加入了学习《FollowMe 第二季：2 - Arduino UNO R4 Wi-Fi 及任务讲解》，观看 Arduino UNO R4 Wi-Fi 及任务讲解

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本帖最后由 tangye 于 2024-11-2 23:02 编辑 非常荣幸能够参加电子工程世界和得捷电子举办得Follow me 第二季第2期活动。 我以前没有接触过嵌入式系统的开发，对电子技术略有了解。本次活动让我有机会接触到一些新的领域，学习了不少新知识。实验过程中遇到不少问题，有些通过参考各位大佬的帖子解决了，有些还需要将来进一步探索。   我的代码：https://download.eeworld.com.cn/detail/tangye/634556 我的视频：https://training.eeworld.com.cn/video/41255   活动任务分4个阶段 入门任务：搭建环境并开启第一步 Blink / 串口打印 Hello EEWorld！ 基础任务：驱动 12x8 点阵 LED；用 DAC 生成正弦波；用 OPAMP 放大 DAC 信号；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 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） 扩展任务： 1. 通过 LTR-329 环境光传感器，上传光照度到 HA，通过 HA 面板显示数据； 2. 通过 SHT40温湿度传感器，上传光照度到 HA，通过 HA 面板显示数据；   我拿到的物料包括 Arduino uno R4 wifi 以及 LTR-329 光照传感器，SHT40 湿温度传感器。这是全家福照片   这是 Arduino uno R4 wifi 引脚图。后续实验的接线依赖这张图片   任务完成思路： 1. 入门任务：搭建环境并开启第一步Blink / 串口打印Hello EEWorld！ 这部分的主要内容是安装Arduino-IDE环境，连接到开发板，并且根据IDE提供的范例，完成相应的代码。 Arduino IDE的官方下载位于 https://www.arduino.cc/en/software 我下载了 arduino-ide_2.3.2，在Windows 10环境中双击安装即可。 安装完成后，在“文件”--“首选项” 中，可以修改项目文件夹地址等内容，便于后续备份和维护。   打开示例文件Blink，可以看到相应的代码。   在这个文件的基础上，我加上串口输出指令，完成入门任务。 流程图 void setup() { // initialize digital pin LED_BUILTIN as an output. pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); Serial.begin(9600); } void loop() { digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level) Serial.println("Hello World!"); delay(500); // wait for 0.5 second digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW Serial.println("This is Arduino UNO R4!"); delay(500); // wait for 0.5 second } 串口监视器输出如图 开发板闪灯视频，可以看到受控的LED灯以1Hz的频率闪烁，同时TX指示灯每秒闪2下 [localvideo]a245e3b3be64bf0461c2552c13c0d95d[/localvideo]   2. 基础任务：驱动 12x8 点阵 LED；用 DAC 生成正弦波；用 OPAMP 放大 DAC 信号；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 基础任务在任务讲解视频 https://training.eeworld.com.cn/video/40793 中有详细介绍。 根据视频和论坛的帮助，我设计了LED矩阵的驱动代码，在程序初始化阶段，显示红心持续2秒，然后转为字幕并滚动 流程图 #include "ArduinoGraphics.h" #include "Arduino_LED_Matrix.h" ArduinoLEDMatrix matrix; byte frame[8][12] = { { 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0 }, { 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0 }, { 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0 }, { 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0 }, { 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0 }, { 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 } }; void setup() { Serial.begin(115200); matrix.begin(); matrix.renderBitmap(frame, 8, 12); delay(2000); matrix.beginDraw(); matrix.stroke(0xFFFFFFFF); matrix.textFont(Font_4x6); matrix.beginText(0, 1, 0xFFFFFF); matrix.println("Hey"); matrix.endText(); matrix.endDraw(); delay(2000); } void loop() { matrix.beginDraw(); matrix.stroke(0xFFFFFFFF); matrix.textScrollSpeed(200); const char text[] = "Hello Digikey!"; matrix.textFont(Font_5x7); matrix.beginText(0, 1, 0xFFFFFF); matrix.println(text); matrix.endText(SCROLL_LEFT); matrix.endDraw(); delay(500); } [localvideo]89876f0a54b42e0f3882f4bc5a69e9d7[/localvideo] DAC生成正弦波，通过内部OPAMP放大，并输出到ADC最终显示在“串口绘图仪”，需要在模拟引脚上接线。 根据原理图，A0输出DAC波形，用导线连接到A1。在A2和A3之间接一个10K电阻，在A2和地之间接一个10K电阻。此时A3（即运放输出端）的电压信号为A0的2倍。 为了用内置的ADC测量并显示电压波形，需要分别连接A0和A4，A3和A5。