Follow me第二季第2期+多功能HA传感器系统

老杰瑞

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集成多功能Home Assistant (HA) 传感器系统

本系统集成了以下高性能传感器，实现了对环境参数的全面监测，并将数据实时上传至Home Assistant平台：

ArduinoU4wifi：通过wifi连接ha平台，上传传感器数据

SHT40温湿度传感器：精确测量环境温度和湿度，确保舒适的生活和工作条件。

SGP30空气质量传感器：实时监测室内空气质量，包括总挥发性有机化合物（TVOC）和等效二氧化碳（eCO2）的浓度，助力健康生活。

LTR-329环境光传感器：精确检测环境光线强度，包括可见光和红外光，以优化照明控制。

通过将这些传感器集成至一串电路板，本系统不仅简化了安装过程，还提高了数据收集的效率。所有监测数据均可通过HA面板直观展示，便于用户实时监控和远程控制家庭环境。

介绍视频：

提交任务短视频

 

流程图

设计思路就是u4读取传感器数据，通过wifi发送给mqtt服务器，ha在配置好mqtt服务器的条件下进行话题监听，更新传感器数据

扩展任务功能演示:

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）

通过

链接已隐藏，如需查看请登录或者注册

这个项目实现了ha平台的一键部署

再向隔壁的二舅妈借用了一个mqtt服务器，在ha种添加对应MQTT服务器

到HA的 [开发者工具 – Home Assistant](http://localhost:8123/developer-tools/yaml) 的 -> YAML 配置重新加载 -> 点击 所有YAML 配置 -> 如果代码无异常，则会显示绿色 代表配置已经更新

mqtt:
  - sensor:
      - unique_id: arduino uno Voltage
        name: "arduino Volt"
        state_topic: "UNO/arduino/myAnalogInput/stat_t"
        suggested_display_precision: 3

 

添加完这个实体以后就需要上传数据了，使用下面的代码来实现数据上传

#include <ArduinoMqttClient.h>
#include <WiFiS3.h>
#include <WiFiClient.h>
#include "Arduino_LED_Matrix.h"  /*包含官方的驱动库*/
#include "analogWave.h" // 包含波形输出的模拟文件
///////please enter your sensitive data in the Secret tab/arduino_secrets.h
char ssid[] = "quest2";  //WIFI名字
char pass[] = "meiyijia";       //WIFI密码
int status = WL_IDLE_STATUS;
//实例化
WiFiClient wifiClient;
MqttClient mqttClient(wifiClient);
analogWave wave(DAC);   //实例化一个对象
const char broker[] = "210.38.161.158";                //MQTT服务器地址
int port = 1883;                                     //MQTT服务器端口
const char topic1[] = "UNO/arduino/SHT40-Temp/stat_t";  //发布的主题
const char topic2[] = "UNO/arduino/SHT40-humidity/stat_t";  //发布的主题
const char topic3[] = "UNO/arduino/SGP30-brightness/stat_t";  //发布的主题
const char topic4[] = "UNO/arduino/myAnalogInput/stat_t";  //发布的主题
const char mqttuser[] = "admin";                  //MQTT服务器的用户名
const char mqttpassword[] = "jyu123456";        //MQTT服务器密码
//set interval for sending messages (milliseconds)
const long interval = 8000;
unsigned long previousMillis = 0;
int count = 0;
void setup() {
  //Initialize serial and wait for port to open:
  Serial.begin(115200);
  while (!Serial) {
    ;  // wait for serial port to connect. Needed for native USB port only
  }
  //A0 DAC 输出一个波形
  wave.sine(50);     //产生一个50HZ的sin波形
  wave.amplitude(0.25); //设置幅度值为4.7 的1/4
  // 设置ADC的分辨率
  analogReadResolution(14); //change to 14-bit resolution
  // 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();
  Serial.print("Attempting to connect to the MQTT broker: ");
  Serial.println(broker);
  mqttClient.setUsernamePassword(mqttuser, mqttpassword);
  while (!mqttClient.connect(broker, port)) {
    Serial.print("MQTT connection failed! Error code = ");
    Serial.println(mqttClient.connectError());
    delay(1000);
  }
  Serial.println("You're connected to the MQTT broker!");
  Serial.println();
}
void loop() {
  // call poll() regularly to allow the library to send MQTT keep alive which
  // avoids being disconnected by the broker
  mqttClient.poll();
  //通过ADC采集 A0上输出的sin波形
  float Rvalue = analogRead(A3) * 4.7/16383;  //读取A0引脚的值  A3和 A0连接 14bit ADC采样
  mqttClient.beginMessage(topic4);
  mqttClient.print(Rvalue);   //把读取的值进行上传到MQTT服务器
  Serial.println(Rvalue);
  mqttClient.endMessage();
  delay(10);
}

