Brînzei Georgian Ionuț Ea Ro 2018 [616427]
1
Cuprins
Rezumatul lucrării ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 3
Planificarea activității ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 9
1. Stadiul actual ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 10
1.1 Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 10
1.2 Generalități ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 10
1.3 Senzor de ploaie optic ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 10
1.4 Senzor de ploaie capaciti v ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 11
1.5 Controler multi -canal ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 12
2. Fundamentare teoretică ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 13
2.1 Bazele și arhitectura mic rocontrolerelor ARM ………………………….. ………………………….. ……………… 13
2.1.1 Arhitectura microcontrolerelor ARM Cortex -M4 ………………………….. ………………………….. …… 14
2.2 STM32 NUCLEO -F303RE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 15
2.3 Motorul pas cu pas ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 17
2.3.1 Descrierea și modul de funcționare al unui motor pas cu pas ………………………….. ……………… 17
2.3.2 Categorii de motoare pas cu pas ………………………….. ………………………….. …………………………. 17
2.3.3 Comparație între motoar ele pas cu pas unipolare și bipolare ………………………….. ……………… 18
2.3.4 Comanda motoarelor pas cu pas ………………………….. ………………………….. …………………………. 19
2.3.5 Tranzistorul Darlington ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 20
2.4 Senzorul de ploaie MH -RD ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 20
2.5 Keil μVision ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 21
2.6 Android Studio ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 21
2.7 STM32CubeMX ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 22
2.8 Modulul Wi -Fi ESP8266 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 23
2.8.1 Protocolul de comunicar e Telnet ………………………….. ………………………….. ………………………… 23
3. Implementarea soluției adoptate ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 24
3.1 Descrierea funcțională după schema bloc ………………………….. ………………………….. …………………… 24
3.2 Aplicația Window Controller ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 25
3.2.1 Descrierea funcțională ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 25
3.1 Organigrama programului ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 27
3.2 Modulul Wi -Fi ESP8266 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 28
3.2.1 Firmware pentru ESP8266 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 28
2
3.2.2 Conexiunea dintre ESP8266 și microcontroler ………………………….. ………………………….. ………. 29
3.2.3 Preluarea datelor de la ESP8266 ………………………….. ………………………….. …………………………. 30
3.3 Senzorul de ploaie MH -RD ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 30
3.4 Motor ul pas cu pas 28BYJ -48 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 31
3.4.1 Configurația motorului 28BYJ -48………………………….. ………………………….. …………………………. 31
3.4.2 Specificațiile tehnice ale motorului ………………………….. ………………………….. ……………………… 32
3.5 Driverul ULN2003 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 33
3.5.1 Conexiunea dintre ULN2003 și microcontroler ………………………….. ………………………….. ……… 34
3.5.2 Implementarea software ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 34
3.1 Inițializarea ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 35
3.2 Configurarea pinilor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 36
4. Rezultate experimentale ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 37
4.1 Transmisia datelor prin UART ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 37
4.2 Comanda driverului ULN2003 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 37
Frecvența semnalelor de intrare și ieșire ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 40
4.3 Consumul de curent ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 42
Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 45
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 46
Anexe ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 47
Codul sursă al microcontrolerului ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 47
Codul sursă al aplicație i Window Controller ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 57
3
Rezumatul lucrării
In the following project it is proposed to make a control circuit of an electric system for the
control of the roof windows. This project aims to use basic electroni c elements and assemblies to prove
the possibility of implementing a current control system for the roof windows. Specifically, this project
aims to build a smartphone application that transmits wireless commands through a WiFi module to
the microcontrolle r that processes the information and then digitally controls a stepper motor.
The roof windows have been designed to
reduce the consumption of energy resources in
houses and other buildings. The role of these
windows is to light and ventilate rooms that do not
have other windows. The roof windows have been
designed to reduce the consumption of energy
resources in h ouses and other buildings. The role of
these windows is to light and ventilate rooms that do
not have other windows.
For the comfort of users, the developers have
designed systems to drive these windows by an
electric motor. Initially these were controlled by two
buttons ( open/close ), and the communication was
done by cable. Currently, the most common way of
controlling these windows is by remote control by
UV pulses or radio waves. Because in the last
decade the domain of home automation has evolved significantly, and smartphones are among the
most used devices, the most appropriate method to control would be through wireless communication
modules such as Wi -Fi or Bluetooth with a dedicated application.
A very important function to optimize this command line would be adding it a sensor that
detects water droplets to automatically close the window at the time in which they were detected. There
are several types of sensors that can be assigned this function, such as sensors
optical, capacitive sensors or resistive sensors.
A highly used system for electronically co ntrolling the attic windows is this multi -channel
controller which is commanded by a radio wake -up remote. It provides control of any function in
multiple receivers at the same time or only one selected receiver. The system allows control of several
receiv ers (eg roof windows, indoor and outdoor blinds) via a multi -channel controller (remote control
or wall switch). By applying such a solution it is possible to perform simultaneous control of several
receivers, e.g. opening 3 windows or lowering blinds in 3 windows) or only one receiver (for example,
opening a selected window). This system can integrate several functions, such as rain sensor, smoke
detector or wind sensor.
As presented at the beginning, this project aims at realizing the control circuit for the electronic
control of an attic window by using a wireless communication protocol.
Figura 1. Roof window
4
The block diagram of the circuit is made up of two parts, namely, the first part has the role of
taking over the commands from the user, and the second part is aimed at controlling the actuator.
Figura 2. The block diagram
Window Controller is a smartphone application created in
Android Studio and aims to transmit appropriate commands to position
the window according to user preference. Thi s app can be installed on
any device that has the Android operating system.
The window status indicator is a Label that is used to indicate
the current position of the SeekBar cursor. To select the desired window
position, we added a SeekBar that can be s et in 11 states, namely the
Close state commanding window closure and states from 10% to 100%
with a step of 10% corresponding to the opening angle of the window.
The Connect button is designed to make the connection between
the application and Wi -Fi. When pressed it will become invisible. If the
connection can not be made, after 5 seconds it will be visible again to
retry the connection, and if the connection is successful, the button
remains invisible .
The Set Window Status button is intended to transmit to the
microcontroller the value indicated by the SeekBar cursor. If the
Figura 3. Window Controller
5
Label indicates the status "Close", then the value 0 followed by the "/" character (47 ASCII) will be
sent, and if the Label h as another value, the value will be sent to the microcontroller followed by the
"/" character (47 ASCII), which activates the interrupt by which the microcontroller receives the data
sent by the application.
The microcontroller software operating mode is described in the chart below :
Figura 4. The microcontroller’s chart
On this project, the STM32 N ucleo -F303 RE development board was used to process the
information , it provides an affordable and flexible way for users to try new co ncepts and build
prototypes, choosing from the various combinations of performance and power consumption features
provided by the STM32 microcontroller.
6
STM32 The NUCLEO -F303RE is a development
board based on the ARM Cortex -M4 32 bit RISC high
performance microcontroller with FPU operating at 72 MHz
and incorporating a floating -point unit (FPU), a unit of
Memory Protection (MPU) and an Embedded Trace
Macrocell (ETM). They have built -in high -speed memories
(512Kbyte flash memory, SRAM 80Kbyte), a static memory
(FSAMC) memory controller (SRAM, PSRAM, NOR and
NAND) and a wide range of improved and peripheral AHB
(Advanced High -performance Bus) and two Advanced
Peripheal Bus APBs.
To ma de the wireless connection between smartph one and microcontroller I used the wi-fi
module ESP8266, this is a SOC with integrated TCP / IP protocol that can give it access to the WiFi
network of any microcontroller. ESP8266 is capable of hosting an application or take over all Wi -Fi
network features from another application processor. This module has
a powerful enough processing and storage capability that allows it to
be integrated with specific sensors and devices through GPIO pins.
ESP8266 supports APSD for VoIP applications and Bluetooth
interfaces and contains a self -calibrated RF that allows it to work in
all operating conditions and does not require external RF tracks.
The ESP8266 Wi -Fi module is powered from the STM32
Nucleo F303RE development board from the 3.3V power supply.
They communicate via the UART communication protocol. The RX
pin on the development board was connected to the TX pin from
ESP8266, and the TX pin on the debug board was connected to the
RX pin from ESP8266 .
To retrieve data from the ESP8266 Wi -Fi module, we used an interruption to ensure secure and
error -free data transmission. An interrupt handling routine is a function that when the Wi -Fi module
transmits information and the character is d ifferent from 47 (ASCII) representing the character "/", it
is stored in a buffer until the "/" character is transmitted which is the end of the message. After this
operation, the variable "set_window" is assigned a value that indicates the position at whi ch the
window is intended to be. Finally, after changing the value of the variable, the buffer will be emptied
and prepared to record new information.
The Rain Sensor MH -RD is actually a plate that will be exposed to rain. This plate has two
strips of con ductive material, very close to each other, but without touching. At the moment the water
droplets reach the surface, the sensor behaves like a variable resistor, that is, it changes its resistance
inversely proportional to the number of rain drops on the plate.
So, if we apply a voltage between the two bands, there will be an open circuit. However, when
we expose this surface to rain, falling water closes the circuit between the strips and a different voltage
can be measured. When the rain drops fall on th e plate, the two bands will not be short -circuited
because water is not a perfect conductor. If this sensor acts as a variable resistor, then the resistance
will be less when more water falls on the surface, linking the stripes to several points. Sensor re sistance
varies between 150kΩ and 1MΩ depending on the amount of water deposited on the sensor surface.
Figura 5. STM32 development board
Figura 6. ESP8266
7
This sensor has the advantage of a relatively low production cost, is not subject to abrasion,
and is not sensitive to nearby conductive or dielectric o bjects.
To avoid material damage if the rain starts when the
window is open, I have integrated the resistive rain sensor I have
described earlier. The operating principle of this sensor in the
present paper is as follows: I configured the PA 10 pin as an
input pin and I connected a 3.3V pull -up resistor to it and the
3.3V power supply pin. Also, between the pin 10 and GND I
connected the rain sensor.
When there are no water droplets on the sensor, the
sensor represents an interruption between the input pin and the
GND, and at the input the pin will have a logic value of 1. If it
does, the signal will be pulled to GND, and the input pin will
become 0 logical.
To implement this sensor software, we used a function
that is called once at 2ms. If the logic level at input pin PA10 is
0, a second is expected after which the value of the signal is
again verified, and if it is 0, then the "raining" variable is
assigned the value "1", a value indicating the drop s of water on
the sensor surface. Otherwise, the variable is given the value
"0" representing the absence of water droplets.