我完成的接线如图 流程图 DAC/OPAMP/ADC代码 #include "analogWave.h" #include <OPAMP.h> // Create an instance of the analogWave class, using the DAC pin analogWave wave(DAC); int freq = 100; void setup() { wave.sine(freq); // Generate a sine wave 100Hz wave.amplitude(0.4); // 0.0 ~ 1.0 OPAMP.begin(OPAMP_SPEED_HIGHSPEED); analogWriteResolution(14); Serial.begin(230400); // baud rate 230.4k } void loop() { Serial.print(analogRead(A4)); Serial.print(" "); Serial.println(analogRead(A5)); } 示波器观察A0 示波器观察A3 “串口绘图仪” 的显示 [localvideo]be9b39364da2e81c3416ad28d1cf9f56[/localvideo]   3. 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） 这个任务，需要准备HomeAssistant和EMQX。我在ubuntu系统里，用Docker方式搭建了HA环境，主要遇到的问题是docker镜像拉取困难。 经过一番折腾，发现home-assistant官方镜像托管在github上，可以直接pull（就是有些慢） $ docker pull ghcr.io/home-assistant/home-assistant:stable EMQX镜像是单独找的，实际上直接安装也很方便。 分别启动两个镜像 $ docker run -d --name="home-assistant" -v ~/HA_config:/config -p 8123:8123 ghcr.io/home-assistant:stable $ docker run -d --name="EMQX" --network host emqx/emqx:5.7.2 这里需要说明一下，EMQX启动的时候，我没有指定端口映射，而是直接让容器使用了host的IP。 原因是，如果让EMQX默认连接内部网络docker0，每次启动的时候容器会拿到dhcp地址。启动顺序会影响地址，配置home-assistant指定的地址有可能失效。 接下来，按照任务讲解视频，分别访问 http://ip:18083 和 http://ip:8123 完成 EMQX 和 home-assistant 的配置 后续内容参考了各位大佬的帖子，在此一并致谢。 通过“示例”--“WiFiS3”--“ConnectWithWPA” 这个例程，修改 arduino_secrets.h 文件，写入 ssid（设备只支持2.4GHz）和访问密码，编译运行后可以在串口监视器上确认无线网络是否正确连接。 然后在库管理中，安装ArduinoMqttClient，运行例程连接MQTT服务 最后，用开发板送出数据，在HomeAssistant面板上显示。 流程图 代码，通过DAC在A0引脚输出正弦波，开发板测量电压值，显示在HA面板上 #include <ArduinoMqttClient.h> #include "analogWave.h" #include <Wire.h> #include <WiFiS3.h> #include "arduino_secrets.h" ///////please enter your sensitive data in the Secret tab/arduino_secrets.h char ssid[] = SECRET_SSID; // your network SSID (name) char pass[] = SECRET_PASS; // your network password (use for WPA, or use as key for WEP) int status = WL_IDLE_STATUS; WiFiClient wifiClient; MqttClient mqttClient(wifiClient); analogWave wave(DAC); const char broker[] = "192.168.90.79"; //MQTT Server IP int port = 1883; //MQTT Server port const char topic[] = "UNO/R4/ADC/volt_d"; //Topic const char mqttuser[] = "admin"; const char mqttpassword[] = "admin"; //set interval for sending messages (milliseconds) const long interval = 5000; unsigned long previousMillis = 0; int count = 0; void setup() { // Generate Wave wave.sine(2); // Generate a sine wave 2Hz wave.amplitude(0.8); // 0.0 ~ 1.0 analogWriteResolution(10); Serial.begin(115200); // baud rate 115.2k // Try to connect WLAN: Serial.print("Attempting to connect to WPA SSID: "); Serial.println(ssid); while (WiFi.begin(ssid, pass) != WL_CONNECTED) { Serial.print("."); delay(5000); } Serial.println("You're connected to the network"); Serial.println(); Serial.print("Attempting to connect to the MQTT broker: "); Serial.println(broker); mqttClient.setUsernamePassword(mqttuser, mqttpassword); while (!mqttClient.connect(broker, port)) { Serial.print("MQTT connection failed! Error code = "); Serial.println(mqttClient.connectError()); delay(1000); } Serial.println("You're connected to the MQTT broker!"); Serial.println(); } void loop() { mqttClient.poll(); //通过ADC采集 A0上输出的波形 float A0_voltage = analogRead(A0) * 4.7/1023; //A0, 10bit ADC采样，修正为十进制数 mqttClient.beginMessage(topic); mqttClient.print(A0_voltage); //把计算出的电压值上传到MQTT服务器 mqttClient.endMessage(); delay(500); } 在HA面板显示数据，需要修改 configuration.yaml 增加以下部分 mqtt: - sensor: - unique_id: arduino uno Voltage name: "arduino Volt" state_topic: "UNO/R4/ADC/volt_d" suggested_display_precision: 3 unit_of_measurement: "V" value_template: "{{ value }}" 重新加载YAML配置后，HA面板显示变化的电压值   扩展任务： 1. 