Arduino Taşınabilir Tezgah Bölüm 3: 11 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Bölüm 1, 2 ve 2B'yi görüntülediyseniz, o zaman bu projede şimdiye kadar çok fazla Arduino yoktu, ancak bunun nedeni sadece birkaç kart kablosu vb. dinlenme işleri.

Bu elektronik ve Arduino kodudur. Önceki 2B talimatı, güç kaynağı ayrıntılarını listeler.

Bu bölüm, taşınabilir çalışma tezgahını aşağıdaki özelliklerle donatır

Aşağıdakileri sağlamak için bir Arduino Mega tarafından sürülen bir ekran sağlayan bir TFT dokunmatik ekran

1. 8 dijital ekran, kapalı/açık/salınımlı
2. 4 voltaj göstergesi
3. 3 akım/gerilim göstergesi
4. E24 direnç ölçer (çünkü artık renk bantlarını okuyamıyorum)

Ekleyeceğim başka şeyler de olacak ama bu benim ilk hedefimdi. Arduino kodu ayrıca zaman geçtikçe ekleyeceğim bir seri ekran, I2C ekran, kapasitans ölçer, dijital anahtarlar ve osiloskop listeler. Ayrıca 3V3 güç kaynağı, değişken güç kaynağı veya güç kaynağı voltajı/akım izlemesi eklemeye değer olup olmadığına tam olarak karar vermedim. Şimdiye kadar bu, Mega kullanılarak inşa edildi, ancak bazı işlevleri, farklı bir denetleyiciyi daha kolay barındıracak özel yongalar veya programlanmış Atmel 328'ler gibi I2C erişimli devreleri ayırmak için hareket ettirmeye de bakıyorum.

Gereçler

5 x 16 yollu başlık soketi

5 x 8 yollu dubont prizler, aslında gerekli uzunluğa kadar kesilmiş uzun 40 yollu tek sıralı prizlerden yapılmıştır

1 x 3.5 ILI9486 TFT dokunmatik ekran

1 x Arduino Mega 2650

Bireysel bileşenler

Metne göre, bunlardan bazılarının değeri kesinlikle sabit değildir ve bir işlevi kaçırırsanız hiç ihtiyaç duymazsınız:)

Dijital giriş

16 x 10K direnç

Analog giriş

1 x TL074 dörtlü jfet opamp, yedek olarak sahip olduğum şey buydu, benzer bir şey yapacak:)

Gerilim bölücü olarak 4 adet 68K ve 4 adet 430k direnç kullanılmıştır.

4 x 1N4001 veya benzeri

Direnç ölçer

1 x TL072 çift jfet opamp, yedek olarak sahip olduğum şey buydu, benzer bir şey yapacak:)

1M0, 300k, 100k, 30k, 10k, 3k, 1k, 300R (Bu değerler değiştirilirse Arduino kodunun güncellenmesi gerekir)

Adım 1: Elektroniğe Genel Bakış

Gri konsol benim tarafımdan 30 yıl önce yapıldı ve hala düzenli olarak kullanılıyor, ancak zaman geçti. Solda çift güç kaynağı, ortada dahili hoparlörlü merkezi bir ses yükseltici ve solda bir osilatör sağlar. Bu günlerde devrelerimin çoğu sadece güç kaynağına ihtiyaç duyuyor ve bunun için sadece pozitif ray var. Farklı bir şeye ihtiyaç vardı, aynı zamanda onsuz yaşadığım etiketleme, ben de başardım.

Proje kutusu elektroniği için temel gereksinim, Arduino veya Raspberry PI'leri kullanarak daha yeni devrelere güç sağlamaktı, bu nedenle USB soketleri kadar 5V da gerekliydi. Işıklı anahtarlar bana gücün açık olup olmadığını söylüyor ve test ederken geçici durum göstergeleri vermek için düzenli olarak küçük yardımcı devreler inşa etmem gerekiyor. Tezgahta çok yer kaplayan bir kutu hacimli sayaçlarım var ve hepsinden önemlisi, görme yeteneğim bozulduğunda kolayca okuyabileceğim, büyük parlak karakterlere sahip bir ekrana ihtiyacım var. Bu yüzden dijital ekranlara, voltaj ölçerlere, akım ölçerlere ve bu durumda E24 serisi dirençleri hızlı bir şekilde tanımlamak için direnç ölçer şeklinde küçük bir lükse ihtiyacım var, hepsi proje devre tahtasının 15 cm yakınında ve kompakt, taşınabilir bir kasada.