A stepper motor is actually an electromechanical device that transforms digital pulses into
discrete mechanical motion. Each revolution of the stepper motor is divided into a number of steps,
usually 200, and the motor must receive a separate pulse for each step. The stepper motor can take just
one step at a time and each step has the same size.
The stepper 28BYJ -48 is one of the most widely used step –
by-step motors in prototype applications. This engine is a four –
spool unipolar stepper and has 64: 1 speed gearing gears built -in,
resulting in an angle of 5.625 ° / step for a complete 360 ° rotation
in half -step mode. This means that the engine will have to make
64 steps to complete a rotation and for each step will cover an
angle of 5,625 °. However, these motors only work at 5V and
therefore can not pro vide a high torque. In this paper, this engine
is used for demonstration purposes only.
The best way to connect a single -pole stepper motor to the
microcontroller is by using transistors. ULN2003 contains seven
pairs of Darlington TIP120 transistors. The d river can supply up
to 500mA on each output and has an internal voltage drop of about
1V when turned on. It also contains internal fly -back diodes to
limit peak voltages when inductive loads are ordered. To control
the motor, a voltage is applied to each o f the coils by following the corresponding sequence.
For these seven pairs of Darlington transistors, the circuit has seven inputs and seven outputs,
plus a table pane and a common one. The use of the common pin is optional. It is to be noticed that
Figura 7. MH -RD rain sensor
Figura 8. Stepper motor internal
structure
8
this c ircuit has no supply pin (VCC); this is because the voltage required for the operation of the
transistors will be provided by the microcontroller.
To control the stepper motor, a function that is called at 100ms is used. If the "raining" variable
has a val ue of 1, it means the rain sensor detected the presence of water splashes, and the variable
"set_window" (this value stores the value received from the Window Controller), regardless of the
previous value, will get 0 The "window_status" variable indicates the actual window position. If the
"set_window" variable is different from the "window_status" variable, then the difference between the
two is the number of complete rotations that the engine will perform. Each complete rotation represents
10 percent of t he two window limit positions.
At each startup or reset of the microcontroller, an initialization will be performed. Initialization
is a function that starts the engine in the sense of closing the window until the switch for detecting the
Close state of t he window is pressed.
In this project , the STM32 CubeMX program was used to configure the pins and generate the
base code. The PC4 and PC5 pins have been configured as UART communication pins and have been
connected to the Wi -Fi module. Pins PB1, PB13, PB 14, PB15 have been configured as output pin and
are used for engine control. Pin PA10 and PC13 were configured as input pin. The PA10 pin is for rain
sensor monitoring, and the PC13 pin monitors the state of the switch that causes the window to close.
Figura 9. Pins configuration
9
Planificarea activității
Activitatea Perioada
1. Alegerea temei 01.10.2018 – 16.10.2018
2. Documentarea pentru posibilitatea implementării temei 17.10.2018 – 27.10.2018
3. Definitivarea temei 28.10.2018 – 05.11.2018
4. Cercetarea soluțiilor pentru cerințele temei 06.11.2018 – 20.12.2018
5. Alegerea și achiziționarea componentelor 20.12.2018 – 10.01.2019
6. Pregătirea mediilor de programare software 11.01.2019 – 13.01.2019
7. Realizarea schemei bloc 14.01.2019 – 17.01.2019
8. Fundamentarea teoretică 18.01.2019 – 15.02.2019
9. Implementarea comunicației Wi -Fi 16.02.2019 – 26.02.2019
10. Crearea aplicației Window Controller 27.02.2019 – 20.03.2019
11. Reglajul motorului 21.03.2019 – 11.04.2019
12. Implementarea senzorului de ploaie 12.04.2019 – 20.04.2019
13. Adăugarea switch -ului pentru inițializare 20.04.2019 – 29.04.2019
14. Testarea întregului sistem 30.04.2019 – 10.05.2019
15. Remedierea erorilor de func ționare 11.05.2019 – 02.06.2019
16. Realizarea rezultatelor experimentale 03.06.2019 – 15.06.2019
17. Definitivarea documentației 16.06.2019 – 10.07.2019
10
1. Stadiul actual
1.1 Introducere
În următoarea lucrare se propune realizarea unui circuit de comandă al unui sistem electr onic
pentru controlul ferestrelor de mansardă. Această lucrare are scopul de a utiliza elemente și ansambluri
electronice de bază pentru a demonstra posibilitatea de a implementa un sistem actual de control al
ferestrelor de mansardă. Mai exact, aceast ă lucr are urm ărește realizarea unei aplicații pentru
smartphone care transmite comenzi wireless prin intermediul un ui modul WiFi cărte microcontro ler,
care prelucrează informația și pe urmă controlează digital un motor pas cu pas .
1.2 Generalități
Ferestrele d e mansardă au fost proiectate cu scopul de a reduce consumul de resurse energetice
din locuințe și alte clădiri . Rolul acestor ferestre este de a lumina si aerisi încăperi care nu dispun de
alt tip de ferestre.
Pentru confortul utilizatorilor, dezvoltatorii
au proiectat sisteme prin care aceste ferestre să fie
acționate de un motor electric. Inițial aces tea erau
controlate prin intermediul a două butoane
(închidere/deschidere), iar co municarea s e efectua
prin cablu. În prezent cel mai des întâlnit mod de
control al acestor ferestre este prin telecomandă pri n
impulsuri UV sau unde radio. Pentru că în ultimul
deceniu domeniul domoticii a evoluat semnificativ,
iar smartphone -urile sunt printre cele mai utilizate
dispozitive , cea mai potrivit ă metod ă de control ar fi
prin intermediul modulelor de comunicare wireless
cum ar fi Wi -Fi sau Bluetooth cu ajutorul unei
aplicații dedicate.
O funcție foarte important ă pentru a
optimiza acest circuit de comand ă ar fi ad ăugarea
unui senzor care detecteaz ă picăturile de ap ă pentru a închide automat fereastra în momentul
în care acestea au fost detectate.
Exist ă mai multe tipuri de senzori c ărora li se pot atribui această funcție, cum ar fi: senzori optici,
senzori capacitivi sau senzori rezistivi.
1.3 Senzor de ploaie optic
Principiul de funcționare al senzorilor de ploaie optici se poate descrie prin emiterea unui fascicul
IR prin sticla de protecție care se va reflecta parțial doar într -un singur punct. Atunci când picăturile
Figura 10. Fereastra de mansard ă
11
de apă apar pe sticlă, unghiul de reflexie se va schimba,
iar senzorul va detecta această modificare. Aceasta este o
sarcin ă relativ dificilă , necesit ând circuite complexe și
fabrica te cu mare precizie. Senzo rii optici au un cost
ridicat de producție ș i pot produce citiri eronate atunci
când murd ăria sau alte particule depuse pe sticl ă provoac ă
o reflexie care să imite reflexiile provocate de ploaie.
Deoare ce se bazeaz ă pe un fascicul IR pentru detectare,
senzorul optic are, de asemenea, o zo na de de tectare
foarte mic ă, limit ândusi eficacitatea reac ției rapide la
ploaie. [1]
1.4 Senzor de ploaie capacitiv
Senzorul de ploaie capacit iv detectează cu o precizie destul de ridicată densitatea precipita țiilor,
intensitatea și sfârșitul acest ora cu precizie și eficacitate, evitând semnalele false care pot provoca
operații inadecvate (obiecte cum ar fi murdăria sau alte particule care în senzorii optici preexistenți
provoacă o refle xie care să imite pe cea a ploii și limitează eficacitatea sa de a răspunde rapid la ploaie
ușoară).
Sensibilitatea capacitivă este
o tehnologie bazată pe modificarea
capacității determi nată de
modificarea constantei dielectrice a
materialului care separă conductorii
electrici (plăcile) condensatorului
după acțiunea agenților externi.
Sensibilitatea capacitivă
devine o tehnologie populară care înlocuiește metodele de detecție optică și modelele mecanice pentru
aplicații cu m ar fi detectarea proximității/ gesturilor, analiza m aterialelor și detectarea ploii/ umidității,
deoarece oferă măsurători mai fiabile și mai exacte decât cele optice.
Senzorul are electrozi IDT pe o parte a substratulu i de aluminiu , în timp ce pe partea opusă se
află un încălzitor rezistiv și un senzor de temperatură. Suprafața sensibilă la ploaie, care, în condiții
uscate, preia valoarea nominală de 100pF. Mai mult decât atât, în prezența ploii, capacitatea ajunge la
valori ridicate în comparație cu condițiile uscate, iar raportul de schimbare este peste 300%.
Încălzitorul integrat și configurabil este prevăzut pentru a se asigura că suprafața de detectare
se usucă rapid, protejând suprafața de ceață,
umiditatea condensată și îngheț. De asemenea, poate
fi dezactivat atunci când consumul de energie este
critic.
Substratul de aluminiu și stratul sensibil la
sticlă fac senzorul să fie imun la apă și absorbția de
umiditate, asigurând rezistență ridicată și durată
lungă.
Figura 11. Senzor de ploaie optic [1]
Figura 12. Structura senzorului capacitiv [2]
Figura 13. Layout -ul senzorului capacitiv [2]
12
Mai mult, datorită conductivității termice a ceramicii, căldura emisă de încălzitorul din spatele
senzorului este imediat transferată pe suprafața superioară, făcând senzorul mai sensib il decât alte
tehnologii. [2]
1.5 Controler multi -canal
Un sistem foarte utilizat pentru a controla electronic ferestrele de mansard ă este acest controler
multi -canal care este comandat cu ajutorul unei telecomenzi cu unde radio.
Acesta a sigură controlul orică rei funcții pe mai multe receptoare în același timp sau nu mai un
singur receptor selectat . Sistemul
permite controlarea mai multor
receptoare (de exemplu, ferest re de
acoperiș, jaluzele interioare și
exterioare) prin intermediul unui
controler multi -canal (comandă de la
distanță sau întrerupător de perete ). Prin
aplicarea unei astfel de soluții este
posibil să se realizeze controlul simultan
al mai multor receptoare, de ex.
deschiderea a 3 ferestre sau coborârea
jaluzelelor în 3 ferestre) sau doar un
singur receptor (de exemplu
deschiderea unei ferestre selectate).
Acest sistem poate integra mai
multe funcții, cum ar fi senzor de ploaie,
detector de fum sau senzor de vânt. [3]
Figura 14. Controler multi -canal [3]
13
2. Fundamentare teoretică
2.1 Bazele și arhitectura microcontrolerelor ARM
Arhitectura ARM (Advanced RISC Machine) inițial cunoscută sub numele de Acorn RISC
Machine , este o arhitectură de microprocesoare de tip RISC (Reduced Instruction Set Computer) 32-
bit și 64-bit introduse în 1983 de Acorn Computers și dezvoltate de ARM Holdings începând cu 1990.