通过 LTR-329 环境光传感器，上传光照度到 HA，通过 HA 面板显示数据； 2. 通过 SHT40温湿度传感器，上传光照度到 HA，通过 HA 面板显示数据； 连接传感器，我直接用的I2C接口，在传感器上焊了插针，用跳线连接VCC/GND/SCL/SDA信号。 使用LTR-329的例程，直接可以在串口监视器上看到CH0和CH1的光照度   在例程的基础上，结合上一阶段的代码，就能把数据上传到MQTT服务器。 流程图 传感器有两个数据，上传到一个订阅里用了json格式。 #include <ArduinoMqttClient.h> #include <Wire.h> #include <WiFiS3.h> #include <Arduino_JSON.h> #include "arduino_secrets.h" ///////please enter your sensitive data in the Secret tab/arduino_secrets.h char ssid[] = SECRET_SSID; // your network SSID (name) char pass[] = SECRET_PASS; // your network password (use for WPA, or use as key for WEP) int status = WL_IDLE_STATUS; #include "Adafruit_LTR329_LTR303.h" Adafruit_LTR329 ltr = Adafruit_LTR329(); WiFiClient wifiClient; MqttClient mqttClient(wifiClient); const char broker[] = "192.168.90.79"; //MQTT Server IP int port = 1883; //MQTT Server port const char topic[] = "UNO/R4/LTR329"; //Topic const char mqttuser[] = "admin"; const char mqttpassword[] = "admin"; //set interval for sending messages (milliseconds) const long interval = 5000; unsigned long previousMillis = 0; int count = 0; JSONVar dataObj; void setup() { Serial.begin(115200); Serial.println("Adafruit LTR-329 advanced test"); if ( ! ltr.begin() ) { Serial.println("Couldn't find LTR sensor!"); while (1) delay(10); } Serial.println("Found LTR sensor!"); ltr.setGain(LTR3XX_GAIN_2); Serial.print("Gain : "); switch (ltr.getGain()) { case LTR3XX_GAIN_1: Serial.println(1); break; case LTR3XX_GAIN_2: Serial.println(2); break; case LTR3XX_GAIN_4: Serial.println(4); break; case LTR3XX_GAIN_8: Serial.println(8); break; case LTR3XX_GAIN_48: Serial.println(48); break; case LTR3XX_GAIN_96: Serial.println(96); break; } ltr.setIntegrationTime(LTR3XX_INTEGTIME_100); Serial.print("Integration Time (ms): "); switch (ltr.getIntegrationTime()) { case LTR3XX_INTEGTIME_50: Serial.println(50); break; case LTR3XX_INTEGTIME_100: Serial.println(100); break; case LTR3XX_INTEGTIME_150: Serial.println(150); break; case LTR3XX_INTEGTIME_200: Serial.println(200); break; case LTR3XX_INTEGTIME_250: Serial.println(250); break; case LTR3XX_INTEGTIME_300: Serial.println(300); break; case LTR3XX_INTEGTIME_350: Serial.println(350); break; case LTR3XX_INTEGTIME_400: Serial.println(400); break; } ltr.setMeasurementRate(LTR3XX_MEASRATE_200); Serial.print("Measurement Rate (ms): "); switch (ltr.getMeasurementRate()) { case LTR3XX_MEASRATE_50: Serial.println(50); break; case LTR3XX_MEASRATE_100: Serial.println(100); break; case LTR3XX_MEASRATE_200: Serial.println(200); break; case LTR3XX_MEASRATE_500: Serial.println(500); break; case LTR3XX_MEASRATE_1000: Serial.println(1000); break; case LTR3XX_MEASRATE_2000: Serial.println(2000); break; } // Try to connect WLAN: Serial.print("Attempting to connect to WPA SSID: "); Serial.println(ssid); while (WiFi.begin(ssid, pass) != WL_CONNECTED) { Serial.print("."); delay(5000); } Serial.println("You're connected to the network"); Serial.println(); Serial.print("Attempting to connect to the MQTT broker: "); Serial.println(broker); mqttClient.setUsernamePassword(mqttuser, mqttpassword); while (!mqttClient.connect(broker, port)) { Serial.print("MQTT connection failed! Error