【Follow me第二季第2期】Arduion UR4 作业提交

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本帖最后由我的学号于 2024-11-1 01:54 编辑

一. 视频展示

1.1 物料展示

1	Arduino UR4 wifi	image.png (235.59 KB, 下载次数: 0) 下载附件保存到相册 2024-10-7 23:55 上传
2	ST25DV16 NFC 模块	image.png (178.09 KB, 下载次数: 0) 下载附件保存到相册 2024-11-1 00:52 上传
3	Raspberry PICOW	image.png (153.7 KB, 下载次数: 0) 下载附件保存到相册 2024-11-1 00:52 上传

1.2 视频演示

提交视频

二. 任务实现详情

2.1 入门任务（必做）：搭建环境并开启第一步Blink / 串口打印Hello EEWorld！

2.1.1 物料准备&设计思路

Arduino IDE /Arduino UR4 WIFI 开发板/ TYPE-C 连接线

硬件分析：【Follow me第二季第2期】1.初识 Arduino R4

2.1.2 软件流程

2.1.3 代码片段

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void setup()
 {
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);       //LED IO 输出模式
  Serial.begin(9600);                 //串口波特率9600

}

void loop()
 {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);   //LED IO 输出高电平
  delay(1000);                       //延时 1s
  digitalWrite(LED_BUILTIN,LOW);     //LED IO 输出低电平
  delay(1000);                       //延时 1s
  Serial.println("Hello Wrold!");    //串口发送数据
}

任务帖详解：

【Follow me第二季第2期】2.入门任务之点灯和串口通信

2.2 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

2.2.1 物料准备&设计思路

Arduino IDE /Arduino UR4 WIFI 开发板/ TYPE-C 连接线 /运放反馈线路

2.2.2 软件流程

2.2.3 代码片段

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#include "Arduino_LED_Matrix.h"
#include "analogWave.h"
#include "OPAMP.h"

//模块对象定义
ArduinoLEDMatrix  LedMatrix;
analogWave Wave(DAC);

int WaveFre =10;

int i32AdcReadResult =0;

//数组定义
unsigned long u32Heart1frame[] =        //大心图案
 {
    0x3184a484,
		0x24042081,
		0x100a0040
};

unsigned long u32Heart2frame[] =      //小心图案
 {
		0x0001b024,
		0x81100a00,
		0x40000000 
};

void setup() 
{
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
  Serial.begin(115200);
  LedMatrix.begin();
  Wave.sine(WaveFre);
  Wave.start();
  OPAMP.begin(OPAMP_SPEED_HIGHSPEED);
  analogReadResolution(14);

}

void loop() 
{
  // put your main code here, to run repeatedly:
  LedMatrix.loadFrame(u32Heart1frame);  
  i32AdcReadResult =analogRead(A4);
  Serial.print("ADC Result is:");           //数据上传提示
  Serial.print(String(i32AdcReadResult));   //转换为字符类型
  Serial.print("\n");                       //数据换行

  delay(1);                                 //延时等待1ms
}

任务帖详解：

【Follow me第二季第2期】3.基础任务之 LED 矩阵

【Follow me第二季第2期】4.基础任务之 DAC/OPAM/ADC

2.3 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）

2.3.1 物料准备&设计思路

装有 HA 的上位机/Arduino IDE /Arduino UR4 WIFI 开发板/ TYPE-C 连接线

2.3.2 软件流程

2.3.3 代码片段

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#include <WiFiS3.h>
#include <ArduinoHA.h>

#include "arduino_secrets.h"
#include "analogWave.h"

//RGB PIN 定义
#define LED_RGB_G       D5
#define LED_RGB_R       D6
#define LED_RGB_B       D9

///////please enter your sensitive data in the Secret tab/arduino_secrets.h
char ssid[] = SECRET_SSID;        // your network SSID (name)
char pass[] = SECRET_PASS;    // your network password (use for WPA, or use as key for WEP)
int status = WL_IDLE_STATUS;     // the WiFi radio's status

WiFiClient client;
HADevice device(MQTT_CLIENT_ID);
HAMqtt mqtt(client, device);

