. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Bezdrátová Bluetooth korouhvička
24. ledna 2009 | Pandatron | Bezdrátová Bluetooth korouhvička | Komentářů: 11  

Bezdrátová Bluetooth korouhvička

Konstrukce bezdrátové větrné korouhvičky s využitím Bluetooth modulů a integrovaného bezkontaktního magnetického snímače.

Jedním z méně obvyklých míst použití Bluetooth modulů, zato však velice dobře demonstrujících možnosti jejich použití je konstrukce bezdrátové větrné korouhvičky. Donedávna byla konstrukce takového zařízení ztížena nejen vysokou cenou a nízkým dosahem bezdrátových modulů, ale především i náročností snímacího ústrojí samotného (nejčastěji) plechového kohouta.

Dnes je však situace o poznání jiná. Obyčejné bezdrátové moduly s řadou nectností nahradily Bluetooth moduly od firmy connectBlue a drahé a velké snímače natočení s přehledem nahradil jediný integrovaný obvod AS5043 v ceně přibližně 200 Kč, dostupný samozřejmě i v ČR.
Následující konstrukce tak představuje nejen možnosti dnešních součástek, ale předkládá i kompletní a plně funkční konstrukci bezdrátové větrné korouhvičky.


Obr. 1: Klasická větrná korouhev

Základní popis zařízení:
Zapojení je rozděleno na dvě samostatné části. První z nich – vysílač je tvořená integrovaným magnetickým snímačem natočení větrné korouhve a Bluetooth modulem odesílajícím informaci o aktuálním úhlu natočení. Bluetooth modul je typu OEMSPA-311i od firmy connectBlue a snímač natočení je tvořen integrovaným obvodem AS5043 (AS5043 - bezkontaktní 10 bitový magnetický senzor). Oba tyto prvky je možné získat u jejich distributora, firmy Spezial Electronic
.
Tato část je tedy umístěna na střeše domu, či jiné vyvýšeném a větru dobře dostupném místě. Jedinou nutností je zajistit zařízení potřebné napájecí napětí a to buď přívodem například od síťového adaptéru, nebo jednoduše použitím solárních článků.

Druhou část zařízení tvoří přijímač. Ten taktéž obsahuje Bluetooth modul firmy connectBlue a jako výstup má celkem osm LED rozmístěných v kruhu, indikujících svým svitem aktuální směr větru.
V případě potřeby může být přijímač nahrazen například i počítačem, ve kterém je možné pomocí speciálního software zobrazovat aktuální směr větru v absolutním rozlišení (tedy 1024 kroků). Podobně jako tomu je například u profesionálních anemometrů.


Obr. 2: Možné zobrazení směru větru na PC

Vysílač:
Jedná se tedy o část umístěnou na střeše domu či jiném vyvýšeném a větru dobře dostupném místě. Složena je ze snímače natočení větrné korouhve, řídícího mikroprocesoru a Bluetooth modulu.
Schéma zapojení je nenásledujícím obrázku:


Obr.3: Schéma zapojení vysílače

Základem zapojení je procesor ATmega48 (či podobný) – IO3. Ten je taktován krystalem s frekvencí rovnou násobku baudové rychlosti, v našem případě 7,3728MHz (X1). Mikroprocesor pomocí synchronní sériové linky SSI vyčítá data z magnetického snímače natočení tvořeného obvodem AS5043 (IO2). Popis jeho komunikace i samotné knihovny pro procesory AVR budou podrobně popsány v následujícím článku. Zde tedy jen zmíním že se jedná o šestnáctibitové slovo složené z desetibitové hodnoty aktuálního úhlu natočení magnetu s rozsahem 0 až 1024 a několika pomocných informací. Data je z obvodu možné číst rychlostí až 1MHz.

