【Follow me第二季第2期】汇总提交帖：全部任务

MatrixPulse

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<i class="pstatus"> 本帖最后由 MatrixPulse 于 2024-10-6 14:46 编辑 </i>

# 【Follow me第二季第2期】汇总提交帖：全部任务

[TOC]

## 前言

Follow me 活动是 DigiKey 联合 EEWorld 发起的大型开发板体验活动，每期技术大咖推荐可玩性与可学性较强的开发板/仪器套件，参与者完成任务即返京东卡，出色完成者，还将获得额外200元京东卡奖励。

我参加的是 Follow me 第二季第 2 期任务，本次任务核心板为 Arduino UNO R4 WiFi，我选择的搭配器件为 LTR-329 环境光传感器和 Qwiic 线缆。

### 活动物料购买链接如下：

- 主板：[Arduino UNO R4 Wi-Fi](https://www.digikey.cn/zh/products/detail/arduino/ABX00087/20371539)（核心板）
- 扩展板：[5591](https://www.digikey.cn/zh/products/detail/adafruit-industries-llc/5591/16733167)（ LTR-329 光传感器扩展板）
- 缆线：[PRT-14426](https://www.digikey.cn/zh/products/detail/sparkfun-electronics/PRT-14426/7652739)（ Qwiic 缆线 - 50 mm）

### **物料实物展示：**

![](https://s2.loli.net/2024/10/01/pI6QAYdjitL5Buv.jpg)

![IMG_6399](https://s2.loli.net/2024/10/01/pUc1rH6i57JoOvy.jpg)

## 任务展示

<div id="player_19da8eef42b272e178fe4ee27f8808350" class="localvideo-box"></div><div class="localvideo-title">FollowMe_2.2_v2</div><br/>

## 任务简介

- **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：**通过外部 LTR-329 环境光传感器，上传光照度到 HA，通过 HA 面板显示数据

## 引脚功能图

要对 Arduino UNO R4 WiFi 进行编程，我们需要参考其引脚功能图，如下所示：（PS：Arduino 引脚功能图真是直观又漂亮！）：

![image-20241001224137576](https://s2.loli.net/2024/10/01/DTcJmQhCg1pz7F6.png)

## 设计思路及实现效果

### 1.  入门任务

首先是 Blink 任务，我们将编写代码点亮 Arduino 内置 LED (LED_BUILTIN)，使其实现间隔时间 1s 的闪烁

#### Blink 流程图 ：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_848973" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=848973&handlekey=savephoto_848973">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

#### Blink 代码：

```c++
// the setup function runs once when you press reset or power the board
void setup() {
  // initialize digital pin LED_BUILTIN as an output.
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

// 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
}
```

#### Blink 效果：

<div id="player_0a0ae887d9fde1550b4566438c2f9b1c1" class="localvideo-box"></div><div class="localvideo-title">Blink</div><br/>

串口打印任务，我们将编写代码使 Arduino 通过串口每隔 1s 输出“Hello EEWorld!”

#### 串口打印流程图：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_848974" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=848974&handlekey=savephoto_848974">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

#### 串口打印代码：

```c++
void setup() {    //初始化函数，这个函数内的代码只在启动时运行一次
  Serial.begin(9600);    //设置串口波特率
}

void loop() {     //循环函数，这个函数内的代码会一直循环运行
  Serial.println("Hello EEWorld!"); //向串口打印"Hello EEWorld!"
  delay(1000);
}
```

#### 串口打印效果：

![](https://s2.loli.net/2024/10/02/tUbagrP4HTRisBj.jpg)

### 2. 基础任务

Arduino UNO R4 WiFi 自带了一个 12x8 LED 矩阵，通过 Arduino 库管理器安装 ArduinoGraphics，我们可以方便地生成想要的 LED 矩阵图形。

![LED矩阵](https://s2.loli.net/2024/10/02/Bphj1xzVfXs5ZMG.png)

