【Follow me第二季第4期】+任务提交

SeasonMay · 发表于2024-12-29 16:42

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<i class="pstatus"> 本帖最后由 SeasonMay 于 2024-12-29 16:56 编辑 </i>

# 演示视频
https://training.eeworld.com.cn/video/42212
# 物料介绍
本次活动选用以及下单的是一块Arduino RP2040主控板以及Adafruit的TFT显示屏，写真如下：

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<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_875648" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=875648&handlekey=savephoto_875648">保存到相册</a>

</p>

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

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<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_875649" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=875649&handlekey=savephoto_875649">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
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Arduino Nano RP2040隶属于Arduino Nano系列，这个系列以小巧精致的板型、丰富强大的功能以及易于上手的学习特性而著称。每一块开发板都经过精心设计，尽显匠心独运。
Arduino平台旨在让人们以更实惠、更便捷的方式控制机器人。Arduino的函数库和传感器库具备高度的一致性和通用性，非常适合新手入门学习。而这款开发板所搭载的MCU是树莓派的RP2040。作为树莓派首次尝试制作的MCU，RP2040内置了两个ARM Cortex-M0+内核，时钟频率高达133Mhz，并配备了264kb的RAM。同时，它还拥有多组常用的外设接口，如UART、SPI、I2C、USB、ADC等。
RP2040支持多种开发环境。树莓派官方的Pico-sdk是基于C/C++语言开发的，可以算作RP2040的原生开发环境。不过，要使用这个SDK，需要自己搭建cmake编译、下载调试的环境。但现在也有基于VSCODE的官方扩展或PlatformIO环境，这些集成开发环境（IDE）提供了从编写代码到编译、下载、调试的一站式服务。当然了，开发也可以基于MPY进行，也是非常简单，本文将基于PlatformIO完成任务。
# PlatformIO介绍以及配置
PlatformIO是一个开源的物联网（IoT）开发平台，它整合了一系列工具和服务，旨在为开发者提供一个全面、高效且易于使用的开发环境。无论是在Windows、Linux还是macOS上，PlatformIO都能提供一致的开发体验，无需担心操作系统之间的兼容性问题。
PlatformIO的核心优势之一在于它对多种硬件平台的广泛支持。从Arduino到ESP8266，再到STM32等，PlatformIO为这些不同的硬件平台提供了统一的编程接口和工具链。这意味着，无论正在开发什么类型的物联网设备，PlatformIO都能为你提供所需的工具和资源。通过其内置的库管理器，你可以轻松地搜索、安装和更新各种设备驱动、协议栈和中间件库，从而加速你的开发进程。
在开发环境方面，PlatformIO提供了基于VSCode、Atom等流行文本编辑器或IDE的插件。这些插件集成了代码编辑、编译、上传和调试等关键功能，让你能够在同一个环境中完成整个开发流程。此外，PlatformIO还提供了一个命令行工具，为那些更喜欢在命令行界面下工作的开发者提供了灵活的选择。
## 配置环境
在Vscode中下载安装PlatformIO插件后，根据向导进行初始化，然后就可以在主页新建项目，输入芯片型号选择对应的开发板，就可以完成项目创建工作。

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<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_875650" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=875650&handlekey=savephoto_875650">保存到相册</a>

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<div class="tip_horn"></div>
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项目中一般会用到其他的库，比如Adafruit或者Arduino自己框架的库，可以在主页点击libraries然后选择对应的库添加到项目里，同时也可以查看已经安装的库，如图所示

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<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_875652" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=875652&handlekey=savephoto_875652">保存到相册</a>

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<div class="tip_horn"></div>
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需要注意的是，如果基于Arduino的框架进行开发，需要在代码中# include <Arduino.h>头文件，不像Arduino IDE中可以直接使用自带的库文件。
编译烧录上传等功能按钮在底部工具栏，也很容易分辨
# 任务一
任务目标：搭建环境并开启第一步Blink三色LED / 串口打印Hello DigiKey & EEWorld！
任务一实现较为简单，点灯嘛，调调库就ok，不过查询资料得知需要基于WIFININA库进行实现，在WIFI框架里点灯，还是入门级别的罕见事物了，学到新东西了hhh，在PlatformIO中进行库添加