Önceki bir makalede açıklanan ana PSU, kapak kapalıyken ikisinin bağlanmasını sağlayan 40 yollu şerit kablo kullanarak kapağa güç sağlar. Bu, panel elektroniği ve devre tahtasının beslenmesi için anahtarlı 5v ve 12V besleme sağlar.

Tüm güç ve sinyal girişleri, 8'li dupont sokete paralel olarak 2x8way PCB başlık soketleri ile sağlanır. Bu muhtemelen aşırıya kaçar, çoğu breadboard'da güç rayları bulunur, ancak yapılması kolaydı.

Güç prizlerinde, güç kaynağının ana 0V rayı tüm kaynaklar için ortaktır ve kullanıma sunulmuştur. Bunun üzerinde, ana ünitede açık olan 5V'luk bir güç kaynağı ve bunun üzerinde, tedariki değişken hale getirmek ve 3.3-20V sağlamak için beslemeyi kesmek için bir fikrim olsa da, şu anda sabit olan iki adet +12V ve -12V beslemesi var. değişken tedarik

2. Adım: Elektronik

Breadboard düzeninin ekran baskılarını, devrenin matris kartı üzerine kurulduğunda nasıl göründüğünü, PDF olarak bir şemayı ve orijinal Fritzing dosyalarını gönderdim. Bu, özellikle karmaşık elektronikler değildir ve Arduino kartı için sınırlayıcı dirençleri, tampon yükselticileri ve fan çıkış bağlantılarını monte etmek için vardır. Ancak birçok bağlantıyı biraz daha net göstermek için birkaç resim var. Kablolamanın çoğu, hem yeniden takmayı daha kolay hem de daha güvenilir hale getirmek için çok yollu muhafazalara yeniden monte edilmiş standart uzunluklarda önceden kıvrılmış dupont şerit kablodan yapılmıştır.

Arduino Mega 2650, programlama için mevcut USB soketi ile kapağa monte edilmiştir. Tüm çıkışları ve girişleri görüntülemek için kullanılan TFT dokunmatik ekranı çalıştırır.

2 x 8 yollu PCB başlığı aracılığıyla 8 dijital giriş kullanıma sunulur ve bu işlev seçilirse durumları ekranda görüntülenir. Bu basit bir açma/kapama ekranıdır, kırmızı kapalı, yeşil açık. Gelecekteki bir değişiklik olarak salınım ekleyebilirim.

Ayrıca, PCB başlığı ve bir voltaj bölücü aracılığıyla ekranda görüntülenen voltaj ile 4 voltaj girişi sağlanır. Ön paneldeki her giriş voltajı, ortak toprağa referansla, 7 voltaj bölücü ile bir bölmeye geçirilir ve daha sonra, negatif voltajlı kazaları önlemek için, bir doğrultucu amplifikatör olarak yapılandırılmış bir TL074'te dört op-amp'den biri tarafından tamponlanır.. Bir aşamada bir polarite göstergesi eklemek güzel olurdu ama bu sefer değil. Her op-amp'den gelen çıkış, Arduino'nun ADC girişlerinden biridir.

Başka bir PCB başlığı, hem seri hem de I2C bağlantılarını ortaya çıkarır. Bu, bir seri görüntüleme konsolunun ve temel bir I2C tanımlama işlevinin uygulanmasına izin vermek için yapıldı.

Voltaj/dijital girişlerin hepsine ihtiyaç duyulmayabilir, bu nedenle dijital anahtarlama çıkışları sağlamak üzere yeniden yapılandırılabilirler.

