Среда разработки Arduino

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Цель работы

Используемое оборудование

Теоретическая часть

Практическая часть

Принцип работы

Листинг 1 (передатчик)

Листинг 2 (приеник)

Вывод

Список используемой литературы

Цель работы

Целью данной курсовой работы является освоение среды разработки Arduino IDE и реализация на практике сигнализаци приемника и передатчика сигнала, находящихся на двух платах. Сигнал будет подаваться с одной платы посредством нажатия кнопки. При приеме сигнала другой платой, на ней будет отклик в виде подключенного звукового сигнала и мигании светодиодов. Сигнал будет подаваться по радиоканалу с амплитудной модуляцией на частоте 433 Гц.

Используемое оборудование

1. Две платы Arduino UnoR3 построенных на базе микроконтроллера Atmel A VRATmega328P-PU

Рис. 1 Arduino Uno R3

2. Среда разработки Arduino IDE

3. Драйвер для Arduino

4. Кабель USB-A - USB-B для сопряжения с компьютером

5. Кнопка тактовая

6. Резистор (1 кОм)

7. Беспаечная макетная плата

8. Соединительные провода

9. Батарейки типа «Крона» (9V) для питания плат.

10. Переходники с Jack 5.5*2.1mmна 9V

11. Радиоприемник XD-RF-5V (частота приема 433 МГц)

12. Радиопередатчик FS1000A (напряжение питания 3-12V, радио частота передачи 433 МГц, Выходная мощность: 40 мВт)

13. Звуковое устройство TMB 12A05

Рис. 2 (слева на право) Радиопередатчик FS1000A, радиоприемник XD-RF-5V, Звуковое устройство TMB 12A05

Теоретическая часть

LPD433 (англ. LowPowerDevice) -- диапазон радиочастот для маломощных устройств, входящий в международную сетку промышленных, научных и медицинских частот(ISM).

В большинстве стран мира этот диапазон разрешён к свободному использованию с некоторыми оговорками, -- как правило, с ограничением мощности передатчика и жестко назначенными частотами для приема-передачи. В большинстве стран при этом нельзя использовать антенну с коэффициентом усиления более 0 дБи, а также -- внешние антенны.

В диапазоне LPD433 могут и работают многие устройства различного назначения, такие как: радиопульты для открытия дверей гаражей, автомобильные радиосигнализации, а также радиостанции, которым, соответственно, не требуются регистрация и разрешения -- т.н. безлицензионные радиостанции.

Ограничения, налагаемые на свободно продающиеся безлицензонные LPD-радиостанции, как впрочем и на PMR-радиостанции, не позволяют без контроля государственных органов организовать эффективную систему связи (с использованием внешних антенн и/или радиорепитеров).

В России применение маломощных устройств, в т.ч. радиостанций диапазона LPD433, разрешается при мощности передатчика не более 10 мВт.На практике, многие выпускаемые устройства (рации, автосигнализации) имеют мощность до сотен милливатт или единиц Ватт; формально процедура их регистрации и сертификации обходится переключением их в маломощный совместимый режим с ограничением 10 мВт.

Практическая часть

Рис. 3 Схема подключения элементов к контроллерам

План работы

среда сигнализация приемник радиостанция

1) Установка необходимого программного обеспечения (среда программирования+драйвер)

2) Подключение платы к ПК

3) Создание скетчей

4) Сборка аппаратного комплекса

5) Отладка и компиляция скетчей

6) Прошивка

7) Проверка работоспособности

Принцип работы

После прошивки плата не нуждается в связи с ПК. При нажатии кнопки (pin 12), подключенной к плате с радиопередатчиком, на передатчик (pin 8) посылается логическая единица (высокий уровень сигнала), который впоследствии передается в эфир на частоте 433 МГц. Для дополнительного визуального контроля нажатия кнопки на плате с передатчиком при нажатии кнопки загорается встроенный в плату светодиод (pin 13).

Кнопка подключена к плате с помощью подтягивающего резистора. Pin контроллера (в режиме входа) должен иметь заранее известное состояние (1 или 0).