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_875654" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=875654&handlekey=savephoto_875654">保存到相册</a>

</p>

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

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再用自带的serial.println函数输出指定内容到串口
实现代码如下：
```c
#include <Arduino.h>
#include <WiFiNINA.h>

int delayTime = 500;
void setup() {
    // 引脚设置为输出模式
pinMode(LEDR, OUTPUT);
pinMode(LEDG, OUTPUT);
pinMode(LEDB, OUTPUT);
}

void loop() {
// 红色LED闪烁
digitalWrite(LEDR, HIGH); 
delay(delayTime);   
digitalWrite(LEDR, LOW);
delay(delayTime);   
// 绿色LED闪烁
digitalWrite(LEDG, HIGH); 
delay(delayTime);   
digitalWrite(LEDG, LOW);
delay(delayTime);

// 蓝色LED闪烁
digitalWrite(LEDB, HIGH); 
delay(delayTime);   
digitalWrite(LEDB, LOW);
delay(delayTime);
// 串口打印
Serial.println("Hello DigiKey & EEWorld!");
delay(delayTime);  
}
```
实现效果如图所示，串口打印成功，小灯也成功点亮

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<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_875656" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=875656&handlekey=savephoto_875656">保存到相册</a>

</p>

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

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<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_875660" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=875660&handlekey=savephoto_875660">保存到相册</a>

</p>

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

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# 任务二
任务目标：学习IMU基础知识，调试IMU传感器，通过串口打印六轴原始数据；
## IMU基础知识
IMU（Inertial Measurement Unit），即惯性测量单元，是测量物体三轴角速度和加速度的设备。IMU的应用非常广泛，可以用于姿态控制、导航定位、运动跟踪等领域。
IMU通常由三轴加速度计和三轴陀螺仪组成，形成一个6轴IMU，用于测量物体在三维空间中的角速度和加速度。在Arduino RP2040上，集成的LSM6DSOX传感器就是这样一款6轴IMU传感器，它可以提供三轴加速度和三轴角速度的测量数据。
加速度计是一种用于测量加速力的电机械设备，这种力可以是静态的，如持续的重力作用力，也可以是动态的，以感知运动或振动。在Arduino RP2040的IMU中，加速度计用于检测载体坐标系统独立三轴的加速度信号，提供有关板的位置的信息。通过这个应用，可以读取板的相对位置，以及通过将板向上、向下、向左或向右倾斜而获得的度数。
陀螺仪传感器则是一种可以测量和保持物体方向和角速度的设备。陀螺仪比加速计更先进，因为它们可以测量物体的倾斜和横向方向，而加速计只能测量其线性运动。在Arduino RP2040的IMU中，陀螺仪用于检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，可以作为衡量施加于板上的力的方向的指示器。
在使用Arduino RP2040上的IMU时，首先，需要安装Arduino_LSM6DSOX库，这是用于与LSM6DSOX IMU传感器通信的库。然后，可以使用IMU.begin()函数来初始化IMU传感器，使用IMU.readAcceleration()函数来读取加速度数据，使用IMU.readGyroscope()函数来读取陀螺仪数据。读取到的数据可以通过串口监视器打印出来，以便进行观察和分析。
## 任务实现