HALight light("MyRgbLight", HALight::RGBFeature);

byte u8RgbSwitch =0;

void setup() 
{
    //RGB 初始化
  pinMode(LED_RGB_R, OUTPUT);
  pinMode(LED_RGB_G, OUTPUT);
  pinMode(LED_RGB_B, OUTPUT);

  analogWrite(LED_RGB_R, 260);
  analogWrite(LED_RGB_G, 260);
  analogWrite(LED_RGB_B, 260);

  //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
  }

  // check for the WiFi module:
  if (WiFi.status() == WL_NO_MODULE) 
  {
    Serial.println("Communication with WiFi module failed!");
    // don't continue
    while (true);
  }

  // attempt to connect to WiFi network:
  while (status != WL_CONNECTED) {
    Serial.print("Attempting to connect to WPA SSID: ");
    Serial.println(ssid);
    // Connect to WPA/WPA2 network:
    status = WiFi.begin(ssid, pass);

    // wait 10 seconds for connection:
    delay(10000);
  }

  // you're connected now, so print out the data:
  Serial.print("You're connected to the network");

  device.setName("Arduino Ur4");
  light.setName("Bathroom");

  // handle light states
  light.onStateCommand(onStateCommand);
  light.onRGBColorCommand(onRGBColorCommand); // optional

    Serial.println("\nStart connecting to MQTT server");
   if (!mqtt.begin(MQTT_SERVER, MQTT_PORT, MQTT_USERNAME, MQTT_PASSWORD))
   {
    Serial.print("Connection falied");
    Serial.print(mqtt.getState());
    Serial.println("Try again in 5 seconds");
    delay(5000);
  }
}

void loop() {
  // check the network connection once every 10 seconds:
  mqtt.loop();
}

//RGB 相关函数
void onStateCommand(bool state, HALight* sender) 
{
    Serial.print("State: ");
    Serial.println(state);

    if(1 ==state)   //RGB 开启
    {
      u8RgbSwitch =1;
    }
    else            //RGB 关闭 
    {
      u8RgbSwitch =0;
    }

    sender->setState(state); // report state back to the Home Assistant
}

void onBrightnessCommand(uint8_t brightness, HALight* sender)
 {
    Serial.print("Brightness: ");
    Serial.println(brightness);

    sender->setBrightness(brightness); // report brightness back to the Home Assistant
}

void onRGBColorCommand(HALight::RGBColor color, HALight* sender) 
{
    Serial.print("Red: ");
    Serial.println(color.red);
    Serial.print("Green: ");
    Serial.println(color.green);
    Serial.print("Blue: ");
    Serial.println(color.blue);

  if(1 ==u8RgbSwitch)
  {
    analogWrite(LED_RGB_R,  (color.red*2));
    analogWrite(LED_RGB_G,  (color.green*2));
    analogWrite(LED_RGB_B,  (color.blue*2));
  }
  else
  {
    analogWrite(LED_RGB_R, 260);
    analogWrite(LED_RGB_G, 260);
    analogWrite(LED_RGB_B, 260);
  }
    sender->setRGBColor(color); // report color back to the Home Assistant
}