code = "); Serial.println(mqttClient.connectError()); delay(1000); } Serial.println("You're connected to the MQTT broker!"); Serial.println(); } void loop() { bool valid; uint16_t visible_plus_ir, infrared; if (ltr.newDataAvailable()) { valid = ltr.readBothChannels(visible_plus_ir, infrared); if (valid) { Serial.print("CH0 Visible + IR: "); Serial.print(visible_plus_ir); Serial.print("\t\tCH1 Infrared: "); Serial.println(infrared); } } if (ltr.newDataAvailable()) { valid = ltr.readBothChannels(visible_plus_ir, infrared); if (valid) { dataObj["dataCH0"] = visible_plus_ir; dataObj["dataCH1"] = infrared; String jsonString = JSON.stringify(dataObj); mqttClient.beginMessage(topic); mqttClient.print(jsonString); mqttClient.endMessage(); } } delay(500); } 同样要修改 HomeAssistant的configuration.yaml  mqtt: - sensor: - unique_id: CH0_Visible_IR name: "CH0_Visible_IR" state_topic: "UNO/R4/LTR329" suggested_display_precision: 1 unit_of_measurement: "lux" value_template: "{{ value_json.dataCH0 }}" - unique_id: CH1_IR name: "CH1_IR" state_topic: "UNO/R4/LTR329" suggested_display_precision: 1 unit_of_measurement: "lux" value_template: "{{ value_json.dataCH1 }}" 重新加载 YAML 配置，HA面板显示两个测量通道的数据 这是台灯的照度信息。关闭台灯后，照度下降，HA面板可以显示历史曲线 换上SHT40，可以测试温湿度数据。示例中的 SGP40_SHT40_Test 不能直接运行，需要删除SGP40的部分。 流程图 有了LTR329的使用经验，SHT40的代码如下： #include <ArduinoMqttClient.h> #include <Wire.h> #include <WiFiS3.h> #include <Arduino_JSON.h> #include "arduino_secrets.h" ///////please enter your sensitive data in the Secret tab/arduino_secrets.h char ssid[] = SECRET_SSID; // your network SSID (name) char pass[] = SECRET_PASS; // your network password (use for WPA, or use as key for WEP) int status = WL_IDLE_STATUS; #include "Adafruit_SHT4x.h" Adafruit_SHT4x sht4; WiFiClient wifiClient; MqttClient mqttClient(wifiClient); const char broker[] = "192.168.90.79"; //MQTT Server IP int port = 1883; //MQTT Server port const char topic[] = "UNO/R4/SHT40"; //Topic const char mqttuser[] = "admin"; const char mqttpassword[] = "admin"; //set interval for sending messages (milliseconds) const long interval = 5000; unsigned long previousMillis = 0; int count = 0; JSONVar dataObj; void setup() { Serial.begin(115200); Serial.println(); Serial.println(); Serial.println(F("##################################")); Serial.println(F("SHT40 test with compensation")); //********************************************************************* //*************ADVANCED SETUP - SAFE TO IGNORE!************************ //Here we can configure the SHT40 Temperature and Humidity Sensor //First we set the measurement precision //There are three precision levels: High, Medium and Low //The precision levels direclty affect the measurement duration, noise level and energy consumption //On doubt, just leave it on default (High precision) sht4.setPrecision(SHT4X_HIGH_PRECISION); switch (sht4.getPrecision()) { case SHT4X_HIGH_PRECISION: Serial.println(F("SHT40 set to High precision")); break; case SHT4X_MED_PRECISION: Serial.println(F("SHT40 set to Medium precision")); break; case SHT4X_LOW_PRECISION: Serial.println(F("SHT40 set to Low precision")); break; } //********************************************************************* //*************ADVANCED SETUP - SAFE TO IGNORE!