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发表了主题帖： 【Follow me第二季第2期】Arduino UNO R4 WiFi 全部任务汇总

本帖最后由 starsphere 于 2024-10-31 14:53 编辑 活动链接：https://www.eeworld.com.cn/huodong/digikey_follow_me_2024_02/ 视频链接：https://training.eeworld.com.cn/video/41236 代码链接：https://download.eeworld.com.cn/detail/eew_KAQaik/634540 项目链接：https://github.com/StarSphere-1024/DigiKey_Follow_me_II   一、主要器件 1.开发板：Arduino UNO R4 WiFi      2.传感器：SHT40温湿度传感器扩展板      二、学习成果展示 1、配置开发环境 由于个人习惯，这里不使用官方的开发环境，而是使用VScode + PlatformIO作为开发环境。 下面演示步骤： 1.下载VScode 下载链接：https://code.visualstudio.com/ 根据提示安装即可 2.安装PlatformIO插件 打开VScode进入扩展页面，搜索PlatformIO，选择第一个安装   安装完成后自动弹出Home页面 3.创建项目 在Home页面单击New Project来创建项目 第一个栏Project Name我这里填写test 第二栏选择开发板，键入UNO R4,选择Arduino UNO R4 WiFi     单击Finish，IDE将自动创建项目文件，打开src下的main.cpp即可编写代码了  2、入门任务： 搭建环境并开启第一步Blink 软件流程图：   按照上面的创建项目流程创建Blink项目 在main.cpp写上如下代码 #include <Arduino.h> // put function declarations here: void setup() { // put your setup code here, to run once: pinMode(LED_BUILTIN ,OUTPUT); } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: digitalWrite(LED_BUILTIN,HIGH); delay(500); digitalWrite(LED_BUILTIN,LOW); delay(500); } // put function definitions here: 然后单击此处进行编译   编译完成后,连接上开发板,单击上传按钮烧录代码   烧录完成后可以看到板载LED成功闪烁      串口打印Hello EEWorld！ 流程同上，写入如下代码，编译上传 #include <Arduino.h> void setup() { Serial.begin(9600); } void loop() { Serial.println("Hello EEWorld!"); delay(1000); } 然后单击此处打开串口监视器   可以看到串口监视器上不断打印Hello EEWorld！   3、基础任务： 驱动12x8点阵LED； 这里我选择绘制一个简单的笑脸 软件流程图：   #include "Arduino_LED_Matrix.h" ArduinoLEDMatrix matrix; void setup() { Serial.begin(115200); matrix.begin(); } uint8_t frame[8][12] = { { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 } }; void leftEye(){ //Left eye frame[1][3] = 1; frame[1][4] = 1; frame[2][3] = 1; frame[2][4] = 1; } void wink(){ //Wink with the left eye frame[1][3] = 0; frame[1][4] = 0; frame[2][3] = 1; frame[2][4] = 1; } void rightEye(){ //Right eye frame[1][8] = 1; frame[1][9] = 1; frame[2][8] = 1; frame[2][9] = 1; } void mouth(){ //Mouth frame[5][3] = 1; frame[5][9] = 1; frame[6][3] = 1; frame[6][4] = 1; frame[6][5] = 1; frame[6][6] = 1; frame[6][7] = 1; frame[6][8] = 1; frame[6][9] = 1; } void loop(){ leftEye(); rightEye(); mouth(); matrix.renderBitmap(frame, 8, 12); delay(1000); wink(); matrix.renderBitmap(frame, 8, 12); delay(1000); } 编译上传，即可看到在眨眼的笑脸了       用DAC生成正弦波； 软件流程图：   #include "analogWave.h" analogWave wave(DAC); int freq = 5; void setup() { Serial.begin(9600); wave.sine(freq); } void loop() { } 这里使用树莓派pico的ADC功能来检测正弦波波形   编译上传代码后，在上位机上可以看到成功生成了正弦波   用OPAMP放大DAC信号； 软件流程图：   #include <OPAMP.h> #include "analogWave.h" analogWave wave(DAC); int freq = 3; void setup () { OPAMP.begin(); wave.sine(freq); wave.amplitude(0.3); } void loop() { } 再按照如下图示接线   实物接线如图        这里使用之前A0的DAC正弦波作为输入源，并将输入源和输出源一同接入树莓派Pico的两个ADC引脚 编译烧录后,可在上位机看到波形成功被放大了一倍   用ADC采集并且打印数据到串口等其他接口可上传到上位机显示曲线。 软件流程图：   #include <OPAMP.h> #include "analogWave.h" // Include the library for analog waveform generation analogWave wave(DAC); int freq = 3; void setup () { Serial.begin(9600); analogReadResolution(14); wave.sine(freq); wave.amplitude(0.5); OPAMP.begin(OPAMP_SPEED_HIGHSPEED); } void loop() { uint16_t dac_u16= analogRead(A4);// DAC output uint16_t opamp_u16=analogRead(A5);// OPAMP output double dac=dac_u16*5.5/65535; double opamp=opamp_u16*5.5/65535; Serial.print(dac); Serial.print(","); Serial.println(opamp); delay(10); } 这里直接使用Arduino的A4和A5引脚作为ADC，代替上个任务的树莓派Pico读取波形   编译上传，成功看到波形   4、进阶任务： 通过Wi-Fi，利用MQTT协议接入到开源的智能家居平台HA（HomeAssistant） 首先是安装HomeAssitant和EMQX 我直接是按照这个步骤来的https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1293807-1-1.html    两个都成功安装完毕。 