Arhitectura ARM a devenit una dintre cele mai utilizate arhitecturi de calculatoare datorită consumului
redus de energie, performanței sale ridicate în rezolvarea sarcinilor mici și multiple simultan, a
costurilor și a dimensiunilor reduse.
Familia de procesoare Cortex -M este optimizată pentru microcontrolere cu cost redus și
eficiență energetică. Aceste procesoare se găsesc într -o varietate de aplicații, incluzând dispozitivele
IoT, industriale și dispozitivele de zi cu zi.
Aceste procesoare se bazează pe arhitectura M -Profile care oferă o operație cu o latență redusă
și o operație extrem d e determinat ă pentru sistemele embedded . Ultima generație a acestei arhitecturi
este Armv8.1 -M care include o extensie vectorială numită A RM Helium Technology . Helium aduce
îmbunătățiri pentru machine learning și performanță de procesare a semnalului în următorul val de
dispozitive embedded , incluzând dispozitive audio, portabile și hub -uri de senzori.
Această familie de procesoare ARM Cortex -M este formată din următoarele modele :
Cortex -M0 este cel mai mic p rocesor ARM disponibil.
Cortex -M0+ este procesorul ARM care ofer ă cea mai mare eficiență energetic ă
Cortex -M1 vizează dispozitivele FPGA. Acest model este conceput pentru a fi accesat instantaneu cu
DesignStart FPGA .
Cortex -M3 este cel mai performant proce sor pe 32 de biți pentru aplicații le cele mai determinate în
timp real.
Cortex -M4 implementează un amestec bun de control și performanță pentru dispozitivele cu semnal
mixt.
Cortex -M7 este cel mai performant membru al familiei de procesoare Cortex -M eficiente din punct
de vedere energetic.
Cortex -M23 este microcontrolerul ARM de cea mai mică putere și cel mai mic cu securitate
TrustZone.
Cortex -M33 are un amestec ideal de determin are în timp real, eficiență și securitate.
Cortex -M35P: Pentru dezvoltat orii embedded care încearcă să împiedice manipularea fizică și să
obțină un nivel mai ridicat de certificare a securității, A RM oferă Cortex -M35P: un procesor robust și
performant.
Toate detaliile despre familia de procesoare Cortex -M sunt prezentate in ta belul următor ( Figura
15):[4]
14
Figura 15. Compara ția între procesoarele Cortex -M[4]
2.1.1 Arhitectura microcontrolerelor ARM Cortex -M4
Procesorul Cortex -M4 este dezvoltat pentru a aborda piețele de control al semnalului digital
care necesită o combinație eficientă și ușor de utilizat a capabilităților de control și de procesare a
semnalului. Combinația dintre funcționalitatea de procesare a semnalului de înaltă eficiență și
avantajele scăzute, cu costuri reduse și ușurință în utilizare ale procesoarelor Cortex -M este concepută
pentru a satisface categoria emergentă de soluții flexibile care vizează în mod specific controlul
motorului, industria automotive , sistemele embedded audio și industria automatizării.
Procesorul încorporează trei interfețe de magistrale externe, o interfață ETM care permite
conectarea unui ETM( Embedded Trace Macrocell ), o interfață AHB Trace Macrocell care p ermite
conectarea simplă a unui ETM la procesor și o interfață Advanced High -performance Bus Access Port
(AHB -AP) pentru depanare. [5]
15
Figura 16. Arhitectura ARM Cortex -M4 – diagrama bloc [5]
2.2 STM32 NUCLEO -F303RE
Plăcile de dezvoltare STM32 Nucleo -64 oferă un mod accesibil și flexibil pentru utilizatori de
a încerca noi concepte și de a construi prototipuri, alegând din diferitele combinații de caracteristici de
performanță și consum de energie furnizate de microcontrolerul STM32.
STM32 NUCLEO -F303 RE este o placa de dezvoltare care are la bază microcontrolerul de înaltă
performanță ARM Cortex -M4 32 bit RISC , cu FPU care operează la o frecvență de 72 MHz și care
încorporează o unitate floating -point (FPU), o unitate de protecție a memo riei (MPU) și un
16
ETM(E mbedded Trace Macrocell ). Acestea
au încorporate memorii de mare viteză
(memorie flash 512Kbyte, SRAM 80Kbyte),
un controler de memorie flexibil (FSMC)
pentru memori i statice (SRAM, PSRAM,
NOR și NAND) și o gamă largă de
intrări /ieșiri îmbunătățite și periferice
conectate la un AHB (Advanced High –
performance Bus) și două magistrale
APB (Advanced Peripheal Bus) .
Această placă de dezvoltare dispune de
patru ADC -uri rapide pe 12 biți, șapte
comp aratoare, patru amplificatoare
operaționale, două canale DAC, un RTC cu
putere redusă, până la cinci timere de 16 biți
cu scop general, un ti mer de 32 de biți de uz general , și până la trei timere dedicate controlului
motorului. Ele oferă, de asemenea, interfețe de comunicare standard și avansate: până la trei I2C -uri,
până la patru SPI -uri (două SPI -uri sunt cu I2S -uri multiplexate), trei USART -uri, pân ă la două UART –
uri, CAN și USB. Pentru a atinge precizia clasei audio, perifericele I2S pot fi cronometra te cu ajutorul
unui PLL extern. STM32 F303 E funcționează la temperaturi cuprinse între -40 și + 85 ° C și -40 până
la + 105 ° C, de la o sursă de
alime ntare de la 2,0 la 3,6 V.
Un set cuprinzător de
moduri de economisire a
energiei permite proiectarea
aplicațiilor cu putere redusă.
Dispune de 115 intrări /
ieșiri rapide care pot fi redate pe
vectori de întrerupere externă .
Fiecare dintre pinii GPIO poate
fi configurat din software ca
ieșire (push -pull sau open –
drain), ca și intrare(cu sau fără
pull-up sau pull -down) sau ca
funcție alternativă periferică.
Toți pinii GPIO sunt capabili să
suporte un curent ridicat , cu
excepția intrărilor analogic e.
Configuraț ia pentru funcția
alternativă I/Os poate fi blocată
pentru a evita scrierea falsă a
regiștrilor I/ Os. [6]
Figura 17. Placa de dezvoltare STM32 [6]
Figura 18. Diagrama perifericelor[6]
17
2.3 Motorul pas cu pas
2.3.1 Descrierea și modul de funcționare al unui motor pas cu pas
Un motor pas cu pas este de fapt un dispozitiv electromecanic care transformă impulsurile
digitale în mișcare mecanică discretă. Fiecare rotație a motorului pas cu pas este împărțită într -un
număr de pași, de ob icei 200, iar motorul trebuie să primească câte
un impuls separat pentru fiecare pas. Motorul pas cu pas poate lua
doar un pas la un moment dat și fiecare pas are aceeași dimensiune.
Deoarece fiecare impuls determină rotirea motorului cu un unghi
precis, d e obicei de 1.8°, poziția motorului poate fi controlată fără
mecanism de reacție. Pe măsură ce impulsurile digitale cresc în
frecvență, mișcarea pașilor se transformă în rotație continuă,
viteza de rotație fiind direct proporțională cu frecvența
impulsuril or. Motoarele pas sunt utilizate atât în aplicații
industriale, cât și comerciale, datorită costului redus, fiabilității
ridicate, cuplului ridicat la viteze reduse, dar și datorită
construcției simple, robuste care funcționează în aproape orice
mediu. [7]
Comparativ cu alte tipuri de motoare electrice ( motoare servo,
motoare de curent continuu, motoare de curent alternativ , etc), motorul pas cu pas (stepper) prezintă
următoarele avantaje:
o Unghiul de rotație al motorului este proporțional cu pulsul electric aplicat;
o Precizie de poziționare și repetabilitat e a mișcării, cu eroare de 3 -5% (a ceastă eroare nu se
cumulează de la un pas la altul );
o Răspunsul motoarelor la impulsuri digitale oferă control în buclă deschisă, fapt pentru care
motoarele pas cu pas sunt mult mai u șor de controlat;
o Răspunsuri rapide la pornire ,oprire și schimbarea direcției de rotație;
o Posibilitatea de mișcare cu viteză foarte mică, cu sarcină direct pe axul motorului;
o Deoarece viteza este proporțională cu frecvența impulsurilor, se obține o gamă largă de viteze
de rotație.
o Fiabilitate ridicată deoarece nu există perii de contact la mo tor. Prin urmare, durata de viață a
motorului depinde de durata de viață a rulmentului;
o Cuplul maxim al motorului este în poziția oprit (în cazul în care înfășurările sunt alimentate);
2.3.2 Categorii de motoare pas cu pas
Motoarele pas cu pas se pot încadra î n trei categorii principale :
a) Motoare pas cu pas cu magnet permanent;
b) Motoare pas cu pas hibride.
c) Motoare pas cu pas cu reluctanță variabilă;
a) Motoare pas cu pas cu magnet permanent. La acest tip constructiv înfășurările sunt realizate pe
stator, iar rotorul este realizat din magneți permanenți fără dinți, magnetizați perpendicular pe axa care
Figura 19. Structura intern ă a
morotului pas cu pas [7]
18
separă polii. Daca bobinele sunt energizate secvențial rotorul se va roti prin atracție magne tică. Aceste
motoare realizează mișcari ale axului de 45° sau 90° cu un cuplu ridicat, dar la viteze de rotație mici.
b) Motoare pas cu pas hibride. Sunt o combinație a primelor două tipuri constructive. Funcționează la
viteze mari și cuplu dinamic mare. Beneficiază și de așa numitul „detent torque”, adică un cuplu care
asigură menținerea fixă a poziției axului și pe durata lipsei energizării bobinelor.
c) Motoare pas cu pas cu reluctanță variabilă. Rotorul este realizat din fier moale și cu înfășurările pe
stator. Realizează mișcări de rotație ale axului între 5° și 15° cu o viteză ridicată, dar nu își poate
meține poziția axului pe durata lipsei tensiunii de alimentare a bobinelor din care este real izata
înfășurarea satorică. [8]
2.3.3 Comparație între motoarele pas cu pas unipolare și bipolare
Driverele unipolare , energizează mereu fazele în același mod. O înfășurare, înfășurarea
„comună”, va fi întotdeauna negativă. Celealaltă înfășurare va fi întotdeaun a pozitivă. Driverele
unipolare pot fi implementate cu circuite simple, cu tranzistoare. Dezavantajul este că oferă un cuplu
mai mic, deoarece numai jumătate dintre înfășurări pot fi alimentate la un moment dat.
