[香蕉派作品]

【LeMaker Guitar试用体验】居家水族箱 (1)

2016-3-15 20:08:01 3919

0 ` 本帖最后由 MOPPLAYER 于 2016-3-15 23:01 编辑前言: 項目已經完成差不多了,開始補文,本系列開始即是各功能的實作,起因於家人忙碌工作卻無暇顧及小魚缸的孔雀魚,因此我就幫忙設計一套簡易的水族箱自動化功能,涵蓋自動餵食,溫控和網路觀賞三大部分準備: 1. Guitar開發板 2. 5V~12V Adapter 3. 不鏽鋼鍋墊 4. 寶特瓶一大一小 5. 魚飼料 6. 符合不鏽鋼鍋墊的小魚缸 7. 28BYJ-48步進馬達 8. ULN2003驅動模塊 9. 銲烙鐵 10. 剪刀和壓力鉗 11. M4螺絲釘和螺帽 12. 雙面泡棉膠 13. 麥克筆和尺實作: 1. 28BYJ-48步進馬達和ULN2003驅動模塊一般在網路上很好取得資料,這裡將不再贅述控制訊號部分,步進馬達使用8相,ULN2003則是Darlington放大器 2. 寶特瓶是本餵食器的主體,寶特瓶隨處可取得,只要大小底座的部分,所以您需要使用大剪刀來裁切底座,一大一小的目的是因為可以互相套牢,這是避免魚飼料灑出,裁切時先用直尺畫好圓周再進行裁切,我製作的大小為小的高4cm,直徑6cm,大的高4.5cm,直徑7cm 3. 將銲烙鐵插上電源,我們利用焊q1an9來溶解出需要的插孔給步進馬達,燒完清潔銲烙鐵即可,將小的寶特瓶底座中心先用銲烙鐵燒出一小孔,再用銲q1an9對步進馬達軸心加熱,讓步進馬達的軸心剛好可以穿過底座中心,此燒法是確保可以完全緊實的套牢在軸心上 4. 接下來是對大的寶特瓶底座,上面剪開,也可不剪,我是方便穿過接線頭,在底座中心和馬達的軸心要對應,將馬達上兩個螺絲孔穿過M4螺絲釘,並用銲烙鐵對螺絲釘加熱,以穿過底座,之後分別用螺帽固定,一隻M4螺絲釘各兩個螺帽,因為底座會有凸起的地方,所以會使得步進馬達稍微傾斜向上,這樣會使得飼料往大底座掉落,所以要避免大量掉落方式就是向下幅度傾斜,大約5度即可,用雙面泡棉膠墊住步進馬達即可 5. 對大的寶特瓶底座進行燒熔出口,一個是接線頭部分,一個是飼料出口,如下圖 Fig.1 左側為飼料大出口約4.5cm x 2cm,步進馬達軸心和底座中心對齊,並用M4螺絲釘固定 6. 對小的寶特瓶底座進行燒熔小出口,這個大小將決定您一次的飼料量,建議燒小孔即可,我的直徑大約3mm Fig. 2 小寶特瓶底座部分,小飼料出口孔直徑為3mm 7. 接下來要來實作步進馬達程式部分,如何讓它能夠轉動來掉落飼料,思維很簡單,轉動內部的小寶特瓶底座,會翻動飼料,利用重力所產生的加速度,當轉動到小出口時,魚飼料會對小出口做平行拋射運動,因此可達到目的 8. 本程式部分使用mmap函式映射Memory的方式來操作GPIO,達到高速存取的目的,比起傳統的sysfs更為有效率,使得後面其他功能更為Real time,首先創建gpio.h,宣告函式的原型 #include #include #include #include #include #include #define MMIO_SUCCESS 0 #define MMIO_ERROR_DEVMEM -1 #define MMIO_ERROR_MMAP -2 #define BASE 0xB01B0000 #define GPIO_INC 3 #define GPIO_OUTEN 0 #define GPIO_INEN 1 #define GPIO_DAT 2 #define GPIO_LENGTH 596 int s500_mmio_init(void); void s500_mmio_set_input(int gpio_number); void s500_mmio_set_output(int gpio_number); void s500_mmio_set_high(int gpio_number); void s500_mmio_set_low(int gpio_number); uint32_t s500_mmio_read_input(int gpio_number); void set_max_priority(void); void set_default_priority(void); 复制代码其中大部分都是GPIO常用的功能,和程式的Priority,其中BASE,GPIO_INC,GPIO_OUTEN,GPIO_INEN,GPIO_DAT和GPIO_LENGTH由Action S500的Datasheet來決定 Fig.3 決定GPIO的Register Address Fig.4 另外,跟一般SOC不一樣的是,GPIO有著最高優先權的處理方式,因此各個GPIO對應的MUX Register就不需要特別設置功能為GPIO 9. 接下來實作各函式主體,產生高速的GPIO函式庫,創建gpio.c #include "gpio.h" volatile uint32_t* s500_mmio_gpio = NULL; int s500_mmio_init(void) { if (s500_mmio_gpio == NULL) { int fd = open("/dev/mem", O_RDWR \| O_SYNC); if (fd == -1) { // Error opening /dev/mem. Probably not running as root. return MMIO_ERROR_DEVMEM; } // Map GPIO memory to location in process space. s500_mmio_gpio = (uint32_t)mmap(NULL, GPIO_LENGTH, PROT_READ \| PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, BASE); close(fd); if (s500_mmio_gpio == MAP_FAILED) { // Don't save the result if the memory mapping failed. s500_mmio_gpio = NULL; return MMIO_ERROR_MMAP; } } return MMIO_SUCCESS; } void s500_mmio_set_input(int gpio_number) { (s500_mmio_gpio + ((gpio_number)/32)GPIO_INC + GPIO_INEN) \|= (1<<((gpio_number)%32)); (s500_mmio_gpio + ((gpio_number)/32)GPIO_INC + GPIO_OUTEN) &= ~(1<<((gpio_number)%32)); } void s500_mmio_set_output(int gpio_number) { (s500_mmio_gpio + ((gpio_number)/32)GPIO_INC + GPIO_INEN) &= ~(1<<((gpio_number)%32)); (s500_mmio_gpio + ((gpio_number)/32)GPIO_INC + GPIO_OUTEN) \|= (1<<((gpio_number)%32)); } void s500_mmio_set_high(int gpio_number) { (s500_mmio_gpio + ((gpio_number)/32)GPIO_INC + GPIO_DAT) \|= (1<<((gpio_number)%32)); } void s500_mmio_set_low(int gpio_number) { (s500_mmio_gpio + ((gpio_number)/32)GPIO_INC + GPIO_DAT) &= ~(1<<((gpio_number)%32)); } uint32_t s500_mmio_read_input(int gpio_number) { return ((s500_mmio_gpio + ((gpio_number)/32)GPIO_INC + GPIO_DAT) & (1<<((gpio_number)%32)) ? 