Arduino, direnç ölçer işlevselliği sağlamak için voltaj bölücü üzerindeki bir direnç dizisine güç sağlar. Bunun çıktısı, Arduino tarafından okunmadan ve direnç hesaplanmadan önce bir op-amp (yarım TL072) tarafından tamponlanır. Bunun amacı doğru direnç ölçümü değil, E24 serisi değerleri hızlı bir şekilde tanımlamaktır, ancak bazı kalibrasyonlarla temel bir sayaç olarak kullanılabilir. Çalışması, ön panele monte edilmiş iki yay üzerinde 9M9'dan daha düşük bir direnç mevcut olduğunda tespit etmek ve ardından 2.5V'a en yakın değer ölçülene veya en son direnç seçilene kadar bölücü dizideki her bir dirence 5V'u seçici olarak değiştirmektir. Hesaplama ve karşılaştırma daha sonra en yakın E24 değerini belirlemek için yapılır. 5V, hataları en aza indirmek için her ölçüm arasında yüksek empedans girişleri olarak yeniden yapılandırılan Arduino'daki 3-10 dijital çıkışlarından kaynaklanır. Arduino pinleri D3-10, gelecekteki bir ekleme olarak, potansiyel olarak yalnızca bir yazılım değişikliği olabilecek bu çıkışların PWM özelliğini kullanan bir kapasitans ölçer olabileceği için kasıtlı olarak kullanıldı.

Değiştirilmiş bir INA3221 kartı, ön panelden girişlerle I2C arayüzü aracılığıyla ek voltaj ve akım ölçümleri sağlar. Her şey atlama kabloları kullanılarak kablolanmıştır, böylece gelecekte işlevlerin yeniden atanması kolay olacaktır.

Adım 3: INA3221 Voltaj/akım Girişi

Bu, kutuda voltaj/akım ölçümleri sağlamak için hızlı bir düzeltme olarak tasarlanmıştı, ancak satın aldığım kartta uygulandığı gibi, pil şarjını izleme amaçlı olduğu ve üç bağımsız ölçüm sağlayacak şekilde değiştirilmesi gerektiği ortaya çıktı. Bu projeyi oluştururken, bu çipi veri sayfasına göre uygulayan bir INA3221 kartını kaynaklayabilirseniz, bu gerekli değildir.

Resme bakıldığında, ölçüm dirençlerini ayırmak için PCB izlerinde üç kesim yapılması gerekiyor. Bu üç direncin pedleri de PCB'nin geri kalanından ayırmak için kesilmelidir. Dirençler daha sonra ek teller köprüler olarak lehimlenerek pedlere birleştirilir. Bunu belgeliyorum çünkü bu ortak bir pano ve mevcut olan tek pano olabilir.

Ön panelden panoya bağlantılar, daha sonra ölçüm dirençleri boyunca atlama kabloları aracılığıyla yapılır.

Kartın gücü toprak olduğu gibi Arduino 5V pinlerinden alınır, I2C bağlantıları elektronik PCB'ye gider.

4. Adım: Görüntü Ekranı

Bu bir eBay satın alımıydı ve birçok kaynaktan edinilebilir ve ILI9486 destekli bir ekrandır. David Prentice'in MCUFRIEND kitaplıklarıyla en iyi şekilde çalıştığını buldum, ancak kullanımdan önce kalibre edilmesi gerekiyor, bu da David tarafından sağlanan kitaplık örneklerinden birinin ekran bağlıyken çalıştırılmasını gerektiriyor, ekrandaki talimatları izleyin ve not alın görüntülenen parametreler, farklıysa Arduino_Workstation_v01 kod dosyasına eklenir.

Bu proje için bir dokunmatik ekran esastır, özel anahtarlara sahip olmayan ve gelecekte çok fazla yeniden kablolama olmadan sadece menüler ve işlevler ekleyen tesis etrafında döner.

Adım 5: Birbirine Bağlama

Arduino Mega, USB ve güç bağlantı noktalarına kasanın dışından erişilebilen kapağın LHS'sinde bulunur. Arduino'nun yanındaki RHS'de matris kartına monte edilmiş elektronikler bulunur ve bunun üzerinde INA3221 kartı kapağın arkasına monte edilir.