Driverele bipolare folosesc circuitele în p unte pentru a inversa sensul curentului prin faze.
Alternând polaritatea curentului prin înfășurări, toate bobinele pot fi puse în funcțiune, ducân la rotirea
motorului.
Un motor pas cu pas bipolar în două faze are două grupuri de bobine în timp ce u n mot or
unipolar cu patru faze are patru grupuri de bobine . Un motor bipolar în două faze va avea patru fire,
două pentru fiecare fază (Figura 20).
Motor în opt fire (Figura 22). Motorul unipolar în 8 fire este cel mai versatil, deoarece poate fi
comandat în mai multe moduri:
o Unipolar cu patru faze – toate terminalele comune sunt conectate împreună, asemeni
unui motor cu cinci fire;
o Bipolar cu două faze în serie – se obtine un curent mai mic consumat de motor deoarece
inductanta bobinelor se dubleaza si se obtine un cuplu ridicat la viteze mici.
o Bipolar cu două faze în paralel – se obtine un cuplu mai mare la viteze mari, dar in
același timp ți curentul prin motor va creste.
Figura 20. Tipuri de înfășurări pentru motoare pas cu pas [9]
19
Motor în șase fire (Figura 21). La acest motor sunt împerecheate numai terminalele comune a
două înfășurări pereche. Aceste două fire pot fi unite pentru a crea un motor unipolar cu cinci fire sau
pot fi menținute separate pentru a utiliza motorul ca unul bipolar.
Motor în cinci fire (Figura 23). Acest tip este întâlnit
la motoarele unipolare mai mici. Toate terminalele comune
sunt legate între ele în interior și sunt scoase în exterior ca al
cincilea fir. Acest motor poate fi comand at numai ca un motor
unipolar. [9]
2.3.4 Comanda motoarelor pas cu pas
Motoarele pas cu pas unipolare au 5, 6 sau 8 fire. Ele nu
au nevoie de un circuit în punte H pentru a fi comandate, în
schimb, conform schemei din Figura 24. se poare utiliza un
tranzistor pentru fiecare fază și o diodă flyback pentru a preveni
apariția vârfurior de tensiune atunci când alimentarea bobinei
este oprită.
Există circuite integrate specializate ce au în structura lor
toate componenetele necesare petru comanda motoarelor pas cu
pas unipolare. În ace astă lucrare se utilizează un cip ULN2003
pentru a comanda motorului pas cu pas 28BYJ -48 cu 5 fire.
ULN2003 este un circuit integrat ce are în structura sa șapte
perechi Darlington, fiecare pereche fiind capabilă să comande
sarcini de până la 50V și 500mA .[10]
Figura 21. Motor pas cu pas în 6 fire [9] Figura 22. Motor pas cu pas în 8 fire
Figura 23. Motor pas cu pas în 5 fire
Figura 24. Schema de comand ă cu
tranzistoare[10]
20
2.3.5 Tranzistorul Darlington
Tranzistorul Darlington (uzual, pereche Darlington) este o structură semiconductoare formată
din două tranzistoare bipolare ( Figura 25) conectate astfel încât curentul amplificat de primul tranzistor
este amplificat în continuare de cel de -al doilea. Această configurație oferă un câștig în curent mult
mai mare decât fiecare t ranzistor luat separat. O pereche Darlington se
comportă ca un singur tranzistor, adică are o bază, un colector și un
emitor. De obicei, acesta creează un câștig de curent ridicat
(aproximativ produsul câștigurilor celor două tranzistoare, datorită
faptulu i că valorile β se multiplică împreună). [11]
O relație generală între câștigul compus și câștigurile
individuale este dată de:
βDarlington= β1β2+ β1+ β2 (1)
Dacă 𝛽1 și 𝛽2 sunt suficient de mari (sute), această relație poate fi
aproximată la:
βDarlington= β1β2 (2)
2.4 Senzorul de ploaie MH -RD
Senzorul de ploaie MH -RD ( Figura 26) este de fapt o
placă , care va fi expusă ploii. Această placă are două benzi de
material conductiv, foarte aproape una de cealaltă, dar fără
atingere. În momentul în care picăturile de apă aju ng pe
suprafața respectivă, senzorul se comportă ca și un rezistor
variabil, mai exact acesta își modifica rezistența invers
proporțional cu numarul picăturilor de ploaie de pe placă.
Deci, dacă aplicăm o tensiune între cele două benzi, va
fi un circuit de schis. Cu toate acestea, atunci când expunem
această suprafață la ploaie, apa care cade, închide circuitul
între benzi și o tensiune diferită poate fi măsurată.
Atunci când picăturile de ploaie cad pe placă, cele două benzi
nu vor fi scurtcircuitate deoare ce apa nu este un conductor
perfect.
Dacă acest senzor acționează ca un rezistor variabil,
atunci rezistența va fi mai mică atunci când mai multă apă
cade pe suprafață, legând dungile în mai multe puncte.
Rezistența senzorului variază între 150kΩ și 1MΩ în funcție
de cantitatea de apă depusă pe suprafața senzorului.
Acest senzor are avantajul unui cost relativ mic de
producție, nu este supus abraziunii și nu este sensibil la
obiectele con ductive sau dielectrice din apropiere.
Figura 25. Tranzistoare BJT
în configurație Darlington [11]
Figura 26. Senzorul de ploaie MH –
RD[12]
21
De asemenea rezisten ța nu este afectat ă atunci c ând exist ă depuneri de murd ărie sau alte particule,
evitând astfet un semnal eronat. [12]
2.5 Keil μVision
Keil μVision este o platform ă de dezvoltare software window -based , care combină un editor
robust și modern cu un project manager . Acesta integrează toate instrumentele necesare pentru a
dezvolta aplicații embedded , inclusiv un compilator C / C ++, un asamblator macro, un linker / locator
și un generator de fișiere HEX. μVision ajută la accelerarea procesului de dezvoltare a aplicațiilor
încorporate prin furnizarea următoarelor functii :
o Editor de cod sursă full -feature.
o Device Database pentru configurarea instrumentului de dezvoltare.
o Project manager pentru crearea și întreținerea proiectelor.
o Funcția Make Utility integrat pentru asamblarea, compilarea și conectarea aplicațiilor
embedded .
o Interfață GDI avansată pentru depanarea software -ului pe hardware -ul țintă și pentru
cone ctarea la un Adaptor Debu g Keil ULINK .
o Utilitate de programare Flash pentru descărcarea programului de aplicație în Flash
ROM.
o IDE-ul și Debugger -ul μVision sunt partea centrală a tool -ului de dezvoltare Keil și au
numeroase caracteristici care ajută programatorul să dezvolte rapi d și cu succes aplicații
embedded .
Instrumentele Keil sunt ușor de
utilizat și sunt garantate pentru a vă ajuta să
vă atingeți obiectivele de design într -un timp
util. μVision oferă un Build Mode pentru
crearea de aplicații și un Debug Mode pentru
depanarea aplicațiilor. Aplicațiile pot fi
depanate cu simulatorul integrat μVision sau
direct pe hardware, de exemplu ULINK
Debug și Trace Adapters. Dezvoltatorii pot
utiliza, de asemenea, alte adaptoar e AGDI
sau instrumente externe terță parte pentru a
analiza aplicațiile. [13]
2.6 Android Studio
Android Studio este mediul oficial de dezvoltare integrat (IDE) pentru dezvoltarea aplicațiilor
Android. Acesta se bazează pe IntelliJ IDEA, un mediu de dezvoltare integrat Java pentru software și
include instrumentele de editare a codului și instrumente de dezvoltare.
Pentru a sprijini dezvoltarea de aplicații în sistemul de operare Android, Android Studio
utilizează un sistem de construire bazat pe Gradle, emulator , șabloane de cod și integrare Github.
Fiecare proiect din Android Studio are una sau mai multe modalități cu codul sursă și fișierele de
Figura 27. Keil μVision 5[13]
22
resurse. Aceste modalități includ module de aplicații Android, module de bibliotecă și module Google
App Engine.
Andro id Studio folosește o caracteristică Instant Push pentru a împinge modificările de cod și
resurse la o aplicație în desfășurare. Un editor de cod ajută dezvoltatorul cu scrierea codului și oferind
completarea codului, refracția și analiza. Aplicațiile cons truite în Android Studio sunt apoi compilate
în format APK pentru a fi trimise la Magazin Google Play. Android Studio vă permite să instalați
pluginuri pentru aproape orice scop. Multe dintre ele sunt destul de specifice, dar aici este o mică
selecție care vă va accelera în task-urile zilnice.
Software -ul a fost anunțat pentru prima oară
la Google I/ O în mai 2013, iar prima construcție
stabilă a fost lansată în decembrie 2014. Android
Studio este disponibil pentru platforme desktop
Mac, Windows și Linux. Acesta a înlocuit Eclipse
Android Development Tools (ADT) ca IDE primar
pentru dezvoltarea de aplicații Android. [14]
2.7 STM32CubeMX
STM32CubeMX este un instrument grafic care permite o configurare foarte ușoară a
microcontrolerelor și microprocesoarelor STM32, precum și generarea codului C de inițiere
corespunzător pentru nucleul Arm Cortex -M sa u un arbore de dispozitiv Linux parția l pentru Arm
Cortex -A), printr -un proces pas cu pas.
Primul pas cons tă în selectarea microcontrolerului STM32 STM32 sau a microprocesorului
care se potrivește cu setul necesar de periferice.
Pentru microprocesoare, al doilea pas permite configurarea GPIO -urilor și configurarea ceasurilor
pentru întregul sistem și atribuire a inte ractivă a perifericelor fie Arm Cortex -M, fie grupului Cortex
A. Specificațiile precum ar fi configurarea și reglarea DDR, facilitează pornirea cu microprocesoarele
STM32. Pentru nucleul Cortex -M, configurația include pași suplimentari care sunt exac t asemănători
cu cei descriși pentru microcontrolere.
Pentru micro controlere și microprocesor Arm Cortex -M, al doilea pas constă în configurarea fiecărui
software embedded , datorită unui pinout -confli ct solver, a unui ajutor de setare a ceasului, a unui
calculator de consum de energie și a un ei funcții
care configurează perifericele cum ar fi GPIO
sau USART) și stivele middleware (cum ar fi
USB sau TCP / IP).