2.3.4 任务帖详解

Follow me第二季第2期】5.进阶任务之树莓派 HA+Windows+UR4 控制 RGB

2.4 扩展任务1：外拓板实现 NTP 实时时钟

2.4.1 硬件展示

考虑到 UR4 板载的资源不算多，为充分体验其功能设计打样并手焊了一块拓展板，结构如下：

拓展功能有：

添加三个 PWM 引脚控制 RGB；这里选的是共阳的 RGB

三个按键验证 IO 输入；需要注意 UR4 的最大输入电流 8mA; 使用时将 IO 设置为内部下拉低电平，按键按下后得到高电平

板子到手后发现防抖的电容C2 C3 C4 属于画蛇添足，可以删除

使用 NORFLASH 验证 SPI 功能；GD 的这款FLASH 供电无法用 5V 供电，利用 NMOS 做了电平转换

digikey 上的传感器模块价格比较高，添加AHT20 验证 IIC 功能；该封装不好焊

无屏不成板，添加了一个 OLED 接口，这里和温湿度传感器使用的是同一条 IIC 总线

针对 DAC 功能，设计了一个功放线路；SC8002B 的PIN1 在低电平时芯片工作，于是用 NMOS 做了一个开关，逻辑却是反的

D7 给高电平 -->MOS 导通 --> 8002B PIN1 为低电平

针对 ADC 功能，设计了咪头+运放采样

模块线路在网上都可以找到借鉴，物料在淘宝也能买到；原理图电阻电容基本是0805，可以根据手上物料进行修改

绘制PCB 板时需要特别数以尺寸和插针位置；我采用的方法是从官网下载板子的CAD文件，导入立创 EDA 后复制其机械层，得到外框

连接件则使用了四个单排 2.54 插针，其位置可以通过单击CAD 插座首PIN得到XY 坐标

考虑到 LED 灯矩阵显示，拓展板上对应位置做了挖槽处理, 旁边的 UART 接口也一并留空

板子到手后才发现电源插座有干涉，同样挖槽

验证拓展板位置是否正确, 可以打印在 A4 纸上进行对比;确认无误后打板

3D 图效果：

实物图如下所示：

Arduino UR4 拓展板 SCH.pdf (471.98 KB, 下载次数: 0)

2.4.2 软件流程:

2.4.3 主要代码片段

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//////////////////////////////////////////////////////////
//函数名称：TimerInterruptHandle
//函数功能：中断处理函数
//传入参数：无
//传出参数：无
//特别说明：1s 一次中断周期
//////////////////////////////////////////////////////////
void TimerInterruptHandle()
{
    bKey1Status =digitalRead(INPUT_KEY1);       //获取按键 1 状态
    bKey2Status =digitalRead(INPUT_KEY2);       //获取按键 2 状态
    bKey3Status =digitalRead(INPUT_KEY3);       //获取按键 3 状态

    if(0 ==u8LedBlinkCnt)                     
    {
      digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
      RgbSetColor(0,0,255);
      LedMatrix.loadFrame(u32Heart1frame);    
      u8LedBlinkCnt =1;
    }
    else
    {
      digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
      RgbSetColor(0,255,0);
      LedMatrix.loadFrame(u32Heart2frame);    
      u8LedBlinkCnt =0;
    }
}

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void loop()
 {
  OledDispUpdate(&t_NTP_Time);
  Aht20Sensor.getEvent(&Ath20HumidityStruct, &Ath20TemperatureStruct);    // 用时1s
  NtpClientTimeUpdate(&t_NTP_Time);
 }

显示效果：

播放器加载失败: 未检测到Flash Player，请到安装

NTP 时钟

2.5 扩展任务2： ST25DV16 NFC 模块的使用

2.5.1 物料准备

Arduino IDE /Arduino UR4 WIFI 开发板/ TYPE-C 连接线 / ST25DV16 NFC 模块

2.5.2 软件流程

2.5.3 代码片段

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//头文件定义
#include "Arduino.h"
#include "Wire.h"
#include "Adafruit_GFX.h"
#include "CBTimer.h"
#include "Adafruit_AHTX0.h"
#include "Arduino_LED_Matrix.h"
#include "WiFiS3.h"
#include <SparkFun_ST25DV64KC_Arduino_Library.h>

//宏定义

//模块全局定义
CBTimer Timer;
ArduinoLEDMatrix LedMatrix;

SFE_ST25DV64KC_NDEF StmTag;


//全局变量定义
byte u8IsrTicker =0;
byte u8LedBlinkCnt =0;
byte u8LedMatrixCnt =0;

bool bModuleInitStatus =0;

//数组定义
unsigned long u32Heart1frame[] =        //大心图案
 {
    0x3184a484,
		0x24042081,
		0x100a0040
};

unsigned long u32Heart2frame[] =      //小心图案
 {
		0x0001b024,
		0x81100a00,
		0x40000000 
};

uint8_t u8TagValue[8] ={0};