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<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_875695" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=875695&handlekey=savephoto_875695">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
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在购买物料时，我选购了一块基于ST7735的屏幕，因此也基于GFX等库将IMU数据打印到了屏幕上进行显示，实现代码如下：
```c
#include <Arduino.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_ST7735.h>
#include <SPI.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Adafruit_LSM303_U.h>
#include <Adafruit_L3GD20_U.h>
#include <WiFiNINA.h>
#include <Arduino_LSM6DSOX.h>

// 存储加速度和陀螺仪数据
float Ax, Ay, Az;
float Gx, Gy, Gz;

// 屏幕引脚定义
#define TFT_CS  9
#define TFT_RST   7
#define TFT_DC  8
#define TFT_LITE  6

// LED引脚定义
#define LEDR   4// 红色LED
#define LEDG   5// 绿色LED
#define LEDB   6// 蓝色LED

// 创建ST7735屏幕对象，分辨率128x128
Adafruit_ST7735 tft = Adafruit_ST7735(TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);

// 时间间隔参数（非阻塞式输出控制）
unsigned long previousMillis = 0;
const long interval = 500;// 每500毫秒更新一次数据

// LED切换控制
int ledState = 0;// 用于控制LED的状态，0表示红色，1表示绿色，2表示蓝色
unsigned long ledPreviousMillis = 0;// 上次LED切换的时间
const long ledInterval = 500;// LED切换的时间间隔

// 绘制图案
void drawGraphics() {
// 绘制渐变色矩形：从蓝色到紫色的渐变
for (int i = 0; i < 80; i++) {
  uint16_t color = tft.color565(0, 0, i * 3);// 渐变蓝色到紫色
  tft.drawFastVLine(10 + i, 120, 60, color);
}

tft.setTextColor(ST77XX_BLUE);
tft.setTextSize(1.5);
tft.setCursor(20, 100);
// tft.println("hello");
}

void setup() {
Serial.begin(9600);

// 初始化IMU传感器
if (!IMU.begin()) {
  Serial.println("错误:IMU 初始化失败，请检查硬件连接！");
  while (1);// 如果初始化失败，程序停留在这里
}

Serial.println("IMU 初始化成功！");
Serial.println();

// 初始化ST7735屏幕
tft.initR(INITR_144GREENTAB);// 使用绿色tab版本
tft.setRotation(1);    // 设置屏幕旋转方向
pinMode(TFT_LITE, OUTPUT); // 设置背光控制引脚为输出模式
analogWrite(TFT_LITE, 128);  // 背光亮度设置为50%

// 清除屏幕并填充黑色背景
tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);

// 绘制图案
drawGraphics();

// 打印固定的标签文字（只需要打印一次）
tft.setTextColor(ST77XX_BLUE);
tft.setTextSize(1.5);
tft.setCursor(10, 0);
tft.print("Accel:Ax=");

tft.setCursor(10, 20);
tft.print("Accel:Ay=");

tft.setCursor(10, 40);
tft.print("Accel:Az=");

tft.setCursor(10, 60);
tft.print("Gyros:Gx=");

tft.setCursor(10, 80);
tft.print("Gyros:Gy=");

tft.setCursor(10, 100);
tft.print("Gyros:Gz=");
}

void loop() {
unsigned long currentMillis = millis();
int delayTime=500;

// 每500毫秒更新一次数据
if (currentMillis - previousMillis >= interval) {
  previousMillis = currentMillis;

// 读取加速度和陀螺仪数据
  if (IMU.accelerationAvailable()) {
  IMU.readAcceleration(Ax, Ay, Az);
  } else {
  Serial.println("警告：未能读取到加速度数据！");
  }

if (IMU.gyroscopeAvailable()) {
  IMU.readGyroscope(Gx, Gy, Gz);
  } else {
  Serial.println("警告：未能读取到陀螺仪数据！");
  }

// 串口输出加速度和陀螺仪数据
  Serial.print("Accel：Ax=");
  Serial.print(Ax, 2);
  Serial.print(" m/s², Ay=");
  Serial.print(Ay, 2);
  Serial.print(" m/s², Az=");
  Serial.print(Az, 2);
  Serial.print(" m/s² | ");

Serial.print("Gyros：Gx=");
  Serial.print(Gx, 2);
  Serial.print(" dps, Gy=");
  Serial.print(Gy, 2);
  Serial.print(" dps, Gz=");
  Serial.print(Gz, 2);
  Serial.println(" dps");

// 局部刷新：更新加速度和陀螺仪的数据
  tft.fillRect(80, 0, 48, 20, ST77XX_BLACK);// 清空Ax数据区域
  tft.setCursor(80, 0);
  tft.print(Ax, 2);// 只更新Ax数据部分
  
  tft.fillRect(80, 20, 48, 20, ST77XX_BLACK);// 清空Ay数据区域
  tft.setCursor(80, 20);
  tft.print(Ay, 2);// 只更新Ay数据部分
  
  tft.fillRect(80, 40, 48, 20, ST77XX_BLACK);// 清空Az数据区域
  tft.setCursor(80, 40);
  tft.print(Az, 2);// 只更新Az数据部分

tft.fillRect(80, 60, 48, 20, ST77XX_BLACK);// 清空Gx数据区域
  tft.setCursor(80, 60);
  tft.print(Gx, 2);// 只更新Gx数据部分
  
  tft.fillRect(80, 80, 48, 20, ST77XX_BLACK);// 清空Gy数据区域
  tft.setCursor(80, 80);
  tft.print(Gy, 2);// 只更新Gy数据部分
  
  tft.fillRect(80, 100, 48, 20, ST77XX_BLACK);// 清空Gz数据区域
  tft.setCursor(80, 100);
  tft.print(Gz, 2);// 只更新Gz数据部分
}
// 延时100毫秒，控制屏幕刷新速率
delay(500);
}
```
实现效果：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_875663" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=875663&handlekey=savephoto_875663">保存到相册</a>