Ayrıca Arduino'nun üstündeki LHS'deki kapağın arkasında, tüm toprakların bağlı olduğu ortak bir toprak bağlantı kartı bulunur.

Mümkün olduğunca çok sayıda kablo, çok yollu konektörlerde birleştirildi. Bu, devreleri birbirine bağlamayı çok daha kolay ve güvenilir hale getirir ve çok yollu bir muhafazadaki konektörlerin karşılıklı desteği, gevşemeye karşı geliştirilmiş direnç sağlar. Bu konsolidasyonların bir listesi aşağıdadır.

Tüm konektörler mantıklı bir şekilde eklenmiş ve son ekran bağlantıları montaj deliğinden geçirilerek en son tamamlanacak şekilde ön panel bağlantılarını sonuna kadar bırakarak, hantal parmaklarımla bağlantı yapmak için en büyük erişimi sağladı. Ekran, 3D baskılı bir çerçeve ile yerine sabitlendi.

6. Adım: Birleştirilmiş Olası Satışlar

1. Arduino ADC bağlantı noktalarına voltaj ve direnç girişleri, bir ucunda ayrı erkek konektörler bulunan 20 cm'lik beş uç, Arduino başlıklarındaki boşluğu karşılamak için bir boşluk ile altı yollu bir muhafazada birleştirilmiştir.
2. Ön paneldeki voltaj pinlerini devre kartına bağlamak için dört yollu bir mahfazadan iki adet 2 yollu mahfazaya 4 yollu 10 cm kablo.
3. 2x4 yollu erkek başlıktan 8 yollu dişi başlık için 8 yollu 10 cm kablo
4. Seri ve I2C'yi ön panele bağlamak için 4 yollu dişi muhafazadan 4 yollu dişi muhafazaya 4 yollu 10cm kablo
5. INA3221'i ön panele bağlamak için 4 yollu muhafazadan dört tekli konektöre 4 yollu 10 cm kablo
6. Seri ve I2C'yi Arduino'dan devre kartı fan çıkışına almak için dört yollu dişi muhafazayı dört yollu erkek muhafazaya bağlamak için 4 yollu 20 cm kablo.
7. Ön panelden devre kartına dijital girişler almak için 8 yollu dişi gövdeden 8 yollu dişi gövdeye 8 yollu 10cm kablo.
8. 8 yollu 10 cm kablo 8 yollu dişi muhafazayı bir adet 3 yollu erkek muhafazaya ve bir adet 5 yollu erkek muhafazayı rezistans bölücüyü devre kartına bağlamak için. İki yuva, Arduino kartındaki başlıklardaki standart olmayan boşluğu barındırmak için kullanılır.
9. INA3221 güç kaynağı için iki tek erkek konnektöre 2 yollu dişi muhafazayı almak için 2 yollu 20 cm kablo.
10. Üçüncü INA3221 monitör bağlantısını ön panele bağlamak için 2 yollu dişi muhafazayı iki tekli dişi muhafazaya almak için 2 yollu 10 cm kablo.
11. INA3221'i I2C çıkış bağlantılarına bağlamak için 2 yollu dişi muhafazayı 2 yollu dişi muhafazaya almak için 2 yollu 10 cm kablo.

Adım 7: Arduino Kodu

Bu proje, basit bir biçimde görevlere ayrılmış çok sayıda G/Ç bağlantı noktası istediğim için Arduino Mega 2650'yi temel alıyor. TFT dokunmatik ekran kütüphaneleri varsayılan olarak Arduino Uno'yu destekler ve Mega'yı desteklemek için düzenlenmelidir. Kitaplıkların düzenlenmesi, orijinal TFT kod yazarı tarafından desteklenir, basittir ve bir sonraki adımda açıklanmıştır.

Bir dokunmatik ekran kullanmak projenin bu bölümünün temelidir, ancak birinin kullandığı ekran benim kullandığımdan farklı olabileceğinden, kod yalnızca donanıma özel işlevleri ayrı rutinlere yerleştirir, böylece gerekli tüm değişiklikler tanımlanabilir.