Po vyčtení dat zkontroluje mikroprocesor stavové bity. Podle nich obvod AS5043 sděluje, zda je magnet ve správném dosahu a zda jsou vyčtená data platná.
Pokud je vše v pořádku, odešle mikroprocesor aktuální hodnotu natočení magnetu pomocí klasické sériové linky o rychlosti 57600 baudů do Bluetooth modulu. Bluetooth modul typu OEMSPA-311i (IO4) poté automatické zajistí její bezdrátové odeslání do modulu přijímače či počítače PC.

Data odesílaná sériovou linkou mají formát „0xAA 0xhh 0xll“. Přičemž první byte (0xAA) je synchronizační. Následující dva byty (0xhh a 0xll) již obsahují samotnou desetibitovou hodnotu natočení magnetu zarovnanou doleva.

Napájecí napětí pro vysílač stabilizuje na hodnotu 3,3V integrovaný obvod IO1 typu LF33. V případě potřeby (například při napájení pomocí solárních článků) je však možné místo něho použít spínaný step-down měnič a dosáhnout tak mnohem vyšší účinnosti.

Konstrukce:
Na následujících obrázcích je možný motiv desky s plošnými spoji a její osazení.


Obr. 4: Rozmístění součástek - TOP

Obr. 5: Rozmístění součástek - BOTTOM

Obr. 6: Plošný spoj (pro originál 600dpi klikněte)

Většina součástek je v provedení SMD osazených se strany spojů. Z opačné strany je pouze krystal, napájecí konektor typu DJK02, programovací konektor pro mikroprocesor a jedna drátová propojka vedoucí k programovacímu konektoru. Druhou propojku tvoří rezistor R2, který je uveden v seznamu součástek, není však zakreslen ve schématu.

Pod integrovaným obvodem IO2 je vyvrtán otvor o průměru cca. 6mm, kterým projde malý Neodymový magnet. Magnet musí být samozřejmě mechanicky spojen se samotnou korouhvičkou.

Seznam součástek
R1             1k 0805
R2             0R 1206
C1,C2,C4,C5
C6,C7,C8       100n 0805
C3             47u/6 B
IO1            LF33ABDT
IO2            AS5043
IO3            ATmega48-20AU
IO4            OEMSPA-311i
X1             7,3728MHz
J1             S1G8
J2             DJK02

Přijímač:
Druhou částí konstrukce je přijímač a „zobrazovač“. Ten je tvořen opět Bluetooth modulem, malým mikroprocesorem a osmi LED uspořádanými do kruhu.
Schéma zapojení přijímače je na následujícím obrázku.


Obr. 7: Schéma zapojení

Základem zapojení je opět mikroprocesor ATmega48 (či podobný) taktovaný krystalem s frekvencí 7,3728MHz. Mikroprocesor prostřednictvím Bluetooth modulu OEMSPA-311i přijímá data od vysílače a to opět v podobě sériové linky s rychlostí 57600 baudů.

Přijatou desetibitovou hodnotu natočení magnetu mikroprocesor následně porovná s hodnotami pro jednotlivé LED a podle její velikosti rozsvítí příslušnou diodu. Jednotlivé LED jsou na desce uspořádány do kruhu, který rozdělují celkem na osm dílů po 45 stupních. Pokud by bylo potřeba ještě jemnější zobrazení, jsou na konci článku volně ke stažení veškeré okomentované zdrojové kódy a tak není problém připojit k mikroprocesoru například několik dekodérů s až 1024 LED či přímo grafický displej.

Napájení veškeré elektroniky opět zajišťuje stabilizátor typu LF33 (IO1).

Konstrukce:
Na následujících obrázcích je možný motiv desky s plošnými spoji přijímače včetně zobrazovacích LED.

 


Obr. 8: Rozmístění součástek - TOP


Obr. 9: Rozmístění součástek - BOTTOM


Obr. 10: Plošný spoj (pro originál 600dpi klikněte)

Většina součástek je opět v provedení SMD osazených se strany spojů. Z opačné strany je pouze krystal, napájecí konektor typu DJK02, programovací konektor pro mikroprocesor a jedna drátová propojka vedoucí k programovacímu konektoru. Druhou propojku tvoří rezistor R10, který je uveden v seznamu součástek, není však zakreslen ve schématu.