//////////////////////////////////////////////////////////
//函数名称：TimerInterruptHandle
//函数功能：中断处理函数
//传入参数：无
//传出参数：无
//特别说明：1s 一次中断周期
//////////////////////////////////////////////////////////
void TimerInterruptHandle()
{

    if(0 ==u8LedBlinkCnt)                     
    {
      digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
      LedMatrix.loadFrame(u32Heart1frame);    
      u8LedBlinkCnt =1;
    }
    else
    {
      digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
      LedMatrix.loadFrame(u32Heart2frame);    
      u8LedBlinkCnt =0;
    }
}

void setup() 
{
  //LED 初始化
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);           //LED 输出模式

  //测试使用
  pinMode(D2, OUTPUT);

  //串口初始化
  Serial.begin(9600);                     //设置串口波特率

  //LED 矩阵初始化
  LedMatrix.begin();

 //Qwiic 初始化
  Wire1.begin();
  bModuleInitStatus =StmTag.begin(Wire1);
  while(0 ==bModuleInitStatus)
  {
    Serial.println("St25dv init fail");
    delay(100);
  }
  Serial.println("St25dv init success");

  //获取标签 ID 号
  if(StmTag.getDeviceUID(u8TagValue))
  {
    Serial.println("Device UID is:");
    for(uint8_t i =0; i<8; i++)
    {
      if(u8TagValue[i] <0x0A)
      {
        Serial.print(F("0"));
      }
      Serial.print(u8TagValue[i], HEX);
      Serial.print(" ");
    }
    Serial.println();
  }
  else
  {
    Serial.println("Could not read devive UID!");
  }


//只在设置时执行
  SetSt25dvUriInfo(&StmTag);

//定时器中断初始化
  Timer.begin(1000, TimerInterruptHandle);  //1000ms 周期运行一遍函数
  Serial.println("Init Finish");
}

void loop()
 {

 }

//////////////////////////////////////////////////////////
//函数名称：SetSt25dvUriInfo
//函数功能：设置 ST25DV 的 URi 信息
//传入参数：
//传出参数：无
//特别说明：无
//////////////////////////////////////////////////////////
void SetSt25dvUriInfo(SFE_ST25DV64KC_NDEF *tag)
{
  //清零区域1 256Byte 数据
  uint8_t s_u8TagMemory[256];
  memset(s_u8TagMemory, 0 ,256);
  tag->writeEEPROM(0x0, s_u8TagMemory, 256);

  //写入类型5 CC 文件信息
  tag->writeCCFile8Byte();

  //写入类型5  NDEF URI 信息
  tag->writeNDEFURI("eeworld.com.cn",SFE_ST25DV_NDEF_URI_ID_CODE_HTTPS_WWW); 

  Serial.println("Uri info write success!");

}

2.5.4 任务帖详解

【Follow me第二季第2期】6.进阶任务之 ST25DV16 NFC 模块的使用

三 .可下载代码

【Follow me第二季第2期】Arduion UR4 作业提交代码

四. 心得体会

首先需要感谢EEWORLD 和 Digikey 举办了这么好的一个活动，通过本次活动学会了Arduino 的基本开发，HA 系统的搭建和交互，NTP 实时时钟的完成，这都是之前未研究过的课题，一路上遇到的困难不少，但问题得以解决时也很开心；也通过本次活动复习了画板打板的流程，受益匪浅；略遗憾的是本来计划实现 UR4 和 PICOW 的无线通信最终因时间关系没有完成。Anyway, 正如视频所说，玩板子是件开心的事情，期望后续多多举办类似活动，和大家共同学习成长！

Jacktang

balenaEtcher 这个工具很神奇，搞定就好

我的学号 · 发表于2024-10-14 10:40

进阶必做任务内容补充：

2.3 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）

2.3.1 物料准备&设计思路

装有 HA 的树莓派/Win10 主机/Arduino IDE /Arduino UR4 WIFI 开发板/ TYPE-C 连接线

2.3.2 软件流程

2.3.3 代码片段

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#include <WiFiS3.h>
#include <ArduinoHA.h>