#### LED 矩阵流程图：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_848975" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=848975&handlekey=savephoto_848975">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

#### LED 矩阵代码：

```c++
// To use ArduinoGraphics APIs, please include BEFORE Arduino_LED_Matrix
#include <ArduinoGraphics.h>
#include "Arduino_LED_Matrix.h"

ArduinoLEDMatrix matrix;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  matrix.begin();

matrix.beginDraw();
  matrix.stroke(0xFFFFFFFF);
  // add some static text
  // will only show "UNO" (not enough space on the display)
  const char text[] = "^_^";
  matrix.textFont(Font_4x6);
  matrix.beginText(0, 1, 0xFFFFFF);
  matrix.println(text);
  matrix.endText();

matrix.endDraw();

delay(2000);
}

void loop() {

// Make it scroll!
  matrix.beginDraw();

matrix.stroke(0xFFFFFFFF);
  matrix.textScrollSpeed(50);

// add the text
  const char text[] = "    Hello EEWorld and DigiKey!    ";
  matrix.textFont(Font_5x7);
  matrix.beginText(0, 1, 0xFFFFFF);
  matrix.println(text);
  matrix.endText(SCROLL_LEFT);

matrix.endDraw();
}
```

#### LED 矩阵效果：

<div id="player_dc9bd59e9f1966b1679f7b8e89fbe9052" class="localvideo-box"></div><div class="localvideo-title">MatrixLED</div><br/>

接下来我们通过 DAC 生成正弦波信号，用 OPAMP 将 DAC 信号放大两倍，并输出至 ADC，通过两个模拟引脚采集信号并打印至串口。

要实现两倍的放大效果，我们需要添加两个10 kΩ 的电阻，仿真电路如下：可以看到正弦波被放大至原来两倍

硬件实物连接图：

#### 放大信号程序流程图：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_848976" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=848976&handlekey=savephoto_848976">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

#### 放大信号代码：

```c++
#include "analogWave.h" // Include the library for analog waveform generation
#include <OPAMP.h>

analogWave wave(DAC);   // Create an instance of the analogWave class, using the DAC pin

int freq = 200;  // in hertz, change accordingly

void setup() {
  Serial.begin(2000000);  // Initialize serial communication at a baud rate of 115200
  
  /* By default, the resolution is set to 10-bit, which can be updated to both 12-bit (0-4096)
   and 14-bit (0-16383) resolutions for improved accuracy on analog readings.*/
  analogReadResolution(14);//Change to 14-bit resolution 分辨率 
  
  wave.sine(freq);       // Generate a sine wave with the initial frequency
  wave.amplitude(0.5);
  OPAMP.begin(OPAMP_SPEED_HIGHSPEED); 
}

void loop() {
  Serial.print(analogRead(A4));//DAC output
  Serial.print(" ");
  Serial.println(analogRead(A5));//OPAMP output
}
```

#### 放大信号效果：

打开串口监视器，可以观测到经 ADC 转换后的数值：

![SineSerialMonitor](https://s2.loli.net/2024/10/02/UoX497AtrEBzcn1.png)

串口绘图器显示效果：

示波器显示效果：

### 3. 进阶任务

进阶任务为利用 Wi-Fi，通过 MQTT 协议接入到开源智能家居平台 HomeAssistant

HomeAssistant 的安装方式有四种，区别如下：

![HomeAssistant_version](https://s2.loli.net/2024/10/02/wbW3AlpMkv5iCGT.jpg)

这里我们采用在 BeagleBone Black（简称：BBB） 上安装 HomeAssistant Core 的方式运行，用到的硬件如下：

![BeagleBoneBlack](https://s2.loli.net/2024/10/02/P35vIditG8XEV1R.jpg)

MQTT Broker 我们选用  Mosquitto，其特点是轻量、开源。

![](https://s2.loli.net/2024/10/03/caoRmeTu2PKj6Mp.png)