然后是代码，这里就简单实现下接入MQTT，接入HA在扩展任务中实现 首先来安装一下PubSubClient和ArduinoJson这两个库。 在PlatformIO添加库非常简单，打开PIO Home页面，点击Libraries,在搜索框中输入PubSubClient    点击搜索，可以看到检索出了很多库     直接选择第一个，进入   然后单击Add to Project   选择创建好的项目，点击Add按钮就直接添加完毕了 软件流程图：   #include <WiFi.h> #include <PubSubClient.h> #include <ArduinoJson.h> // 设置WIFI const char *ssid = "Mi4A-STAR"; const char *password = "star123!"; // 设置MQTT(EMQX) const IPAddress mqttServer(192, 168, 31, 198); const uint16_t mqtt_port = 1883; const char *mqtt_user = "star"; const char *mqtt_pass = "sora"; WiFiClient wifiClient; PubSubClient mqttClient(wifiClient); void connectToWiFi() { Serial.println(); Serial.print("Connecting to "); Serial.println(ssid); WiFi.begin(ssid, password); // 等待WiFi连接,成功连接后输出成功信息 while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(500); Serial.print("."); } Serial.println(""); Serial.println("WiFi Connected!"); Serial.print("IP address: "); Serial.println(WiFi.localIP()); } void connectToMQTTServer() { String clientId = "ArduinoClient"; Serial.print("Attempting MQTT connection..."); // 连接MQTT服务器 if (mqttClient.connect(clientId.c_str(), mqtt_user, mqtt_pass)) { Serial.println("MQTT Server Connected."); Serial.print("Server Address: "); Serial.println(mqttServer); Serial.print("ClientId: "); Serial.println(clientId); } else { Serial.print("failed, rc="); Serial.print(mqttClient.state()); Serial.println(" try again in 5 seconds"); // Wait 5 seconds before retrying delay(5000); } } void callback(char *topic, byte *payload, unsigned int length) { Serial.print("Message arrived ["); Serial.print(topic); Serial.println("] "); // 解析 JSON 消息 StaticJsonDocument<512> doc; DeserializationError error = deserializeJson(doc, payload); // 检查解析是否成功 if (error) { Serial.print("JSON parse failed: "); Serial.println(error.c_str()); return; } serializeJsonPretty(doc, Serial); } void setup() { Serial.begin(9600); // 连接WiFi connectToWiFi(); // 设置MQTT服务器和端口号 mqttClient.setServer(mqttServer, mqtt_port); mqttClient.setCallback(callback); // 连接MQTT服务器 connectToMQTTServer(); mqttClient.subscribe("testtopic/#"); } void loop() { if (mqttClient.connected()) { // 如果开发板成功连接服务器 mqttClient.loop(); // 保持客户端心跳 } else { // 如果开发板未能成功连接服务器 connectToMQTTServer(); // 则尝试连接服务器 } } 烧录代码后打开串口监视器，可以看到成功连上了WiFi并接入了MQTT EMQX里也显示Arduino连上了     5、扩展任务二： 通过外部SHT40温湿度传感器，上传温湿度到HA，通过HA面板显示数据 首先把SHT40传感器接上   然后和进阶任务一样先添加PubSubClient和ArduinoJson库，除此之外还需要添加Adafruit_SHT4x驱动库 可以直接在platformio.ini文件添加如下内容，保存后，PlatformIO将自动添加对应的库文件 lib_deps = bblanchon/ArduinoJson@^7.2.0 knolleary/PubSubClient@^2.8 adafruit/Adafruit SHT4x Library@^1.0.5  软件流程图：   #include <Arduino.h> #include <WiFiS3.h> #include <PubSubClient.h> #include <ArduinoJson.h> #include <Adafruit_SHT4x.h> #include <string> // 添加string库 // 设置WIFI和MQTT参数 const char *ssid = "Mi4A-STAR"; const char *password = "star123!"; const IPAddress mqttServer(192, 168, 31, 198); const uint16_t mqttPort = 1883; const char *mqttUser = "star"; const