#include "arduino_secrets.h"
#include "analogWave.h"

//RGB PIN 定义
#define LED_RGB_G       D5
#define LED_RGB_R       D6
#define LED_RGB_B       D9

///////please enter your sensitive data in the Secret tab/arduino_secrets.h
char ssid[] = SECRET_SSID;        // your network SSID (name)
char pass[] = SECRET_PASS;    // your network password (use for WPA, or use as key for WEP)
int status = WL_IDLE_STATUS;     // the WiFi radio's status

WiFiClient client;
HADevice device(MQTT_CLIENT_ID);
HAMqtt mqtt(client, device);

HALight light("MyRgbLight", HALight::RGBFeature);

byte u8RgbSwitch =0;

void setup() 
{
    //RGB 初始化
  pinMode(LED_RGB_R, OUTPUT);
  pinMode(LED_RGB_G, OUTPUT);
  pinMode(LED_RGB_B, OUTPUT);

  analogWrite(LED_RGB_R, 260);
  analogWrite(LED_RGB_G, 260);
  analogWrite(LED_RGB_B, 260);

  //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
  }

  // check for the WiFi module:
  if (WiFi.status() == WL_NO_MODULE) 
  {
    Serial.println("Communication with WiFi module failed!");
    // don't continue
    while (true);
  }

  // attempt to connect to WiFi network:
  while (status != WL_CONNECTED) {
    Serial.print("Attempting to connect to WPA SSID: ");
    Serial.println(ssid);
    // Connect to WPA/WPA2 network:
    status = WiFi.begin(ssid, pass);

    // wait 10 seconds for connection:
    delay(10000);
  }

  // you're connected now, so print out the data:
  Serial.print("You're connected to the network");

  device.setName("Arduino Ur4");
  light.setName("Bathroom");

  // handle light states
  light.onStateCommand(onStateCommand);
  light.onRGBColorCommand(onRGBColorCommand); // optional

    Serial.println("\nStart connecting to MQTT server");
   if (!mqtt.begin(MQTT_SERVER, MQTT_PORT, MQTT_USERNAME, MQTT_PASSWORD))
   {
    Serial.print("Connection falied");
    Serial.print(mqtt.getState());
    Serial.println("Try again in 5 seconds");
    delay(5000);
  }
}

void loop() {
  // check the network connection once every 10 seconds:
  mqtt.loop();
}

//RGB 相关函数
void onStateCommand(bool state, HALight* sender) 
{
    Serial.print("State: ");
    Serial.println(state);

    if(1 ==state)   //RGB 开启
    {
      u8RgbSwitch =1;
    }
    else            //RGB 关闭 
    {
      u8RgbSwitch =0;
    }

    sender->setState(state); // report state back to the Home Assistant
}

void onBrightnessCommand(uint8_t brightness, HALight* sender)
 {
    Serial.print("Brightness: ");
    Serial.println(brightness);

    sender->setBrightness(brightness); // report brightness back to the Home Assistant
}

void onRGBColorCommand(HALight::RGBColor color, HALight* sender) 
{
    Serial.print("Red: ");
    Serial.println(color.red);
    Serial.print("Green: ");
    Serial.println(color.green);
    Serial.print("Blue: ");
    Serial.println(color.blue);

  if(1 ==u8RgbSwitch)
  {
    analogWrite(LED_RGB_R,  (color.red*2));
    analogWrite(LED_RGB_G,  (color.green*2));
    analogWrite(LED_RGB_B,  (color.blue*2));
  }
  else
  {
    analogWrite(LED_RGB_R, 260);
    analogWrite(LED_RGB_G, 260);
    analogWrite(LED_RGB_B, 260);
  }
    sender->setRGBColor(color); // report color back to the Home Assistant
}

任务帖详解：【Follow me第二季第2期】5.进阶任务之树莓派 HA+Windows+UR4 控制 RGB

我的学号 · 发表于2024-10-28 11:07

补充：可供下载代码链接

我的学号 · 发表于2024-10-28 11:09

补充：Follow me第二季第2期】6.进阶任务之 ST25DV16 NFC 模块的使用

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