În cele din urmă, utilizatorul lansează gen erația
care se potrivește cu alegerile de configurație
selectate. Acest pas oferă codul C de inițiere
pentru Arm Cortex -M, gata pentru a fi utilizat
în mai multe medii de dezvoltare sau un arbore
al dispozitivului parțial Linux pentru Arm
Cortex -A. [15]
Figura 28. Android Studio [14]
Figura 29. STM32CubeMX [15]
23
2.8 Modulul Wi -Fi ESP8266
Modulul WiFi ESP8266 este un SOC cu p rotocol TCP / IP integrat care îi poate da acces la
rețeaua WiFi oric ărui microcontroler. ESP8266 este capabil de hosting pentru o aplica ție sau s ă preia
toate func țiile de re țea Wi -Fi de la un alt procesor de aplica ție. Fiecare modul vine pre -programat, cu
firmware cu comenzi AT.
Acest modul are o capacitate de procesare și stocare suficient
de puternic ă, care îi permite s ă fie integrat cu senzori și dispozitive
specifice prin intermediul pinilor GPIO. ESP8266 suport ă APSD
pentru aplica ții VoIP si interfe țe cu Bluetooth și contine un RF auto –
calibrat care îi permite sa lucreze in toate conditiile de functionare și
nu necesit ă piese RF externe.
ESP8266 este capabil să funcționeze consecvent în med ii
industriale, datorită domeniului larg al temperaturii de funcționare. Cu
caracteristici integrate pe chip și număr minim de componente discrete
externe, cipul oferă fiabilitate, compactitate și robustețe.
ESP8266 este integrat cu un procesor Tensilica pe 32 de biți,
interfețe digitale periferice stan dard, întrerupătoare de antenă ,
amplificator de putere, amplificator de zgomot redus, filtre și module de gestionare a alimentării.
Proiectat pentru dispozitiv e mobile, electronice portabile și aplicații IoT, ESP8266 realizează
un consum redus de energie, combinând mai multe tehnologii brevetate. Arhitectura de economisire a
energiei dispune de trei moduri de funcționare: modul activ, modul somn și modul de ador mire
profundă. Acest lucru permite dispozitivelor alimentate de baterii să funcționeze mai mult timp. [16]
2.8.1 Protocolul de comunicare Telnet
Protocolul de comunicare Telnet oferă o modalitate de a vă conecta de la distanță la un alt
dispozitiv, ca și cum ați fi așezat în fața acestuia și să îl utilizați ca orice alt computer . În zilele noastre,
Telnet poate fi folosit de la un terminal virtual sau dintr -un emulator terminal, care este, în esență, un
calculator modern care comunică cu același protocol Telnet.
Un exemplu este comanda Telnet, disponibilă din Promptul de comandă din Windows. Comanda
telnet, fără îndoială, este o comandă care utilizează protocolul Telnet pentru a comunica cu un
dispozitiv sau sistem la distanță. Comenzile Telnet pot fi executate și pe alte sisteme de operare, cum
ar fi Linux, Mac și Unix, mult în același mod ca în Windows.
Telnet nu este același lucru ca și alte protocoale TCP / IP precum HTTP, care vă permit să
transferați fișiere către și de la un server. În schimb, protocolul Telnet este conectat la un server ca și
cum ați fi un utilizator real, oferindu -vă un control direct și toate aceleași drepturi la fișiere și aplicații
ca și utiliza torul în care sunteți conectat . [28]
Figura 30. ESP8266
24
3. Implementarea soluției adoptate
3.1 Descrierea funcțională după schema bloc
După cum s -a prezentat la începutul acestei lucrări, acest proiect urmărește realizarea
circuitului de comandă pentru controlul electronic al unei ferestre de mansardă prin utilizarea unui
protocol de comunicare wireless.
Schema bloc a circuitului este formată din dou ă părți, mai exact, prima parte are rolul de a prelua
comenzile de la utilizator, iar a doua parte are ca scop controlul actuatorului.
Figura 31. Schema bloc
25
3.2 Aplicația Window Controlle r
Window Controller este o aplicație pentru smartphone creată în programul Android Studio și are
ca scop transmiterea comenzilor corespunzătoare pentru a pozi ționa fereastra conform preferinței
utilizatorului. Această aplicație se poate instala pe orice di spozitiv care rulează sistemul de operare
Android.
Figura 32. Interfața aplicației Window Controller
3.2.1 Descrierea funcțională
Indicatorul statusului ferestrei este un Label care este folosit pentru a indica poziția actuală a
cursorului de la SeekBar.
Pentru a selecta poziția dorită pentru fereastră am adăugat un SeekBar care poate fi setat în 11 stări,
mai exact starea Close care comandă închiderea ferestrei și stările de la 10% până la 100% cu un pas
de 10 procente, corespunzătoare unghiului de deschidere al ferestrei. SeekBar -ul a fost configurat cu
101 puncte, adică de la 0 la 100. Când cursorul se află în intervalul (0 -5], sta rea va fi Close, dacă
poziția cursorului este în intervalul (5 -10) statusul va fi 10, iar dacă poziția cursorului se afl ă între două
numere care sunt multiplii ai numărului 10, valoarea statusului va fi rotunjită în jos.
26
Figura 33. Funcția care stabilește v aloarea returnată de SeekBar
Butonul Connect are rolul de a efectua conexiunea între aplicație si Wi -Fi. Atunci când este
apăsat va deveni invizibil. Dacă nu se poate efectua conexiunea, după 5 secunde va fi din nou vizibil
pentru a reîncerca conectarea , iar în caz ul în care conexiunea se realizează cu succes, butonul rămâne
invizivil. Funcția respectivă este prezentată în Figura 34.
Butonul Set Window Status are rolul de a transmite către microcontroler valoarea indicată de
către curso rul SeekBar -ului. Daca Label -ul indică starea “Close ”, atunci se va trimite valoarea 0 urmată
de caracterul “ / ”(47 ASCII), iar dacă Label -ul are alt ă valoare, se va trimite c ătre microcontroler
valoarea respectivă urmată de caracterul “ / ”(47 ASCII), care activează întrerupe rea prin care
microcontrolerul recepționează datele trimise de aplicație.
Figura 34. Funcția care efectueaza conexiunea Wi -Fi
Figura 35. Funcția responsabilă cu trimiterea datelor
27
3.1 Organigrama programului
Pentru ca microcontrolerul să funcționeze corespunzător, codul încărcat a fost scris urmând
cuatenție logica descrisă în Figura 36.
Figura 36. Organigrama programului pentru microcontroler
28
3.2 Modulul Wi -Fi ESP8266
Modulul de comunica ție wireless ESP 8266 este utilizat pentru a realiza comunicați a fără fir
între smartphone și circuitul de comandă al actuatorului.
Caracteristici hardware :
o Wi-Fi Direct (P2P), soft -AP
o Protocol TCP / IP integrat
o 802.11 b / g / n
o Comutator TR, balun, LNA si amplificator de putere integrate
o PLL, DCXO, regulatoare si unitati de gestionare a energiei integrate
o +19.5dBm putere iesire in modul 802.11b
o Memorie flash 1MB
o CPU -ul integrat de 32 bit cu consum redus de energie ar putea fi folosit ca procesor de aplicare
o SDIO 1.1 / 2.0, SPI, UART
o STBC, 1×1 MIMO, 2×1 MIMO
o A-MPDU & A -MSDU aggregation & 0.4ms guard interval
o Transmite pachete in < 2 ms
o Consumul de energie in modul standby de < 1.0mW (DTIM3) [17]
Configura ția pinilor :
o VCC : Pin de alimentare 3.3V.
o GND: Pin de masa.
o EN(Enable): C ând acest pin are statusul Low, modulul este dezactivat, rezultând un consum
redus de curent, iar comunicația este inexistentă. Cand are statusul High, modulul este activ si
se efectueaza comunicația.
o TX si RX : Sunt pinii de transmitere și recep ție pentru protocolul de comunicare UART.
o RST(Reset) : Pin pentru resetare externă. Cand are statusul Low are loc resetarea.
o GPIO0 (Flash) : Dacă acest pin are statusul Low la pornirea alimentării sau resetare, acesta este
transferat în modul de programare serială. [18]
3.2.1 Firmware pentru ESP8266
Acest modul Wi-Fi
are preinstalat un f irmware
care folose ște un protocol
cu comenzi AT pentru a
efectua comunicaț ia.Pentru
a transmite mesaje din
aplicația Window
Controller, am încărcat
firmware -ul esp-link v2.1.7
care folose ște un protocol
de comunicare cu comenzi
telnet. [19]
Figura 37. Interfața esp -link
29
3.2.2 Conexiunea dintre ESP8266 și microcontroler
Modulul Wi -Fi ESP8266 este alimentat de la placa de dezvoltare STM32 Nucleo F303RE de
la pinul de alimentare de 3.3V. Acestea comunica prin intermediul protocolului de comunicare UART.
Pinul RX de la placa de dezvoltare a fost conectat la pinul TX de la ESP8266, iar pinul TX de la placa
de dezvlotare a fost conectat la pinul RX de la ESP8266 (Figura 38).
Figura 38. Schema de conectare dintre ESP8266 si STM32 Nucleo
UART (U niversal Asynchronous Receiver -Transmitter ) nu este un protocol de comunicare
cum ar fi SPI și I2C, ci un circuit fizic într -un microcontroler sau un stand -alone IC. Scopul principal
al protocolului de comunicare UART este de a transmite și primi date seriale.
În comunicația UART, două dispozitive comunică direct unul cu celălalt. UART -ul de transmisie
convertește datele paralele dintr -un dispozitiv de control ca un procesor în form at serial , îl transmite
serial către UART -ul recepto r, care apoi convertește datele seriale înapoi în date paralele pentr u
dispozitivul receptor . Doar două fire sunt necesare pentru a transmite date între două UART -uri.
Linia de transmisie a datelor UART este în mod normal menținută în nivelul HIGH atunci când
nu transmite date. Pentru a începe transferul de date, UART -ul de transmisie își schimbă starea din
HIGH in Low pentru un ciclu de ceas. Când UART -ul de recepție detectează tranziția din High în Low ,
începe să citească biții din cadrul de date la frecvența ratei de transmisie.
Cadrul de date conține datele efective tra nsferate. Poate fi de la 5 biți până la 8 biți dacă este
folosit un bit de paritate. Dacă nu este utilizat un bit de paritate, cadrul de date poate avea lungimea de
9 biți. În cele mai multe cazuri, datele sunt trimise mai întâi cu bitul cel mai puțin semn ificativ.