char *mqttPass = "sora"; WiFiClient wifiClient; PubSubClient mqttClient(wifiClient); Adafruit_SHT4x sht40 = Adafruit_SHT4x(); // 连接WiFi void connectToWiFi() { Serial.print("Connecting to "); Serial.println(ssid); WiFi.begin(ssid, password); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(500); Serial.print("."); } Serial.println("\nWiFi Connected!"); Serial.print("IP address: "); Serial.println(WiFi.localIP()); } // 连接MQTT服务器 void connectToMQTTServer() { String clientId = "ArduinoClient"; Serial.print("Attempting MQTT connection..."); if (mqttClient.connect(clientId.c_str(), mqttUser, mqttPass)) { Serial.println("MQTT Server Connected."); } else { Serial.print("failed, rc="); Serial.print(mqttClient.state()); Serial.println(" try again in 5 seconds"); delay(5000); } } // 发布传感器配置信息 void publishSensorConfig(const char *sensor, const char *name, const char *unit, const char *unique_id) { String topic = String("homeassistant/sensor/") + sensor + "/config"; // 自动补全topic String state_topic = String("homeassistant/sensor/") + sensor + "/state"; // 自动补全topic StaticJsonDocument<256> doc; char buffer[256]; doc["name"] = name; doc["state_topic"] = state_topic.c_str(); doc["unit_of_measurement"] = unit; doc["value_template"] = "{{ value_json.state }}"; doc["unique_id"] = unique_id; serializeJson(doc, buffer); mqttClient.publish(topic.c_str(), buffer); Serial.print(sensor); Serial.println("sensor config success"); Serial.println(topic); Serial.println(buffer); Serial.println(); } // 发布传感器状态信息 void publishSensorState(const char *sensor, float value) { String topic = String("homeassistant/sensor/") + sensor + "/state"; // 自动补全topic StaticJsonDocument<64> doc; char buffer[64]; doc["state"] = value; serializeJson(doc, buffer); mqttClient.publish(topic.c_str(), buffer); } void callback(char *topic, byte *payload, unsigned int length) { // 此处代码保留，可以用于接收HomeAssistant的控制信息 } void setup() { Serial.begin(9600); connectToWiFi(); mqttClient.setServer(mqttServer, mqttPort); mqttClient.setCallback(callback); connectToMQTTServer(); if (!sht40.begin(&Wire1)) { Serial.println(F("SHT40 sensor not found!")); while (1) ; } else { Serial.print(F("SHT40 detected!\t")); Serial.print(F("Serial number:\t")); Serial.println(sht40.readSerial(), HEX); } sht40.setPrecision(SHT4X_HIGH_PRECISION); sht40.setHeater(SHT4X_NO_HEATER); publishSensorConfig("temperature", "Temperature Sensor", "°C", "temperature_sensor"); publishSensorConfig("humidity", "Humidity Sensor", "%", "humidity_sensor"); } void loop() { if (!mqttClient.connected()) { connectToMQTTServer(); } else { mqttClient.loop(); sensors_event_t humidity, temperature; sht40.getEvent(&humidity, &temperature); float temp = temperature.temperature; float humi = humidity.relative_humidity; Serial.print("temperature:"); Serial.println(temp); Serial.print("humidity:"); Serial.println(humi); Serial.println(); publishSensorState("temperature", temp); publishSensorState("humidity", humi); delay(5000); } } 编译上传，然后打开串口监视器   可以看到成功在HA创建了配置并发送了温湿度数据     HA面板也成功出现了传感器数据 三、心得体会 这次活动虽然不难，但我依然学会了不少东西，首先就是OPAMP，以前从来没接触过，看了网上不少资料才知道是怎么回事。再就是MQTT，以前了解过，但也仅停留在了解，通过这次活动我才真正实践了MQTT，也算是一次经验积累。然后建议的话，感觉就是基础任务的DAC，OPAMP，ADC完全可以合在一起作为一个任务，分成三个比较繁琐。总之，算是顺利的完成了这次活动，希望以后还有机会参加类似的活动。    

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