В «подвешенном» состоянии он будет собирать внешние наводки (статические, электрические и электромагнитные излучения). Чтобы привести pin в заранее известное состояние и используют подтягивающие резисторы. В данном случае, когда кнопка отключена, pin будет подключен к земле через резистор, сопротивление которого заведомо меньше внутреннего сопротивления pinа. Поэтому наводка, попавшая на pin, стечет в землю. Если же подключен полезный сигнал (1) то он будет «стекать» в pin (незначительная часть сигнала уйдет в землю через подтяжку). В итоге, при нажатой кнопке, у нас будет стабильный сигнал (1), а при отпущенной кнопке будет стабильный 0.

На плате с радиоприемником, когда приемник (pin 12) принимает логическую единицу по радиоканалу, в момент нажатия кнопки, подключенной к плате с радиопередатчиком, встроенный светодиод (pin 13) загорается на непродолжительное время (менее одной секунды), после чего гаснет. Также все действия светодиода сопровождаются звуковым сигналом со звукового устройства (когда светодиод горит - слышен звуковой сигнал частоты 450 Гц). Во время зажатия кнопки светодиод не горит. При отжатии кнопки светодиод загорается и в течении некоторого времени (около 5 секунд) гаснет.

Данное поведение светодиода можно объяснить работой встроенного в радиоприемник балластного конденсатора для защиты платы от бросков тока. Для удобства сборки и избегания помех радиоприемник и радиопередатчик смонтированы на макетной плате на малом расстоянии друг от друга. Из-за этого на антенну радиоприемника подается слишком мощный сигнал, который может представлять угрозу для платы. Таким образом, логическая единица (высокий уровень сигнала) передается с приемника на плату только во время зарядки и разрядки конденсатора. При расположении радиоприемника и радиопередатчика на большее расстояние начинается принятие приемником помех и реакция на них (мерцание встроенного светодиода) и практически полностью прекращается прием сигналов от передатчика (что можно объяснить малой мощностью и ограниченными возможностями встроенной в радиопередатчик антенны). Это можно предотвратить путем использования дополнительных антенн, увеличения мощности радиопередатчика (допускается до 12V, в данной работе подавалось питание 5V) и изменением передаваемого сигнала (не просто логическая единица, а определенная последовательность бит с использованием помехоустойчивого кодирования).

Для питания плат применялись батарейки типа «Крона», подключаемые к платам через переходники с Jack 5.5*2.1mmна 9V. Так же допустимо питание плат через USB-кабель, но, как показала практика, это приводит к увеличению количества принимаемых радиоприемником помех.

Листинг 1 (передатчик)

Файл Peredacha.ino

int button = 12;

int led = 13;

int RF = 8;

void setup() {

pinMode(led, OUTPUT);

pinMode(button, INPUT);

pinMode(RF, OUTPUT);

}

void loop(){

if (digitalRead(button) == HIGH) {

digitalWrite(led, HIGH);

digitalWrite(RF, HIGH);

}

else {

digitalWrite(led, LOW);

digitalWrite(RF, LOW);

}

}

Листинг 2 (приемник)

Файл Priem.ino

int led = 13;

int RF = 12;

int buzzerPin = 8;

void setup() {

pinMode(led, OUTPUT);

pinMode(RF, INPUT);

}

void loop(){

if (digitalRead(RF) == HIGH) {

digitalWrite(led, HIGH);

tone(buzzerPin, 450, 500);

}

else {

digitalWrite(led, LOW);

}

}

Выводы

В результате выполнения данной работы было реализовано сопряжение двух плат по радиоканалу с амплитудной модуляцией на частоте 433 МГц. Это наиболее простой и дешевый способ организации беспроводной связи для плат семейства Arduino. Недостатки данного метода заключаются в том, что присутствует в передающей среде большое количество помех, что требует применения помехоустойчивого кодирования при передачи данных и усиления мощности антенн у приемника и передатчика. В перспективе данный аппаратно-программный комплекс можно реализовать с применением радиомодулей, работающих по протоколам Bluetooth, Wi-Fi и по другим радио частотам.

Список литературы

1. http://www.arduino.cc.

2. http://arduino.ru.

3. https://ru.wikipedia.org.

4. http://robocraft.ru.

5. XD-FR-5V Datasheet.

6. FS1000A Datasheet.

Размещено на Allbest.ru