#### 操作流程：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_848977" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=848977&handlekey=savephoto_848977">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

*安装过程可参考：如何在BBB上安装 Home Assistant？*(待完成)

#### 关键代码：

```c++
//arduino.secrets.h

#define MQTT_SERVER "192.168.1.10" //BeagleBone Black IP地址
#define MQTT_PORT 1884 //定义MQTT服务器的端口

#define MQTT_CLIENT_ID "arduino"
#define HA_CONNECTION "UNO/arduino/status/cmd_t"
#define TOPIC_SUBSCRIBE1 "UNO/arduino/myButtonA/cmd_t"	//定义订阅的主题
#define TOPIC_SUBSCRIBE2 "UNO/arduino/myButtonB/cmd_t"
#define SECRET_PASS "3fzts5qh"  //路由器Wi-Fi密码
```

```c++
//MQTT_HA_Connection.ino

#include <ArduinoHA.h>
#include <OPAMP.h>
#include <Wire.h>

#include "WiFiS3.h"
#include "arduino_secrets.h"
#include "analogWave.h" // Include the library for analog waveform generation
/*
	......
			*/
WiFiClient client;
HADevice device (MQTT_CLIENT_ID); // HADevice device (mac, sizeof(mac));
HAMqtt mqtt(client, device);

HASensorNumber analogSensor ("myAnalogInput", HASensorNumber::PrecisionP1);
HASensorNumber uptimeSensor("myUptime");

HAButton buttonA("myButtonA");
HAButton buttonB("myButtonB");
/*
	......
			*/
void onMqttConnected(){
  Serial.println("Connected to the broker!");
  
  // 订阅两个按键的 MQTT 主题
  mqtt.subscribe(TOPIC_SUBSCRIBE1);     // myButtonA
  mqtt.subscribe(TOPIC_SUBSCRIBE2);     // myButtonB

Serial.println("subscribed to topic:" HA_CONNECTION);
  mqtt.publish(HA_CONNECTION, "Hi HomeAssistant, I'm Arduino UNO R4 WIFI ^^");
}
```

***完整代码见附件...***

#### 实现效果：

![Snipaste_2024-10-03_18-48-15](https://s2.loli.net/2024/10/03/dIGOepLgBm2v7hu.jpg)

### 4. 扩展任务：

本次扩展任务我选择的是任务一，使用 LTR-329 环境光传感器（见下方视频）收集光照数据上传到 HA，并通过 HA 卡片显示。

环境光传感器是一种感应周围环境光线强度的器件，它通常用来调节设备的显示亮度，以提供更好的使用体验，常见的应用包括用于智能手机、平板和笔记本电脑等显示屏上的亮度调节。在电子阅读装置和电视上，环境光传感器可用于调整屏幕色温，以获得更舒适的阅读或观看体验。

<div id="player_18411d8bbd59d158f11307765d3aa4ab4" class="localvideo-box"></div><div class="localvideo-title">light_LTR-329_demo</div><br/>

LTR-329 扩展板基于集成型环境光传感器，其具有以下特点：

- I<sup>2</sup> C 接口，最高支持快速模式 @ 400kbit/s，地址为 0x29

- 超小型 4 针 ChipLED 封装 2.0mm x 2.0mm x 0.7mm

- 内置温度补偿电路

- 待机模式下低功耗

- 电源电压范围为 2.4V 至 3.6V，能够提供 1.7V 逻辑电压

- 工作温度范围为 -30C 至 +70C

- 符合 RoHS 标准

- 接近人眼光谱响应

- 不受红外/紫外光源影响

- 自动抑制 50/60 Hz 照明闪烁

- 全动态范围从 0.01 勒克斯到 64k 勒克斯

- 16 位有效分辨率

前面我们已经完成了 Arduino 通过 MQTT 协议与 HA 通信，下面我们将在代码中集成环境光传感器：

#### 流程图

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_848978" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=848978&handlekey=savephoto_848978">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