Seznam součástek
R1             1k 0805
R2,R3,R3,R4,R5
R6,R7,R8,R9    220R 0805
R10            0R 1206
C1,C2,C4,C5
C6,C7,C8       100n 0805
C3             47u/6 B
D1,D2,D3,D4
D5,D6,D7,D8    LED 1206
IO1            LF33ABDT
IO3            ATmega48-20AU
IO4            OEMSPA-311i
X1             7,3728MHz
J1             S1G8
J2             DJK02

Ovládací firmware:
Programy pro oba použité mikroprocesory je možné stáhnout na konci článku. Programovací pojistky je potřeba nastavit pro oba procesory shodně a to takto:


Obr. 11: Pojistky procesoru ATmega48

Oba ovládací programy jsou napsány v jazyku C a kompilovány pomocí GCC překladače WinAVR. Jednotlivé základní funkce jsou okomentovány a přehledně rozděleny do samostatných souborů, takže jejich případné modifikaci nestojí nic v cestě.

Navíc díky velké kompatibilitě mikroprocesorů Atmel je možné programy beze změny použít i na jiné typy. Funkce byla ověřena na obvodu ATmega8 i ATmega32.

Konfigurace Bluetooth modulů:
V zapojení jsou použity moduly OEMSPA-311i, avšak nic nebrání jejich nahrazení podobnými moduly z řady OEMSPA, lišících se především svým dosahem a dalšími funkcemi.
Bluetooth moduly jsou již z výroby nastaveny na přenos sériového portu rychlostí 57600. Pro jejich použití tak stačí v dodávaném software nastavit jejich datové spojení a případně vypnout hardwarové řízení toku dat. To je možné provést buď bezdrátově, například pomocí libovolné Bluetooth klíčenky, nebo pomocí sériové linky připojené k modulu.
Pro bezdrátovou konfiguraci je potřeba v modulech nejprve aktivovat funkci „Configuration Over Air“. To Vám na požádání provede jejich distributor, firma Spezial Electronic, nebo je to potřeba provést při první konfiguraci pomocí sériové linky.
Pro konfiguraci přes sériovou linku je potřeba pomocí převodníku RS232/TTL (3V3) (či USB) propojit piny RxD, TxD a samozřejmě zem s počítačem. Takové převodníky je možné nalézt i na tomto webu v sekci Mikroprocesory. Pro správnou funkci je ještě potřeba uzemnit vývod CTS, neboť z výroby je nastaveno hardwarové řízení toku dat.
Moduly jsou z výroby nastaveny na rychlost 57,6 kbps, 8 data bits, no parity, 1 stop bit a Hardware flow control (57600 8-N-1, HW Flow Ctrl.), shodně s tímto je potřeba mít nastavený sériový port v PC - kromě Flow Ctrl., tuto volbu necháme jako "žádnou" (None), právě z tohoto důvodu jsme dočasně (pro první připojení) uzemnili pin CTS na modulu.
Nyní spustíme Serial Port Adapter Toolbox. Program nám nejdříve nabídne výběr produktu - zvolíme Bluetooth SPA. Dále stiskneme tlačítko Connect a následně nastavíme parametry sériové linky, tj. správné číslo COM portu a 57 600 8-N-1. Po stisku tlačítka OK je navázána komunikace.


Obr. 12: Výběr portu

Při konfiguraci pomocí Bluetooth zařízení, např. běžné Bluetooth klíčenky, si nejprve zjistíme, na jaký virtuální COM port se musíme připojit. Tato procedura se u různých ovladačů mírně liší. Poté shodně jako v předchozím případě spustíme program Serial Port Adapter Toolbox a v něm nastavíme číslo tohoto portu.
Nyní jsme již úspěšně spojení s modulem. Pro konfiguraci je však potřeba ještě přepnout modul do AT módu. To se v programu Serial Port Adapter Toolbox provede jednoduše stiskem tlačítka „AT Mode“. V dolním okně SPA Toolboxu, Console, pak vidíme výpis odpovědi modulu, včetně aktuálního firmware, viz obr.10. Stisknutím tlačítka Read All pak zobrazíme aktuální nastavení modulu uvedené v jednotlivých záložkách.