Kodun çalışan bir sürümü buraya dahil edilmiştir ve güncellenecektir ancak en son güncellemeler github'da olacaktır.

Kodun ana işlevi, ekran etrafında döner, ekrandaki her öğe, öğe türünü, ekranda nerede görüntülendiğini, rengi ve giriş kaynağı gibi ek parametreleri tutan tek bir dizide bir girişe sahiptir. Bu dizinin yorumlar içeren bir ekran görüntüsü yukarıda gösterilmiştir. Ayrıca ekranda görüntülenip görüntülenmeyeceğini kontrol etmek için bir alana sahiptir. Bu dizi düzenlenerek yeni özellikler eklenebilir veya özellikler kaldırılabilir. Kodun 'döngü' rutini bu dizide sürekli olarak çalışır, her uygun öğeyi sırayla işler ve sonra tekrar eder. Şu anda 6 farklı element var.

Menü öğeleri - bunlar bilgi görüntülemez, ancak dokunulduğunda öğe parametrelerinde tanımlanan ilişkili bir alt programı yürütür

Dijital elemanlar - ilgili dijital giriş pininin durumuna bağlı olarak ekranda bir kutu olarak kırmızı veya yeşil olarak görüntülenir. Örnek konsol 8 dijital pin için kablolanmıştır ancak bu isteğe göre artırılıp azaltılabilir.

Analog elemanlar - ilgili analog pimde ölçüldüğü gibi yaklaşık bir voltaj görüntüler. Dört başlangıçta belirtilmiştir.

Hassas elemanlar - harici bir hassas volt/akım ölçer modülünden gelen girişi görüntüleyin. Bunlardan sadece üç tane var ama ikinci veya üçüncü bir modül eklenebilir.

Direnç elemanı - bu, direnç ölçerden gelen girişi gösteren tek bir elemandır.

Dokunma - bu, ekrana dokunulup dokunulmadığını tespit etmek ve ardından dokunulana göre bir karar vermek için her zaman yürütülen tek rutindir. yani, bir menü öğesi ise, bundan sonra ne görüntüleniyor?

Ekranın normal, büyük ve tam ekran olmak üzere üç durum modu vardır ve duruma bağlı olarak tüm elemanlar çalışmalarını değiştirir. Üç mod, bir öğeye ve ilgili menü seçeneğine dokunularak menüden seçilebilir.

Normal mod - 8 dijital giriş, dört analog voltaj girişi, üç hassas eleman, direnç elemanı ve dört menü elemanı görüntüler. Menüden Normal seçildiğinde ekran bu moda geçer.

Büyük mod - Ekrandaki öğelerden herhangi birine ve ardından Büyük'e dokunarak seçilir. Seçildiğinde, o eleman tipi seçilen tek tiptir ve bu tipteki elemanlar tüm ekranı dolduracak şekilde yeniden düzenlenir.

Tam ekran modu - ekrandaki öğelerden herhangi birine ve ardından Tam Ekran'a dokunarak seçilir. Seçildiğinde, o öğe görüntülenen tek öğedir ve o öğenin maksimum görünürlüğünü sağlayacak şekilde tüm ekranı dolduracak şekilde yeniden düzenlenir.

Ek işlevsellik eklemek için aşağıdaki rutinlerin eklenmesi gerekir

o eleman için bilgi almak için çağrılan 'çizme' rutini, uygun ekran güncelleme rutinini çağırın ve döndürülen dokunmatik bilgiyi kaydedin

Çizim rutininden bilgileri kabul eden ve bilgileri ekrana koymak ve çizilen ekran alanı için doğru dokunma bilgilerini döndürmek için uygun ekran sürücüsü rutinlerini kullanan 'mantık' rutini

Arduino kurulumunun bir parçası olarak adlandırılan 'kurulum' rutini

Diğer rutinler dahil edilebilir, ancak eleman kodu arasında herhangi bir karşılıklı bağımlılık olmamalıdır, eğer bir eleman etkinleştirilmemişse kodu yürütülmemelidir ve basit çok işlevli yapı bütünlüğünü korur.