#### 关键代码：

```C++
// MQTT_HA_Connection.ino

#include "Adafruit_LTR329_LTR303.h"

HASensorNumber lightSensor0("lightCH0"); // LTR-329_CH0
HASensorNumber lightSensor1("lightCH1"); // LTR-329_CH1
```

```c++
void setup() {

//	......  //
 
 if (!ltr.begin(&Wire1)) {
    Serial.println("Couldn't find LTR sensor!");
    while (1) delay(10);
  }
  Serial.println("Found LTR sensor!");

ltr.setGain(LTR3XX_GAIN_2);
  Serial.print("Gain : ");
  switch (ltr.getGain()) {
    case LTR3XX_GAIN_1: Serial.println(1); break;
    case LTR3XX_GAIN_2: Serial.println(2); break;
    case LTR3XX_GAIN_4: Serial.println(4); break;
    case LTR3XX_GAIN_8: Serial.println(8); break;
    case LTR3XX_GAIN_48: Serial.println(48); break;
    case LTR3XX_GAIN_96: Serial.println(96); break;
  }

ltr.setIntegrationTime(LTR3XX_INTEGTIME_100);
  Serial.print("Integration Time (ms): ");
  switch (ltr.getIntegrationTime()) {
    case LTR3XX_INTEGTIME_50: Serial.println(50); break;
    case LTR3XX_INTEGTIME_100: Serial.println(100); break;
    case LTR3XX_INTEGTIME_150: Serial.println(150); break;
    case LTR3XX_INTEGTIME_200: Serial.println(200); break;
    case LTR3XX_INTEGTIME_250: Serial.println(250); break;
    case LTR3XX_INTEGTIME_300: Serial.println(300); break;
    case LTR3XX_INTEGTIME_350: Serial.println(350); break;
    case LTR3XX_INTEGTIME_400: Serial.println(400); break;
  }

ltr.setMeasurementRate(LTR3XX_MEASRATE_200);
  Serial.print("Measurement Rate (ms): ");
  switch (ltr.getMeasurementRate()) {
    case LTR3XX_MEASRATE_50: Serial.println(50); break;
    case LTR3XX_MEASRATE_100: Serial.println(100); break;
    case LTR3XX_MEASRATE_200: Serial.println(200); break;
    case LTR3XX_MEASRATE_500: Serial.println(500); break;
    case LTR3XX_MEASRATE_1000: Serial.println(1000); break;
    case LTR3XX_MEASRATE_2000: Serial.println(2000); break;
  }
  
  	// ...... //
  
}
```

```c++
void loop() {
	// ...... //
    bool valid;
    uint16_t visible_plus_ir, infrared;
    // ...... //
    if (ltr.newDataAvailable()) {
    	valid = ltr.readBothChannels(visible_plus_ir, infrared);

if (valid) {
        // 上传传感器数值
        lightSensor0.setValue(visible_plus_ir);
        lightSensor1.setValue(infrared);
        delay(500);
        }
     }
 }
```

***完整代码见附件...***

#### 实现效果

以上就是本次活动全部任务的完成与展示，通过本次活动我学习到了：

- Arduino 开发环境的部署
- Home Assistant 的安装与部署
- Mosquitto Broker 的安装
- 还有一些常用的 Linux 命令

再次感谢 DigiKey 和 EEWorld 举办本次活动，为我们工程师提供了一个很好的学习机会！期待 Fllow Me 活动推出更多好玩的板卡！Respect！如果您觉得我的文章对您有所帮助，欢迎点赞支持哦！

#### 下载源码：
https://download.eeworld.com.cn/detail/eew_M98Yam/634538

Jacktang

看来放大信号代码是玩转环境光传感器的关键了

【Follow me第二季第2期】汇总提交帖：全部任务 [复制链接]

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