 

我通过mqttx软件来查看mqtt连接数据MQTTX 下载

通过配置mqtt服务器，订阅我的话题“UNO/arduino/myAnalogInput/stat_t”

就可读取到U4的数据

再到ha面板来看数据，成功显示数据

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

点阵部分参考官方例程Using the Arduino UNO R4 WiFi LED Matrix | Arduino Documentation

#include "Arduino_LED_Matrix.h"
ArduinoLEDMatrix matrix;
void setup() {
Serial.begin(115200);
matrix.begin();
}
const uint32_t happy[] = {
0x19819,
0x80000001,
0x81f8000
};
const uint32_t heart[] = {
0x3184a444,
0x44042081,
0x100a0040
};
void loop(){
matrix.loadFrame(happy);
delay(500);
matrix.loadFrame(heart);
delay(500);
}

 

撸了个笑脸和爱心的图形

下面来写

用DAC生成正弦波；

Arduino UNO R4 WiFi Digital-to-Analog Converter (DAC) | Arduino Documentation

还是先来到官方wiki看看官方的写法

官方给的应用实例是用电位器来改变驱动蜂鸣器频率

把蜂鸣器电位器注释掉就能输出dac了

#include "analogWave.h" // 包含用于模拟波形生成的库
analogWave wave(DAC);   // 创建analogWave类的一个实例，使用DAC引脚
int freq = 10;  // 频率，以赫兹为单位，根据需要更改
void setup() {
  Serial.begin(115200);  // 初始化串行通信，波特率为115200
  wave.sine(freq);       // 使用初始频率生成正弦波
}
void loop() {
  // 从A5引脚读取模拟值，并将其映射到频率范围内
  freq = map(analogRead(A5), 0, 1024, 0, 10000);
  // 将更新的频率打印到串行监视器
  //Serial.println("当前频率为 " + String(freq) + " 赫兹");
  //wave.freq(freq);  // 将波形发生器的频率设置为更新的值
  delay(1000);      // 在重复之前延迟一秒钟
}

 

下一步是用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

老规矩，来看看官方wiki

Arduino UNO R4 WiFi 运算放大器 |Arduino 文档

运算放大器的放大率主要取决于所选的电阻值=1+（R2/R1）

R1 = 接地电阻 （Ω）顾名思义，连接运放反馈口与地的

R2 = 反馈电阻 （Ω）连接输出与反馈口的

具体原理看这一篇原理解释，讲的非常好（不过需要小小翻一下）

Non-inverting Operational Amplifier Configuration (electronics-tutorials.ws)

由图可得，A1为输入脚，A2为反馈脚，A3为输出脚，为了实现用OPAMP放大DAC信号的需求，我们需要把A1与A0（DAC输出脚短接）

R2与R1都选择10k，得到1+（10k/10K）=2倍的放大倍率

代码部分只需在之前的代码中加下面的

#include <OPAMP.h>
void setup () {
OPAMP.begin(OPAMP_SPEED_HIGHSPEED);
}

 