Bitul de paritate este o modalitate pentru UART -ul de recepție pentru a afla dacă s -au schimbat
date în timpul transmisiei. Biții pot fi modifica ți prin radiații electromagnetice, rate de transmisie
necorespunzătoare sau transferuri de date la di stanță. După ce UART -ul recepționează citirea cadrului
de date, acesta numără numărul de biți cu o valoare de 1 și verifică dacă numărul total este un număr
par sau impar . Pentru a semnala sfârșitul pachetului de date, UART -ul de trimitere acționează linia de
transmisie de date de la nivelul Low la nivelul High pentru cel puțin două perioade de clock . [20]
30
3.2.3 Preluarea datelor de la ESP8266
Pentru a prelua datele de la modulul Wi -Fi ESP8266 am folosit o întrerupere pentru a asigura
o transmisie de date sigură și fără erori.
Rutina de tratare a întreruperii este o funcție care, atunci când modulul Wi -Fi transmite informații, iar
caracterul este diferit de 47(ASCII) care reprezintă caracterul “/”, acesta este stocat într-un buffer până
când se transmite caracter ul “/” care reprezint ă finalul mesajului. După această opera țiune, variabilei
“set_window” i se atribuie o valoare care semnific ă poziția la care se dorește s ă fie fereastra.
În final, după ce am modificat valoarea variabilei, bufferul va fi golit și pregă tit pentru a înregistra noi
informații. Această funcție este prezentată în Figura 39.
Figura 39. Funcția pentru recepționarea datelor
3.3 Senzoru l de ploaie MH -RD
Pentru a evita apari ția unor daune materiale în cazul în care începe ploaia atunci când fereastra
este deschisă, am integrat senzorul de ploaie rezistiv pe care l -am descris anterior.
Principiul de funcționare al acestui senzor în lucrarea de față este următorul : (Figura 40)
Am configurat pinul PA 10 ca pin de intrare și am conectat între acesta și pinul de alimentare de 3.3V
un rezistor de pull -up de 1M Ω. Tot între pinul PA 10 și GND am conectat senzorul de ploaie.
Atunci când pe senzor picăturile de apă sunt inexistente, senzorul reprezintă o întrerupere între pinul
de intrare și GND, iar la intrare pinul va avea valoarea 1 logic. În caz contar, semnalul va fi tras la
GND, iar valoarea pinului de intrare va deveni 0 logic.
31
Figura 40. Schema de conectare dintre senzorul de ploaie și STM32 Nucleo
Pentru a implementa software acest senzor, am folosit o funcție care este ap elată o dată la 2ms.
Dacă nivelul logic la pinul de intrare PA10 este 0, se a șteaptă o secundă dupa care se verifică încă o
dată valoarea semnalului, iar dacă este tot 0, atunci variabilei “raining” i se atribuie valoarea “1’,
valoare ce indică existența p icăturilor de apă pe suprafața senzorului. În caz contrar, variabila prime ște
valoarea “0”, reprezentând absența picăturilor de apă. Funcția responsabilă cu algoritmul pentru
detectarea apariției picăturilor de apă este prezentată în Figura 41.
Figura 41. Funcția pentru senzorul de ploaie
3.4 Motorul pas cu pas 28BYJ -48
3.4.1 Configurația motorului 28BYJ -48
Motorul 28BYJ -48 este unul din cele mai utilizate motoare pas cu pas în aplicațiile care se află în
stadiul de prototip . Acest motor este un stepper unipolar cu patru bobine (Figura 42) și are pinioane
reductoare de viteză încorporate în raport de 64:1, astfel că rezultă un unghi de 5.625°/pas pentru o
32
rotație complteta de 360° în modul half -step. Asta înseamnă că motorul va trebui să facă 64 de pași
pentru a finaliza o r otație și pentru fiecare pas va acoperi un unghi de 5.625°. Cu toate acestea, aceste
motoare funcționează doar la tensiunea de 5V și, prin urmare, nu pot furniza un cuplu ridicat. În
lucrarea de față se utilizează a cest motor doar în scop demonstrativ. [21]
Figura 42. Motorul 28BYJ -48
Motorul are patru înfășurări bobinate care trebuie alimentate într -o anumită secvență pentru a
roti axul magnetic al motorului. Când se folosește metoda de comandă full -step, două din cele patru
bobine sunt alimentate la fiecare pas (Tabelul 1). În lucrarea de față, pentru a efectua deschiderea
ferestrei am folosit acest mod, iar pentru a efectua închiderea ferestrei am folosit modul respectiv, dar
în sens opus. [22]
Culoarea
firului → Sensul acelor de ceas
Faza 1 Faza 2 Faza 3 Faza 4
1 portocaliu 1 0 0 1
2 galben 1 1 0 0
3 roz 0 1 1 0
4 albastru 0 0 1 1
Tabelul 1. Ordinea de comandă in modul Full -Step
3.4.2 Specificațiile tehnice ale motorului
o Tensiunea de alimentare: 5V DC
o Num ăr faze : 4
o Unghi de rotație: 5.625°/64 (half -step) sau 11.25°/32 (full -step)
o Raport reduc ție: 64:1
o Cuplu minim: 34.3 mN*m
o Grad de izola ție: A
o Rezisten ță/fază : 50ohm
o Înfășurare: unipolar cu 5 înfățurări
o Frecven ța: 100Hz
o Greutate :30g [23]
33
3.5 Driverul ULN2003
Cea mai potrivită modalitate de a conecta un motor pas cu pas unipolar cu microcontrolerul este
folosirea unor tranzistoare. ULN2003 conține șapte perechi de tranzistoare Darlington TIP120.
Driverul poate furniza pe fiecare ieșire un curent de până la 500mA și are o cădere de tensiune internă
de aproximativ 1V atunci când este pornit. De asemenea,
conține diode fly -back interne pentru a limita vârfurile de
tensiune atunci când sunt comandate sarcini inductive. Pentru
a controla motorul se aplică o tensiune pe fiecare dintre bobine
respectând secvența descrisă în Tabelul 1.
Pentru aceste șapte perechi de tranzistoare Darlington
circuitul dispune de șapte intrări și șapte ieșiri, la care se
adaugă un pin de masă și unul comun . Folosirea pinului
comun este opțională. De observat este că acest circuit nu are
pin de alimentare (VCC); acest luc ru se datorează faptului că
tensiunea necesară pentru funcționarea tranzistoarelor va fi
furnizată de microcontroler. Sarcinile conectate la ieșire pot fi
de maxim de 50V și 500mA fiecare. Cu toate acestea, se pot
comanda sarcini mai mari combinând doi sau mai mulți pini de ieșire. De exemplu, dacă se combină
trei pini se poate furniza un curent de până la (3*500mA) ~ 1.5A. Intrările sunt compatibile cu logica
TTL sau 5V CMOS.
În Figura 43 este prezentat
driverul ULN2003. Acesta
oferă o interfață directă între
microcontroler și motor.
Modulul dispune de patru
intrări pentru conectarea
microcontrolerului, pini
pentru conexiunea la sursa
de alimentare a motorului
pas cu pas, jumper ON/OFF,
patru LED -uri pentru a
indica semnalele de
comandă și patru pini pentru
conectarea motorului. [24]
Figura 43. Driverul ULN2003 [24]
Figura 44. Schema de conexiune dintre ULN2003 și motor
34
3.5.1 Conexiunea dintre ULN2003 și microcontroler
Pentru a transmite comenzi de la microcontroler la driverul ULN2003, pinii GPIOB 1, 13, 14, 15
au fost configurați ca output pin și au fost conectați la intrările digitale IN1, IN2, IN3 și IN4 ale
driverului. (Figura 45)
Figura 45. Conexiunea dintre microcontroler, driver și motor
3.5.2 Implementarea software
Pentru a controla motorul pas cu pas se folose ște o funcție care se apelează la un interval de 100ms.
Dacă variabila “raining” are valoarea 1, înseamnă c ă senzorul de ploaie a detectat prezența stropilor
de apă, iar variabila “set_window” (în aceast ă variabilă este stocată valoarea primită de la aplicația
Window Controller), indiferent de valoar ea
anterioară, va primi valoarea 0. Variabila
“window_status” indic ă poziția actu ală a
ferestrei. Dacă variabila “set_window” este
diferită de variabila “window_status”, atunci
diferen ța dintre cele două reprezintă numărul de
rotații complete pe care le va efectua motorul.
Fiecare rotație completă reprezintă 10 procente
dintre cele două poziții limită ale ferestrei.
În Figura 47 sunt prezentate cele dou ă
funcțiile pentru deschiderea respectiv închiderea
ferestrei. În modul full -step, pentru o rotație
completă sunt necesare 512 repetări.
Figura 46. Funcția care determină sensul de rotație
35
Figura 47. Funcțiile pentru deschiderea/închiderea ferestrei
3.1 Inițializarea
La fiecare pornire sau resetare a microcontrolerului , se va efectua o ini țializare. Inițializarea este o
funcție care pornește motorul în sensul închiderii ferestrei până în momentul în care este apăsat switch –
ul responsabil pentru detectarea stării Close a ferestrei.
Figura 48. Conexiunea dintre switch și microcontroler
36
În Figura 48 este prezentată conexiunea dintre microcontroler si switch -ul care este responsabil
pentru detectarea stării Close a ferestrei. Am configurat pinul PC13 ca pin de intrare și am conectat
între acesta și pinul de alimentare de 3.3V un rezistor de pull -up de 1M Ω. Tot între pinul PC13 și GND
am conectat un switch care, atunci când nu este apăsat, la intrare pinul va avea valoarea 1 logic. În caz
contar, semnalul va fi tras la GND, iar valoarea pinu lui de intrare va deveni 0 logic.
3.2 Configurarea pinilor
În lucrarea de față s -a utilizat
programul STM32 CubeMX pentru
configurarea pinilor și generarea codului
de bază( Figura 49). Pinii PC4 si PC5 au
fost configurați ca pini de comunicare
UART și au fost conectați la modulul Wi –
Fi. Pinii PB1, PB13, PB14, PB15 au fost
configurați ca output pin și sunt utilizați
pentru comanda motorului. Pinul PA10 și
PC13 au fost configurați ca input pin.
Pinul PA10 este utilizat pentru
monitorizarea senzorului de ploaie, iar
pinul PC13 monitorizează sta rea switch –
ului care determină î nchiderea ferestrei.
Figura 49. Configurarea pinilor
37
4. Rezultate experimentale
Funcționalitatea acestui sistem și a componentelor utilizate au fost testate și verificate cu
echipamente de laborator (osciloscop, multimetru, sursă de precizie și probă de curent ).