Obr. 13: Navázání komunikace a přepnutí do AT módu

Nastavení:
Pro nastavení modulů je potřeba nejprve se rozhodnout, který z modulů bude nakonfigurován jako Client (tj. tento modulu aktivně naváže spojení s druhým modulem - Serverem) a druhý jako Server. Z hlediska následného používání je lhostejné, který modul bude Client a který Server.
U prvního modulu se tedy přepneme na záložku Client a nastavíme:
- client Profile=SPP a No Remote Peers=1. Stiskneme tlačítko Write.
- nyní připojíme napájení ke druhému modulu (k Serveru) a v programu stiskneme tlačítko Device Discovery.
- nakonec nastavíme Peer Id=0, stiskneme šipku v roletkovém menu "Search For and Select..." a kliknutím označíme modul Serveru, který byl nalezen v předchozím kroku. Tímto se přenese adresa modulu Server do kolonky Address. Zatrhneme "Always Connected" a opět stiskneme tlačítko Write.
Poté se přepneme na záložku Serial a zde pouze přepneme Flow Ctrl. na hodnotu None.
Opět stiskneme tlačítko Write a tím je celé nastavení ukončeno.


Obr. 14: Nastavení sériového portu

Nyní připojíme druhý modul, opět s ním navážeme komunikaci a přepneme se na AT mód. Zde je již potřeba nastavit pouze řízení toku sériové linky.
Klikneme tedy na záložku Serial a volbu Flow Ctrl. přepneme na hodnotu None, jako u prvního modulu a klikneme na tlačítko Write.
Tím je celé nastavení dokončeno a moduly je možné použít.

Mechanické provedení:
Bez samotné větrné korouhve by zařízení samozřejmě nefungovalo. Její zhotovení je však díky použití bezkontaktního magnetického snímače poměrně snadné. Stačí zde pomocí jednoduché hřídele upevnit například již zmíněného klasického kovového kohouta. To se provede například pomocí nejlépe alespoň dvou ložisek pevně nasunutých na hřídel. Poté již stačí na její spodní konec připevnit malý Neodymový magnet a úplně dospod umístit desku s elektronikou. Magnet musí být polarizován horizontálně! Nelze tedy použít magnety používané třeba na magnetických tabulích nebo nástěnkách.


Obr. 15: Nákres uspořádání větrné korouhvičky

Závěr:
Popsané zařízení tak ukazuje, jak snadné je použití jak Bluetooth modulů firmy connectBlue, tak i magnetických snímačů firmy austriamicrosystems. Podobně je možné sestavit zapojení snímající natočení v podstatě libovolné hřídele či jiného prvku. Navíc firma austriamicrosystems nabízí i celou řadu lineárních magnetických snímačů a dalších speciálních obvodů.

Použitá literatura:
Kohout - http://www.bobrik.cz

Odkazy & Download:
Výrobce Bluetooth modulů, společnost connectBlue - http://www.connectblue.com

Výrobce bezkontaktního magnetického snímače - http://www.austriamicrosystems.com

Český distributor Spezial Electronic - http://www.spezial.cz 
Další praktické rady a příklady na Spezial Electronic - http://www.spezial.cz/apps/index.html
Bluetooth, Wireless LAN (WiFi) a 802.15.4 (ZigBee) produkty - http://www.spezial.cz/connectblue/index.html

Firmware pro procesory - DOWNLOAD







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (11):

Zobrazit starší 30 dnů (11)...



Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
PBTM s externí anténou
Modul s BTM-112 od firmy Rayson usnadňuje jeho použití a doplňuje modul o konektor pro připojení externí ziskové antény.
Skladem od 389 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007