Adım 8: Arduino Kitaplıklarını Düzenleme

Kullandığım ekran Arduino Uno ve onun için yazılmış temel kütüphanelerle çok iyi çalışıyor ancak doğrudan Arduino Mega'ya aktarıldığında yavaş çalışıyor. Ekranı doğru bir şekilde sürmek için farklı bir dizi veri pini kullanılmalıdır ve bu kullanım değişikliği kitaplıklarda ayarlanmalıdır. Bu basit bir değişikliktir ve yazar tarafından tasarlanmıştır. Resimler yapılan değişiklikleri vurgulamaktadır.

İki dosya, MCUFRIEND_kbv\utility klasöründe mcufriend_shield.h ve mcufriend_special.h olarak depolanır. İlk satırın okunmasını sağlamak için gereken değişiklikler ilk olarak 'kalkan' başlık dosyasındadır.

#define USE_SPECIAL

'özel' başlık dosyasının yüklenmesini sağlamak için.

'Özel' başlık dosyası da satırın doğru olduğundan emin olmak için güncellenmelidir.

#define USE_MEGA_8BIT_PROTOSHIELD

yorumsuzdur.

Bu iki değişiklik, bu ekranın ekran kodunun, Uno'daki varsayılan 3-10 yerine Arduino Mega'daki 20-29 pinlerini kullanarak çalışacağı anlamına gelir.

9. Adım: Ekran Görüntüleri

Konsolun ne yapması gerektiğini kolayca görebilmeniz için ekran görüntülerini buraya koydum. Bir sonraki bölüm, kodu Arduino'ya yüklemekle ilgilidir.

İlk ekran, üstte Menüler, LHS'de voltaj ölçümleri, RHS'de voltaj ve akım ölçümleri ve altta dijital pin durumu, 'yanlış/düşük' için kırmızı, 'doğru/yüksek için yeşil' olan 'normal' ekranı gösterir. '. Son olarak merkezde direnç ölçümü var.

İkinci ekran, Büyük modda etkinleştirilen dijital girişleri gösterir, her giriş açıkça görüntülenir.

Üçüncü ekran, Büyük moddaki voltaj girişlerini gösterir.

Adım 10: Arduino Kodunu Yükleme

Kod eklenmiştir, ancak daha önce belirtildiği gibi, bir süre sonra github'a konulacak ve konum buraya eklenecektir. Ana kaynak kod dosyası Arduino_Workbench_v01.ino'dur ve diğer rutinler çeşitli özellikleri sağlamak içindir.

Eğer kütüphaneler değiştirilmişse ve Arduino Mega2650, Arduino IDE'de hedef platform olarak ayarlanmışsa, kod ilk kez derlenmelidir.

Yüklenmesi gereken kitaplıklar, Arduino kitaplık yöneticisinden edinilmesi gereken Adafruit GFX ve Dokunmatik ekran kitaplıkları, github'dan indirilebilen MCUFRIEND_kbv'nin bir kopyası ve INA3221 için ayrıca github'dan indirilebilen SwitchDocLabs kitaplığı SDL_Arduino_INA3221, her ikisi de hızlı bir şekilde ortaya çıkıyor. bir google araması.

Adım 11: Son Dokunuşlar

Buradaki fikir, onu proje çalışması için kullanmaktır, böylece Arduino panoları için montaj cıvataları ve bir devre tahtası içeren çıkarılabilir bir panel yapılmıştır, tamamı kapağa cırt cırt ile yapıştırılarak çıkarılabilir hale getirilmiştir ve böylece projeleri içerecek farklı panolar yapılabilir ve kutunun aynı anda çalışan farklı projeler için yeniden kullanılabileceğini.

Bunun farklı, daha iyi veya her ikisini birden yapmak için birkaç fikir için bir kaynak olacağını umuyorum. Bahsettiğim ek özellikleri ekleyeceğim ve ekleyeceğim, ancak bu herhangi bir yardımı olacaksa, lütfen istediğinizi alın ve keyfini çıkarın. Göze çarpan herhangi bir sorun varsa, lütfen bana bildirin.

Şu anda devam edeceğim ve kullanacağım, üzerinde çalışmam gereken birkaç proje var!