4.1 Transmisia datelor prin UART
În Figura 50 a fost capturată secvența în care datele recepționate de către modulul Wi -Fi de la
aplicația Window Controller și le transmi te către microcontroler prin intermediul protocolu lui de
comunicare UART. Pe canalul 1 este reprezentat pinul TX de la microcontroler, iar pe canalul 2 este
afișat pinul RX de la microcontroler.
Figura 50. Transmisia datelor prin UART
4.2 Comanda driverului ULN2003
În Figura 51 sunt prezentate semnalele de intrare ale driverului pentru motorul pas cu pas pentru
sensul de deschidere al ferestrei. Se poate observa că logica semnalelor este aceeasi ca și în Tabelul 2.
Culoarea
firului → Sensul acelor de ceas
Faza 1 Faza 2 Faza 3 Faza 4
1 portocaliu 1 0 0 1
2 galben 1 1 0 0
3 roz 0 1 1 0
4 albastru 0 0 1 1
Tabelul 2. Ordinea de comandă in modul Full -Step
38
Figura 51. Semnalele de intrare ale driverului
În Figura 52 sunt prezentate semnalele de intrare ale driverului pentru sensul de închidere al
ferestrei. Se poate observa că logica semnalelor este în sens invers față de Figura 51.
Figura 52. Semnalele de intrare ale driverului
39
Semnalele de ie șire ale driverului pentru motorul pas cu pas sunt prezentate în oscilogramele
de mai jos. În Figura 53 se pot vedea cele patru ieșiri ale driverului pentru sensul de deschidere a
ferestrei. Se poate observa că logica semnalelor corespunde cu logica semnalelor de intrare, singura
diferență fiind amplitudinea lor.
Figura 53. Semnalele de iesire ale driverului
În Figura 54 sunt afișate semnalele de ieșire ale driverului pentru sensul de închidere a ferestrei.
La fel ca și în oscilograma ante rioară, logica semnalelor de ieșire este identică, cu cea a semnalelor de
intrare.
Figura 54. Semnalele de iesire ale driverului
40
Frecvența semnalelor de intrare și ieșire
În oscilogramele de mai jos se poate observa că frecvența dintre semnalele de intrare și semnalele
de ieșire este aceeași, însă difer ă amplitudinea acestora.
Figura 55. Frecvența semnalelor de intrare
Figura 56. Frecvența semnalelor de ieșire
41
Semnalele de ie șire pot fi vizualizate și cu ajutorul LED -urilor de pe PCB -ul driverului .
LED -urile se vor aprinde numai dacă ieșirile driverului sunt pe nivel Low. Spike -urile de tensiune de pe
semnalele de iesire apar din cauza sarcinii inductive a motorului și a con sumului relativ ridicat de curent
al motorului sub sarcină.
Figura 57. Preluarea semnalelor de ieșire
În oscilograma de mai jos ( Figura 58) se poate observa că atunci când semnalul de intrare este
în starea High, ieșirea corespunzătoare este activată.
Figura 58. Semnalul de intrare și semnalul de ieșire
42
4.3 Consumul de curent
După cum se poate observa în Figura 59 întregul sistem are un consum de curent de aproximativ
340mA atunci când motorul este în funcțiune.
Figura 59. Consumul de curent t otal
Atunci când sistemul este în stand -by are un consum de aproximativ 440mA.
Figura 60. Consumul de curent total în stand -by
43
În Figura 61 se poate observa că motorul are un consum de aproximativ 187mA atunci când
este în funcțiune.
Figura 61. Consumul de curent al motorului
Consumul individual de curent al microcontrolerului atunci când motorul și modulul Wi -Fi
sunt deconectate este de aproximativ 70mA.
Figura 62. Consumul de curent al microcontrolerului
44
Modulul Wi -Fi ESP8266, după cum se poate vedea și în Figura 63 are un consum individual
de curent de aproximativ 70mA.
Figura 63. Consumul de curent al modulului Wi -Fi
În oscilograma următoare( Figura 64) a fost surprins intervalul de tip dintre momentul în care
este apăsat switch -ul și sfârșitul comenzii pentru închiderea ferestrei. Acest interval este de
aproximativ 1 ms.
Figura 64
45
Concluzii
Un lucru important de menționat este că lucrarea de față reprezintă doar baza unui prototip și
a fost realizată strict în scop demonstrativ. Pentru că în zilele de astăzi aproape fiecare persoană deține
un smartphone, prin realizarea acestui prototip s -a încercat conturarea unei idei prin care soluțiile
propuse și utilizate pot duce către crearea cu succes al unui sistem de control de actualitate al ferestrelor
de mansardă.
Rezultatele experimentale prezentate la sf ârșitul acestei lucrări sunt de asemenea
demonstrative, întrucât puterea motorului prezentat este de departe insuficientă ca să acționeze o
fereastră. Pentru a putea controla o fereastră, pe l ângă sistemul prezentat, mai este nevoie și de un
sistem mecanic complex cu pinioane.
Acest sistem poate fi îmbunătățit adăugând anumiți senzori, astfel încât să îndeplinească mai
multe funcții, precum un senzor de oxigen ca să deschidă fereastra atunci când nivelul este prea scăzut,
senzor de gaz pentru a evita posi bilitatea de producere a unei explozii,un senzor de vânt care să fie
montat pe acoperiș pentru a menține fereastra închisă atunci când viteza vântului este prea ridicată ,
senzor de poziție, un ampermetru care să comunice cu microcontrolerul, iar atunci cân d curentul
depășește limita maximă să întrerupă operațiunea de închidere/deschidere deoarece fereastra ar putea
fi blocată și senzori de temperatură.
De asemenea acestui sistem i s -ar putea atribui mai multe funcții, precum controlul unei usi de
garaj, controlul jaluzelelor de exterior , al unei porți de intrare, sau orice sistem care a re nevoie de
mișcare de rotație.
Aplicația Window Controller poate fi mult îmbunătățită implementând și funcția de primire a
datelor de la microcontroler, precum informații de la senzorii menționați anterior , eventuale notificări
pentru cazuri ugente, sau anumite moduri de funcționare care au la bază informațiile preluate de la
senzori, care să fie selectate după pref erințele utilizatorului.
În cele din urmă, pri n crearea acestui prototip numit Sistem și aplicație pentru controlul
inteligent al ferestrelor , s-a demonstrat posibilitatea de a integra aceste sisteme electronice de comandă
și comunicații wireless în structura componentelor mecanice pentru controlul un ei ferestre de
mansardă.
46
Bibliografie
[1] Arun KUNDGOL , ”A novel technique for measuring and sensing rain ”, 2015
[2] Telecontrolli , https://www.electronicspecifier.com/sensors/ceramic -capacitive -rain-sensor –
avoids -false -positives , 2016
[3] Farko, https://www.fakro.co.uk/products/all -products/electric -control/multi -channel -control/
[4] ARM Cortex -M processors, https://developer.arm.com/ip -products/processors/cortex -m
[5] ARM Cortex -M4 processor, https://developer.arm.com/products/processors/cortex -m/cortex -m4
[6] “STM32 NucleoF303RE datasheet”
[7] Stepper Motors, https://circuitdigest.com/tutorial/what -is-stepper -motor -and-how-it-works
[8] Tarun, Agarwal, "Stepp er Motor – Types, Advantages & Applications"
[9] Type of stepper motors, https://www.brighthubengineering.com/diy -electroni cs-devices/109665 –
operating -principle -of-stepper -motors -explained/
[10] Introduction to ULN2003, https://www.theengineeringprojects.com/2017/06/introduction -to-
uln2003.html
[11] Darlingron transistor working, https://www.elprocus.com/darlington -transistor -working -with-
applications/
[12] Rain sensor module, https://www.openhacks.com/uploadsproductos/rain_sensor_module.pdf
[13] About μVision, http://www.keil.com/support/man/docs /uv4/uv4_overview.htm
[14] Android Studio, https://searchmobilecomputing.techtarget.com/definition/Android -Studio
[15] STM32CubeMX overview, https://www.st.com/en/development -tools/stm32cubemx.html
[16] ESP8266 WiFi , https://www.robofun.ro/wifi -module -esp8266
[17] ES P8266EX, https://www.espressif.com/en/products/hardware/esp8266ex/overview
[18] ESP8266 Pin Configuration , https://components101.com/wireless/esp8266 -pinout -configuration –
features -datasheet
[19] esp -link, https://github.com/jeelabs/esp -link
[20] Basics of UART Communication, http://www.circuitbasics.com/basics -uart-communication/
[21] 28BYJ -48 – 5V Stepper Motor , https://components101.com /motors/28byj -48-stepper -motor
[22] 28BYJ -48- full step, https://42bots.com/tutorials/28byj -48-stepper -motor -with-uln2003 -driver –
and-arduino -uno/
[23] "28BYJ -48 data sheet"
[24] "ULN2003 data sheet", STMicroelectronics
[25] "μVision help"
[26] "STM32CubeMX help"
[27] "Android Studio help"
[28] How to use the Telnet Client, https://www.lifewire.com/what -is-telnet -2626026
47
Anexe
Codul sursă al microcontrolerului
#include "main.h"
#include "stm32f3xx_hal.h"
/* USER CODE BEGIN Includes */
/* USER CODE END Includes */
/* Private variables ––––––––––––––––––– */
UART_HandleTypeDef huart1;
/* USER CODE BEGIN PV */
/* Private variables ––––––––––––––––––– */
extern volatile unsigned int ms;
uint8_t rx_index = 0;
uint8_t rx_data;
uint8_t rx_buffer[3];
unsigned int window_status ;
unsigned int set_window;
unsigned int raining;
/* USER CODE END PV */
/* Private function prototypes –––––––––––––––– */
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);
static void MX_NVIC_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
/* Private function prototypes –––––––––––––––– */
void initialization(void);
void task_100ms(void);
void ra in_sensor(void);
void open_window(void);
void close_window(void);
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
/* USER CODE END PFP */
/* USER CODE BEGIN 0 */
48
/* USER CODE END 0 */
/**
* @brief The application entry point.
*
* @retval None
*/
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
/* USER CODE END 1 */
/* MCU Configuration –––––––––––––––––––- */
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. * /
HAL_Init();
/* USER CODE BEGIN Init */
/* USER CODE END Init */
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* USER CODE BEGIN SysInit */
/* USER CODE END SysInit */
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
/* Initialize interrupts */
MX_NVIC_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_RXNE);//enable receive interrupt
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&rx_data,1);
initialization();
/* US ER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
49
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
if(!(ms%100))
task_100ms();
if(!(ms%2000))
rain_sensor ();
}
/* USER CODE END 3 */
}
/**
* @brief System Clock Configuration
* @retval None
*/
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct;
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct;
RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit;
/**Initializes the CPU, AHB and APB bu sses clocks
*/
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = 16;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitS truct) != HAL_OK)
{
_Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
}
/**Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks
*/
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_HSI;
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
50
RCC_ClkInitStruct.AP B2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)
{
_Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
}
PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_USART1;
PeriphClkInit.Usart1ClockSelection = RCC_USART1CLKSOURCE_PCLK2;
if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK)
{
_Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
}
/**Configure the Systick interrupt time
*/
HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_G etHCLKFreq()/1000);
/**Configure the Systick
*/
HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);
/* SysTick_IRQn interrupt configuration */
HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0, 0);
}
/**
* @brief NVIC Configuration.