</p>

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

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<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_875664" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=875664&handlekey=savephoto_875664">保存到相册</a>

</p>

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

</ignore_js_op>

# 任务三
任务目标：学习PDM麦克风技术知识，调试PDM麦克风，通过串口打印收音数据和音频波形。

PDM麦克风，即采用脉冲密度调制（Pulse Density Modulation）技术的麦克风，是一种高效的数字音频信号处理方式，PDM麦克风的应用非常广泛，包括语音识别、音频采集、音频录制等领域。
PDM麦克风的工作原理是将音频模拟信号进行脉冲密度调制。PDM是一种调制形式，用于在数字域中表示模拟信号。它是1位数字采样的高频数据流，在PDM信号中，脉冲的相对密度对应于模拟信号的幅度。大量的“1”对应于高（正）幅度值，而大量的“0”对应于低（负）幅度值，交替的“1”和“0”则对应于幅度值0。这种调制方式使得PDM麦克风能够输出数字信号，便于直接进行数字音频处理。
在Arduino RP2040上，PDM麦克风通常通过I2C接口与微控制器进行通信。Arduino Nano RP2040 Connect板载的MP34DT06JTR型号的PDM麦克风采用电容式传感元件和IC接口构建，具有超紧凑、低功耗、全向等特点。该麦克风能够检测声波，并将其转换为PDM格式的数字信号，然后通过I2C接口传输给RP2040微控制器进行处理。

可以基于提供的PDM库实现，代码如下：
```c
#include <Arduino.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_ST7735.h>
#include <SPI.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Adafruit_LSM303_U.h>
#include <Adafruit_L3GD20_U.h>
#include <WiFiNINA.h>
#include <Arduino_LSM6DSOX.h>
#include <PDM.h>

// 声道数量（仅支持单声道，固定为 1）
static const char channels = 1;

// PDM 数据的采样率（单位：Hz）
static const int frequency = 20000;

short sampleBuffer[512];
volatile int samplesRead;

void onPDMdata() {
// 查询缓冲区中可用字节数
int bytesAvailable = PDM.available();
// 从缓冲区读取音频数据到样本缓冲区
PDM.read(sampleBuffer, bytesAvailable);
samplesRead = bytesAvailable / 2;
}
void setup() {
Serial.begin(115200);
while (!Serial);
// 配置 接收回调函数
PDM.onReceive(onPDMdata);

// 初始化 PDM 麦克风
if (!PDM.begin(channels, frequency)) {
  Serial.println("PDM 初始化失败！");
  while (1);
}
}

void loop() {
// 检查是否有新的音频样本
if (samplesRead > 0) {
  for (int i = 0; i < samplesRead; i++) {
  Serial.println(sampleBuffer<i>);
  }
  samplesRead = 0;
}
}
```
实现效果（当然环境有点嘈杂，特别电脑在编译时候噪音挺大）：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_875673" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=875673&handlekey=savephoto_875673">保存到相册</a>

</p>

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

</ignore_js_op>

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_875672" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=875672&handlekey=savephoto_875672">保存到相册</a>

</p>

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

</ignore_js_op>

# 心得体会
感谢eeworld和得捷举办的活动，我受益匪浅，希望以后能举办更多这样的活动！

# 代码链接
https://download.eeworld.com.cn/detail/SeasonMay/635464