"homeassistant/followme/state\",\"unit_of_measurement\":\"C\",\"value_template\":\"{{value_json.temp}}\",\"unique_id\":\"temp01ae\",""\"device\":{\"identifiers\":[\"bedroom01ae\"],\"name\":\"FollowMe\"}}"; // attempt to connect to WiFi network:
Serial.print("Attempting to connect to WPA SSID: ");
Serial.println(ssid);
while (WiFi.begin(ssid, pass) != WL_CONNECTED) {
// failed, retry
Serial.print(".");
delay(5000);
}
Serial.println("You're connected to the network");
Serial.println();
// You can provide a unique client ID, if not set the library uses Arduino-millis()
// Each client must have a unique client ID
mqttClient.setId("clientId");
// You can provide a username and password for authentication
mqttClient.setUsernamePassword("unor4", "test123");
Serial.print("Attempting to connect to the MQTT broker: ");
Serial.println(broker);
if (!mqttClient.connect(broker, port)) {
Serial.print("MQTT connection failed! Error code = ");
Serial.println(mqttClient.connectError());
while (1);
}
Serial.println("You're connected to the MQTT broker!");
Serial.println();
mqttClient.poll();
Serial.print("register sensor");
Serial.println();
mqttClient.beginMessage(register_topic);
mqttClient.print(register_doc1);
mqttClient.print(register_doc2);
mqttClient.endMessage();
}
void loop() {
String refresh_doc= "{\"temp\": 23.20, \"hum\": 43.70}";
mqttClient.poll();
Serial.print("refresh data");
mqttClient.beginMessage(refresh_topic);
mqttClient.print(refresh_doc);
mqttClient.endMessage();
Serial.println();
delay(1000);
}
编译并上传后，刷新HA界面，可以看到新的传感器。
扩展任务(必做，自选任务）
1.通过外部AHT20温湿度传感器，上传温湿度到HA，通过HA面板显示数据
设计思路：UNO R4通过IIC采集AHT20等传感器的温湿度数据，并以MQTT的方式上传到HA。
软件流程图：
首先要将AHT20温湿度传感器接在UNO R4上，如果传感器有Qwiic接口，可以使用 PRT-14426（Qwiic缆线-50mm）把传感器连接到UNO R4上，或者也可以使用杜邦线进行连接，注意按照VCC→3.3V,GND→GND,SCL→A5,SDA→A4的顺序进行连接。 然后搜索并安装驱动库，我使用的是DFRobot_AHT20库
接下来将我们进阶任务的程序进行修改：
//FollowMe第二季第2期-白菜虫虫-扩展任务1
#include <ArduinoJson.h>
#include <ArduinoMqttClient.h>
#include <WiFiS3.h>
#include "DFRobot_AHT20.h"
DFRobot_AHT20 aht20;
char ssid[] = "sishuiyouyu"; // your network SSID (name)
char pass[] = "Jj19860123"; // your network password (use for WPA, or use as key for WEP)
// char ssid[] = "FAST_7664"; // your network SSID (name)
// char pass[] = "12345678";
WiFiClient wifiClient;
MqttClient mqttClient(wifiClient);
const char broker[] = "192.168.66.121";
// const char broker[] = "192.168.11.140";
int port = 1883;
const char register_topicT[] = "homeassistant/sensor/sensorBedroomT/config";
const char register_topicH[] = "homeassistant/sensor/sensorBedroomH/config";
const char refresh_topic[] = "homeassistant/followme/state";
const long interval = 1000;
unsigned long previousMillis = 0;
int count = 0;
void setup() {
//Initialize serial and wait for port to open:
Serial.begin(9600);
while (!Serial) {
; // wait for serial port to connect. Needed for native USB port only
}
String register_docT="{\"device_class\":\"temperature\",\"name\":\"Temperature\",\"state_topic\":\"homeassistant/followme/state\",\"unit_of_measurement\":\"C\",\"value_template\":\"{{value_json.temp}}\",\"unique_id\":\"temp01ae\",\"device\":{\"identifiers\":[\"bedroom01ae\"],\"name\":\"FollowMe\"}}";