实际情况：

不知道为什么不是很对头，但也有2倍放大了

下一个任务：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

把A4连A0测dac输出

把A5连A3测OPAMP放大输出

#include "analogWave.h" // 包含用于模拟波形生成的库
#include <OPAMP.h>
analogWave wave(DAC);   // 创建analogWave类的一个实例，使用DAC引脚
int freq = 5;  // 频率，以赫兹为单位，根据需要更改
void setup() {
  Serial.begin(115200);  // 初始化串行通信，波特率为115200
  wave.sine(freq);       // 使用初始频率生成正弦波
  wave.amplitude(0.4);  //设置正弦曲线幅值为0.4,默认的太大了，超过adc采样电压了
  OPAMP.begin(OPAMP_SPEED_HIGHSPEED);
}
void loop() {
  printf("%d\n",analogRead(A4)); // 读取DAC输出正弦值
  Serial.print(" ");
  printf("%d\n",analogRead(A5)); // 读取OPAMP输出正弦值
  delay(100);      // 在重复之前延迟一秒钟
}

 

结果如下

原因是我delay的太久了，改为delay1

哈哈哈又快过头了，改为10

结果欧克了

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

轻轻松松秒杀

拿到板子后先谷歌一下arduino-UNO R4 WiFi

找到这个网址UNO R4 WiFi 入门 |Arduino 文档

打开官方教程就可以开始配置环境了，点击图中的arduino软件页面。

下载安装完成后就可以开始配置一下arduino的设置，我推荐暗黑和中文配置，顺眼很多

下一步就是安装板基支持包

在右边的开发板管理器搜索UNO R4即可安装。

安装完成后插上UNO R4 WiFi板子，在开发板中选择UNO R4 WiFi

上面我们的开发环境就配置好了，硬件软件都ok，下面开始实现任务

我最喜欢的就是arduino的示例了，在里面有很多示例代码可以帮我我们快速开发自己需要的功能，再也不要天天为基础代码跑不通调试半天了~

在内置示例中找到blink，编译下载即可实现点灯功能，代码为下

// 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
}

 

代码其实就是让led口亮，如何停顿一下，在暗，再停顿一下，如此循环实现

给第一次使用arduino的小伙伴解释一下setup和loop在arduino中，必须有这两个函数，setup为开机运行一次，loop函数在setup运行完后就会不断循环运行，所以在上面的代码中，要先在setup中吧led口的pin配置好为输出模式，LED_BUILTIN在一些头文件中会对应板子上的ledpin脚位，这也是arduino的优势之一，代码可以在多个板子上不动运行

下面我们来实现串口打印功能

照例打开内置示例的AnalogReadSerial，程序功能是将ADC并且将值不断传输给串口

我们对代码进行修改实现我们需要的功能

void setup() {
  // initialize serial communication at 9600 bits per second:
  Serial.begin(9600);
}
// the loop routine runs over and over again forever:
void loop() {
  // print out the value you read:
  Serial.println("Hello EEWorld！");
  delay(1);  // delay in between reads for stability
}

 

简单编辑一下即可

打开右上角arduino自带的串口工具即可查看打印的Hello EEWorld！内容！

好了到此为止我们就实现了入门任务

下面是这次项目用到的全部代码

第二季第2期任务源码-伤心杰瑞-嵌入式开发相关资料下载-EEWORLD下载中心

本活动的心得体会：在这次的任务过程中，十分感谢EEWORLD大学堂的直播帮助，让我学习了很多mqtt的相关知识也学会了ha平台的搭建及使用，这对我这个网络软件小白来说很难，但是我真的学到了很多，了解了很多不懂的东西，这就是follow me的意义把！不懂的时候可以去论文看看别人怎么实现的，看看老师直播怎么做的，也能在五花八门的办法中找到最适合自己，最轻松的答案，特别是写文章总结的时候，很难写出我为了解决一些问题付出的时间与精力，只想把1最简单的办法分享给大家，让大家少走一点我踩过的坑。谢谢这次机会，下次我还要参加

xiayichuyang123

学习一下

秦天qintian0303

你这来了这么多传感器啊，不过应该超限了吧

老杰瑞

秦天qintian0303 发表于 2024-10-8 12:17 你这来了这么多传感器啊，不过应该超限了吧

没啦，都是得捷买的，不同活动的都有，这不刚好一起智能化了