************************ // The SHT40 has a built-in heater, which can be used for self-decontamination. // The heater can be used for periodic creep compensation in prolongued high humidity exposure. // For normal operation, leave the heater turned off. sht4.setHeater(SHT4X_NO_HEATER); switch (sht4.getHeater()) { case SHT4X_NO_HEATER: Serial.println(F("SHT40 Heater turned OFF")); break; case SHT4X_HIGH_HEATER_1S: Serial.println(F("SHT40 Heater: High heat for 1 second")); break; case SHT4X_HIGH_HEATER_100MS: Serial.println(F("SHT40 Heater: High heat for 0.1 second")); break; case SHT4X_MED_HEATER_1S: Serial.println(F("SHT40 Heater: Medium heat for 1 second")); break; case SHT4X_MED_HEATER_100MS: Serial.println(F("SHT40 Heater: Medium heat for 0.1 second")); break; case SHT4X_LOW_HEATER_1S: Serial.println(F("SHT40 Heater: Low heat for 1 second")); break; case SHT4X_LOW_HEATER_100MS: Serial.println(F("SHT40 Heater: Low heat for 0.1 second")); break; } //********************************************************************* //*************ADVANCED SETUP IS OVER - LET'S CHECK THE CHIP ID!******* if (! sht4.begin()) { Serial.println(F("SHT40 sensor not found!")); while (1) ; } else { Serial.print(F("SHT40 detected!\t")); Serial.print(F("Serial number:\t")); Serial.println(sht4.readSerial(), HEX); } Serial.println(F("----------------------------------")); // Try to connect WLAN: Serial.print("Attempting to connect to WPA SSID: "); Serial.println(ssid); while (WiFi.begin(ssid, pass) != WL_CONNECTED) { Serial.print("."); delay(5000); } Serial.println("You're connected to the network"); Serial.println(); Serial.print("Attempting to connect to the MQTT broker: "); Serial.println(broker); mqttClient.setUsernamePassword(mqttuser, mqttpassword); while (!mqttClient.connect(broker, port)) { Serial.print("MQTT connection failed! Error code = "); Serial.println(mqttClient.connectError()); delay(1000); } Serial.println("You're connected to the MQTT broker!"); Serial.println(); } void loop() { sensors_event_t humidity, temp; sht4.getEvent(&humidity, &temp);// populate temp and humidity objects with fresh data float t = temp.temperature; Serial.print("Temp *C = "); Serial.println(t); float h = humidity.relative_humidity; Serial.print("Hum. % = "); Serial.println(h); dataObj["SHT40_temp"] = t; dataObj["SHT40_humi"] = h; String jsonString = JSON.stringify(dataObj); mqttClient.beginMessage(topic); mqttClient.print(jsonString); mqttClient.endMessage(); delay(1000); } 修改 HomeAssistant的configuration.yaml  mqtt: - sensor: - unique_id: temperature name: "Temperature" state_topic: "UNO/R4/SHT40" suggested_display_precision: 1 unit_of_measurement: "掳C" value_template: "{{ value_json.SHT40_temp }}" - unique_id: humidity name: "Humidity" state_topic: "UNO/R4/SHT40" suggested_display_precision: 1 unit_of_measurement: "%" value_template: "{{ value_json.SHT40_humi }}" HA面板显示当前的温湿度   遗留问题 HA面板的 YAML配置重新加载以后，之前环节出现的传感器依然显示（呈现灰色）。后续看看如何清理这些内容。   对本活动的心得体会 Fellow me 活动对于我这类没有经验的新手非常友好，教学视频、论坛帖子帮助我完成了从入门到进阶的每项实验。 通过这次活动，我对Arduino 开发环境，各种传感器和相应的库，MQTT都有了初步认识。Arduino UNO R4 WiFi 功能丰富，以后可以继续深入学习。 最后，再次感谢电子工程世界，感谢得捷电子，感谢论坛各位大佬，感谢活动管理员lightxixi 

上传了资料： R4_wifi_实验代码

加入了学习《Follow me第二季第2期视频演示》，观看 演示视频

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回复了主题帖： 【Follow me第二季第2期】DAC 生成正弦波

这个DIY的示波器挺别致的

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效率很高啊，恭喜