String register_docH="{\"device_class\":\"humidity\",\"name\":\"Humidity\",\"state_topic\":\"homeassistant/followme/state\",\"unit_of_measurement\":\"%\",\"value_template\":\"{{value_json.hum}}\",\"unique_id\":\"hum01ae\",\"device\":{\"identifiers\":[\"bedroom01ae\"],\"name\":\"FollowMe\"}}";
uint8_t status;
while((status = aht20.begin()) != 0){
Serial.print("AHT20 sensor initialization failed. error status : ");
Serial.println(status);
delay(1000);
}
// attempt to connect to WiFi network:
Serial.print("Attempting to connect to WPA SSID: ");
Serial.println(ssid);
while (WiFi.begin(ssid, pass) != WL_CONNECTED) {
// failed, retry
Serial.print(".");
delay(5000);
}
Serial.println("You're connected to the network");
Serial.println();
// You can provide a unique client ID, if not set the library uses Arduino-millis()
// Each client must have a unique client ID
mqttClient.setId("clientId");
// You can provide a username and password for authentication
mqttClient.setUsernamePassword("unor4", "test123");
Serial.print("Attempting to connect to the MQTT broker: ");
Serial.println(broker);
if (!mqttClient.connect(broker, port)) {
Serial.print("MQTT connection failed! Error code = ");
Serial.println(mqttClient.connectError());
while (1);
}
Serial.println("You're connected to the MQTT broker!");
Serial.println();
mqttClient.poll();
Serial.print("register sensor");
Serial.println();
mqttClient.beginMessage(register_topicT);
mqttClient.print(register_docT);
mqttClient.endMessage();
mqttClient.poll();
mqttClient.beginMessage(register_topicH);
mqttClient.print(register_docH);
mqttClient.endMessage();
}
void loop() {
if(aht20.startMeasurementReady(/* crcEn = */true)){
Serial.print("temperature(-40~85 C): ");
Serial.print(aht20.getTemperature_C());
Serial.print(" C, ");
Serial.print("humidity(0~100): ");
Serial.print(aht20.getHumidity_RH());
// String refresh_doc= +gcvt()++gcvt()+;
mqttClient.poll();
Serial.print("refresh data");
mqttClient.beginMessage(refresh_topic);
mqttClient.print("{\"temp\": ");
mqttClient.print(aht20.getTemperature_C());
mqttClient.print(", \"hum\": ");
mqttClient.print(aht20.getHumidity_RH());
mqttClient.print("}");
mqttClient.endMessage();
Serial.println();
delay(1000);
}
else{
mqttClient.poll();
Serial.print("wait aht20");
delay(1000);
}
}
编译并上传到开发板。
刷新HA页面就能看到不断变化的温度湿度值了。
2.连接XiaoC3到HA，并用板载LED模拟灯泡。用HA面板控制LED亮灭模拟控制家庭照明灯的亮灭。
搭配器件：Seeed XIAO C3开发板
设计思路：使用ESPHome配合HA来控制XIAO C3为代表的智能终端设备
软件流程图：
下面我来演示一种更简单的把设备加入HA的方式，这种方式适用于ESP32和ESP8266的驱动板，这里我选择的是XiaoC3。
在HA设置→加载项中搜索并安装ESPHome然后启动它。
添加一个新的设备，选择ESP32-C3,添加完毕后点edit编辑yaml文件，修改SSID和密码，在文件最后添加代码
light:
- platform: binary
name: "FollowMeLED"
output: bin_led
output:
- id: bin_led
platform: gpio
pin: GPIO2
inverted: true
要注意缩进，yaml和python类似，是以缩进代表归属的语言。
烧录代码到XiaoC3，刷新HA就可以看到我们的LED。
点击LED标签上的按钮，就可以控制LED的亮灭。
重要完成了，也大体学会了，HA还是很好玩的，尤其在生活中也能用得上，监测一下屋里的温湿度和空气质量情况呀，控制一下灯光亮灭啦，控制一些职能家电等等，还能自定义定时或者定条件的自动事项，灰常的方便。
最后，再次感谢主办方得捷和电子工程世界。
| 
提升卡
变色卡
千斤顶
1/10 
京公网安备 11010802033920号
Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
