Una red WiFi Arduino (sensores y actuadores): el sensor de color: 4 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

¿Cuántas veces en tus aplicaciones tienes algún sensor o algún actuador lejos de ti? ¿Cuánto podría ser cómodo usar un solo dispositivo maestro cerca de su computadora para administrar diferentes dispositivos esclavos conectados a través de una red wi-fi?

En este proyecto veremos cómo configurar una red wi-fi, compuesta por un módulo maestro y uno o más dispositivos esclavos. Cada dispositivo será impulsado por un Arduino Nano y un módulo inalámbrico NRF24L01. Finalmente para mostrar la viabilidad del proyecto hacemos una red simple donde un módulo esclavo puede detectar un color y transmitir su modelo RGB al módulo maestro.

Paso 1: el protocolo de comunicación

La idea básica detrás de este proyecto es la creación de una red compuesta por módulos sensores y módulos actuadores, impulsados por un módulo maestro que se comunica con el esclavo a través de una conexión wi-fi.

El módulo maestro se conecta a la computadora a través de una comunicación serial y ofrece una pequeña interfaz que permite al usuario buscar los dispositivos conectados, obtener la lista de posibles operaciones para cada dispositivo y actuar sobre ellos. Por lo que el módulo maestro no necesita, a priori, saber cuántos y qué tipo de dispositivos están conectados a la red sino que siempre es capaz de escanear y encontrar los dispositivos y recibir información de ellos como sus configuraciones o sus características. El usuario, en cada momento, puede agregar o quitar los módulos de la red y solo necesita un nuevo escaneo de la red para comenzar a comunicarse con los nuevos dispositivos.

En este proyecto mostramos un ejemplo simple de red compuesta por un módulo maestro y por dos esclavos, el primero es un "Módulo Led", o más bien un módulo simple, que puede encender un led (rojo o verde), apagar estos leds o envían información sobre su estado al maestro. El segundo es un "Sensor Color Module" que, utilizando el sensor de color (TCS3200), es capaz de detectar un color y devolver su modelo RGB si recibe un comando de un usuario (a través de un botón) o una solicitud del maestro. En resumen, cada dispositivo utilizado en este proyecto está compuesto por un módulo inalámbrico (NRF24L01) y un Arduino Nano que administra el módulo inalámbrico y las demás operaciones simples. Mientras que el "Módulo de LED" contiene dos leds adicionales y el "Módulo de color del sensor" contiene el sensor de color y un botón.

Paso 2: el módulo maestro

El módulo más importante es el "Módulo Maestro" como se dijo, mediante una pequeña interfaz intuitiva, gestiona la comunicación entre el usuario y los módulos esclavos conectados a la red.

El hardware del módulo maestro es simple y está compuesto por pocos componentes, en particular existe un Arduino Nano que gestiona la comunicación serial con la computadora y así con el usuario, y la comunicación con los demás dispositivos, este último se crea por el módulo inalámbrico NRF24L01, que está conectado a la placa Arduino mediante una comunicación SPI. Finalmente, hay dos leds para dar al usuario una retroalimentación visual sobre los datos entrantes o salientes del módulo.

La placa electrónica del módulo maestro tiene un tamaño relativamente pequeño, alrededor de 65x30x25 mm, por lo que se puede insertar fácilmente en una caja pequeña. Aquí los archivos stl de la caja (parte superior e inferior).

Paso 3: el módulo LED

El "módulo led" monta el Arduino Nano el módulo NRF24L01 y cuatro leds. El módulo Arduino y NRF24L01 se utilizan para gestionar la comunicación con el módulo maestro, mientras que dos de los leds se utilizan para dar al usuario una retroalimentación visual sobre los datos entrantes y salientes y los otros dos leds se utilizan para las operaciones normales.

La principal tarea de este módulo es mostrar si la red está funcionando, permitiendo al usuario encender uno de los dos leds, apagarlos u obtener su estado actual. En particular, este módulo es una especie de prueba de concepto, o más bien decidimos usarlo para mostrar cómo es posible interactuar con los actuadores y usando leds de diferente color es posible probar el funcionamiento del módulo de color.

Paso 4: el módulo del sensor de color

Este último módulo es un poco más complejo con respecto al otro, de hecho, contiene el mismo hardware de los demás (Arduino Nano, módulo NRF24L01 y los dos leds de retroalimentación visual) y otro hardware para detectar el color y gestionar la batería.

Para detectar un color y devolver su modelo RGB, decidimos utilizar el sensor TCS3200, este es un sensor pequeño y de bajo costo comúnmente utilizado en este tipo de aplicaciones. Está compuesto por una matriz de fotodiodos y un convertidor de corriente-frecuencia. La matriz contiene 64 fotodiodos, 16 tienen filtro rojo, 16 filtro verde, 16 tienen filtro azul y los últimos 16 son transparentes sin filtros. Todos los fotodiodos del mismo color están conectados en paralelo y cada grupo se puede activar mediante dos pines especiales (S2 y S3). El convertidor de corriente-frecuencia devuelve una onda cuadrada con un ciclo de trabajo del 50% y una frecuencia directamente proporcional a la intensidad de la luz. La frecuencia de salida de escala completa se puede escalar por uno de los tres valores preestablecidos a través de dos pines de entrada de control (S0 y S1).

El módulo funciona con una pequeña batería Li-Po de dos celdas (7,4 V) y está gestionado por Arduino. En particular, una de las dos celdas está conectada a una entrada analógica de esta, y esto le permite al Arduino leer el valor de la potencia de la celda. Cuando el nivel de potencia de la celda cae por debajo de cierto valor, para preservar la batería, el Arduino enciende un led, que advierte al usuario que apague el dispositivo. Para encender o apagar el dispositivo, hay un interruptor que conecta el pin positivo de la batería al pin Vin de la placa Arduino oa un conector que luego puede ser utilizado por el usuario para cargar la batería.

En cuanto al módulo maestro, el módulo de color del sensor tiene un tamaño pequeño (40x85x30) y se insertó dentro de una caja impresa en 3D.