* @retval None
*/
static void MX_NVIC_Init(void)
{
/* USART1_IRQn interrupt configuration */
HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);
/* PVD_IRQn interrupt configuration */
HAL_NVIC_SetPriority(PVD_IRQn, 0, 0) ;
HAL_NVIC_EnableIRQ(PVD_IRQn);
/* FLASH_IRQn interrupt configuration */
HAL_NVIC_SetPriority(FLASH_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(FLASH_IRQn);
/* RCC_IRQn interrupt configuration */
HAL_NVIC_SetPriority(RCC_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(R CC_IRQn);
/* FPU_IRQn interrupt configuration */
51
HAL_NVIC_SetPriority(FPU_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(FPU_IRQn);
}
/* USART1 init function */
static void MX_USART1_UART_Init(void)
{
huart1.Instance = USART1;
huart1.Init.BaudRate = 9600;
huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAM PLING_16;
huart1.Init.OneBitSampling = UART_ONE_BIT_SAMPLE_DISABLE;
huart1.AdvancedInit.AdvFeatureInit = UART_ADVFEATURE_NO_INIT;
if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
{
_Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
}
}
/** Configure pins as
* Analog
* Input
* Output
* EVENT_OUT
* EXTI
*/
static void MX_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
/* GPIO Ports Clock Enable */
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
/*Configure GPIO pin Output Level */
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15,
GPIO_PIN_RESET);
52
/*Configure GPIO pin : PC13 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13;
GPIO_InitStruct.Mo de = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
/*Configure GPIO pins : PB1 PB13 PB14 PB15 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MOD E_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
/*Configure GPIO pin : PA10 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}
/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){
if(huart ->Instance == USART1){
if(rx_index==0){ //golire buffer
for(int i=0;i<3;i++)
rx_buffer[i]=0;
}
if(rx_data!=47){ //daca, caracterul receptionat este altul decat "/",
rx_buffer[rx_index++]=rx_data; //acesta este stocat in buffer
}
else{
if(rx_index == 1)//daca se receptioneaza un singur caracter, acesta este 0
set_window = 0;
if(rx_index == 2)
set_window = (rx_buffer[0] – '0');//conversia string to int
if(rx_index == 3) //daca se receptioneaza 3 caractere, valoarea este 100
set_window = 10;
rx_index=0;
}
53
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&rx_data,1);
}
}//end interrupt function
void task_100ms(){
if(raining == 1)
set_window = 0;
if(set_window != window_status){
if(set_window > window_status){
open_window();
}
else{
close_window();
}
}
}//end task_100ms
void rain_sensor(){
if(HAL_GPIO_ReadPin( GPIOA ,GPIO_PIN_10 ) == 0){
HAL_Delay(1000);
if(HAL_GPIO_ReadPin( GPIOA ,GPIO_PIN_10 ) == 0){
raining = 1;
}
}
else
raining = 0;
}//end rain_sensor
void open_window(){
for(int step=0;step < 512;step++){
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
HAL_Delay(1);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_SET);
54
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
HAL_Delay(1);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);
HAL_Delay(1);
HAL_GPIO_WritePin(G PIOB,GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);
HAL_Delay(1);
}
window_status++;
HAL_Delay(100);
}//end open_window
void close_window(){
for(int step=0;step < 512;step++){
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_ WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);
HAL_Delay(1);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO _PIN_13, GPIO_PIN_SET);
HAL_Delay(1);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RES ET);
HAL_Delay(1);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET);
55
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
HAL_Delay(1);
}
window_status –;
HAL_Delay(100);
}//end close_window
void initialization(){
while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_13)){
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_W ritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);
HAL_Delay(1);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPI O_PIN_14, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);
HAL_Delay(1);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_SE T);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
HAL_Delay(1);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
HAL_Delay(1);
}
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin (GPIOB,GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
}//end initialization
/* USER CODE END 4 */
56
/**
* @brief This function is executed in case of error occurrence.
* @param file: The file name as string.
* @param line: The line in file as a number.
* @retval None
*/
void _Error_Handler(char *file, int line)
{
/* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
/* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
while(1)
{
}
/* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}
#ifdef USE_FULL_ASSERT
/**
* @brief Reports the name of the source file and the source line number
* where the assert_param error has occurred.
* @param file: pointer to the source file name
* @param line: assert_param error line source number
* @retval None
*/
void assert_failed(uint8_t* file, uint32_t line)
{
/* USER CODE BEGIN 6 */
/* User can add his own implementation to report the file name and line number,
tex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d \r\n", file, line) */
/* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */
57
Codul sursă al aplicației Window Controller
package com.example.cosmincodrea.license;
import android.app.Activity;
import android.os.AsyncTask;
import android.os.Bundle;
import android.os.StrictMode;
import android.util.Log;
import android.view.View;
import android.view.View.OnClickListener;
import android.widget.Button;
import android.widget.EditText;
import android.widget.SeekBar;
import android.widget.TextView;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.InetAddress;
import java.net.InetSoc ketAddress;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketAddress;
public class MainActivity extends Activity implements SeekBar.OnSeekBarChangeListener {
Button btnStart, btnSend;
TextView statusProgres;
SeekBar seekbar;
NetworkTask networktask;
int progress;
@Override
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
btnStart = (Button) findViewById(R.id.bt nStart);
btnSend = (Button) findViewById(R.id.btnSend);
statusProgres = findViewById(R.id.value);
seekbar = findViewById(R.id.seekBar);
btnStart.setOnClickListener(btnStartListener);
btnSend.setOnClickListener(btnSen dListener);
58
seekbar.setOnSeekBarChangeListener(this);
networktask = new NetworkTask(); //Create initial instance so SendDataToNetwork doesn't
throw an error.
}
private OnClickListener btnStartListener = new OnClickListener() {
public void onClick(View v) {
btnStart.setVisibility(View.INVISIBLE);
networktask = new NetworkTask(); //New instance of NetworkTask
networktask.execute();
}
};
private OnClickListener btnSendListener = new OnClickListener() {
public void onClick(View v) {
if (statusProgres.getText().equals("Closed"))
networktask.SendDataToNetwork(String.valueOf(0) + "/");
else i f (statusProgres.getText().equals("100 %"))
networktask.SendDataToNetwork(String.valueOf(100) + "/");
else
networktask.SendDataToNetwork(String.valueOf(statusProgres.getText().toString().substring(0,2)) +
"/");
}
};
@Override
public void onProgressChanged(SeekBar seekBar, int progress, boolean fromUser) {
}
@Override
public void onStartTrackingTouch(SeekBar seekBar) {
}
@Override
public void onStopTrackingTouch(See kBar seekBar) {
if (seekBar.getProgress() > 5 && seekBar.getProgress() < 10)
statusProgres.setText("10 %");
else if (seekBar.getProgress() <= 5)
statusProgres.setText("Closed");
else
statusProgres.setText(String.valueOf(seekBar.getProgress() / 10) + "0 %");
59
Log.i("SeekBar", String.valueOf(seekBar.getProgress()));
}
public class NetworkTask extends AsyncTask<Void, byte[], Boolean> {
Socket nsocket; //Network Socket
InputStream nis; //Network Input Stream
OutputStream nos; //Network Output Stream
@Override
protected void onPreExecute() {
Log.i("AsyncTask", "onPreExecute");
}
@Override
protected Boolean doInBackground(Void… params) {
boolean result = false;
try {
Log.i("AsyncTask", "doInBackground: Creating socket");
SocketAddress sockaddr = new InetSocketAddress("192.168.4.1" , 23);
nsocket = new Socket();
nsocket.connect(sockaddr, 5000); //5 second connection timeout
if (nsocket.isConnected()) {
nis = nsocket.getInputStream();
nos = nsocket .getOutputStream();
Log.i("AsyncTask", "doInBackground: Socket created, streams assigned");
Log.i("AsyncTask", "doInBackground: Waiting for inital data…");
byte[] buffer = new byte[4096];
int read = nis.read(buffer, 0, 4096); //This is blocking
while (read != -1) {
byte[] tempdata = new byte[read];
System.arraycopy(buffer, 0, tempdata, 0, read);
publishProgress(tempdata);
Log.i("AsyncTask", "doInBackground: Got some data");
read = nis.read(buffer, 0, 4096); //This is blocking
}
}
}
catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
Log.i("AsyncTask", "doInBackground: IOException");
result = true;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
60
Log.i("AsyncTask", "doInBackground: Exception");
result = true;
} finally {
try {
nis.close();
nos.close();
nsocket.close();
} catch (IOE xception e) {
e.printStackTrace();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
Log.i("AsyncTask", "doInBackground: Finished");
}
return result;
}
public void SendDataToNetwork(final String cmd) { //You run this from the main thread.
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
if (nsocket.isConnected()) {
Log.i("AsyncTask", "SendDataToNetwork: Writing received message to socket");
nos.write(cmd.getBytes());
} else {
Log.i("AsyncTask", "SendDataToNetwork: Cannot send message. Socket is
closed");
}
} catch (Exception e) {
Log.i("AsyncTask", "SendDataToNetwork: Message send failed. Caught an exception
" + e.getMessage());
}
}
}).start();
}
@Override
protected void onProgressUpdate(byte[]… values) {
if (values.length > 0) {
Log.i(" AsyncTask", "onProgressUpdate: " + values[0].length + " bytes received.");
}
}
61
@Override
protected void onCancelled() {
Log.i("AsyncTask", "Cancelled.");
btnStart.setVisibility(View.VISIBLE);
}
@Override
protected void onPostExecute(Boolean result) {
if (result) {
Log.i("AsyncTask", "onPostExecute: Completed with an Error.");
} else {
Log.i("AsyncTask", "onPostExec ute: Completed.");
}
btnStart.setVisibility(View.VISIBLE);
}
}
@Override
protected void onDestroy() {
super.onDestroy();
networktask.cancel(true); //In case the task is currently running
}
}
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Brînzei Georgian Ionuț Ea Ro 2018 [616427] (ID: 616427)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.