1 : 0); } void set_max_priority(void) { struct sched_param sched; memset(&sched, 0, sizeof(sched)); // Use FIFO scheduler with highest priority for the lowest chance of the kernel context switching. sched.sched_priority = sched_get_priority_max(SCHED_FIFO); sched_setscheduler(0, SCHED_FIFO, &sched); } void set_default_priority(void) { struct sched_param sched; memset(&sched, 0, sizeof(sched)); // Go back to default scheduler with default 0 priority. sched.sched_priority = 0; sched_setscheduler(0, SCHED_OTHER, &sched); } 复制代码* 以上所參考的Datasheet如下 Fig.5 分別設置OUT或者IN的Register為Enable即可,雖然官方文件提到不用關閉相反功能的Register,但本範例為互斥,而DAT為資料Register可讀取也可寫入,因為每3個Word(32 Bit)為一個GPIO Bank,因此設置累加為3,即GPIO_INC,而每個Bank中OUT的offset為0,IN為1,DAT為2,即可完成對於任何GPIO number找到對應的Register Address來進行操作 10. 函式庫完成以後,我們要實作步進馬達部分的處理函式,讓它可以來回轉動180度,由之前的學習知道步進馬達的齒輪比為1:64,因此64為一相,八相512轉完為一圈360度,因此180度為256,即 64 <=> 1相 <=> 45度 512 <=> 8相 <=> 360度 256 <=> 4相 <=> 180度复制代码知道以上關係以後,創建main.c檔案 11. 在main.c檔案中輸入以下程式碼 #include #include "gpio.h" #include #include #define IN1 131 #define IN2 130 #define IN3 50 #define IN4 64 #define SPEED 1000 void turnCounter() { s500_mmio_set_high(IN1); s500_mmio_set_low(IN2); s500_mmio_set_low(IN3); s500_mmio_set_low(IN4); usleep(SPEED); s500_mmio_set_high(IN1); s500_mmio_set_high(IN2); s500_mmio_set_low(IN3); s500_mmio_set_low(IN4); usleep(SPEED); s500_mmio_set_low(IN1); s500_mmio_set_high(IN2); s500_mmio_set_low(IN3); s500_mmio_set_low(IN4); usleep(SPEED); s500_mmio_set_low(IN1); s500_mmio_set_high(IN2); s500_mmio_set_high(IN3); s500_mmio_set_low(IN4); usleep(SPEED); s500_mmio_set_low(IN1); s500_mmio_set_low(IN2); s500_mmio_set_high(IN3); s500_mmio_set_low(IN4); usleep(SPEED); s500_mmio_set_low(IN1); s500_mmio_set_low(IN2); s500_mmio_set_high(IN3); s500_mmio_set_high(IN4); usleep(SPEED); s500_mmio_set_low(IN1); s500_mmio_set_low(IN2); s500_mmio_set_low(IN3); s500_mmio_set_high(IN4); usleep(SPEED); s500_mmio_set_high(IN1); s500_mmio_set_low(IN2); s500_mmio_set_low(IN3); s500_mmio_set_high(IN4); usleep(SPEED); } void turn() { s500_mmio_set_high(IN4); s500_mmio_set_low(IN3); s500_mmio_set_low(IN2); s500_mmio_set_low(IN1); usleep(SPEED); s500_mmio_set_high(IN4); s500_mmio_set_high(IN3); s500_mmio_set_low(IN2); s500_mmio_set_low(IN1); usleep(SPEED); s500_mmio_set_low(IN4); s500_mmio_set_high(IN3); s500_mmio_set_low(IN2); s500_mmio_set_low(IN1); usleep(SPEED); s500_mmio_set_low(IN4); s500_mmio_set_high(IN3); s500_mmio_set_high(IN2); s500_mmio_set_low(IN1); usleep(SPEED); s500_mmio_set_low(IN4); s500_mmio_set_low(IN3); s500_mmio_set_high(IN2); s500_mmio_set_low(IN1); usleep(SPEED); s500_mmio_set_low(IN4); s500_mmio_set_low(IN3); s500_mmio_set_high(IN2); s500_mmio_set_high(IN1); usleep(SPEED); s500_mmio_set_low(IN4); s500_mmio_set_low(IN3); s500_mmio_set_low(IN2); s500_mmio_set_high(IN1); usleep(SPEED); s500_mmio_set_high(IN4); s500_mmio_set_low(IN3); s500_mmio_set_low(IN2); s500_mmio_set_high(IN1); usleep(SPEED); } int main(int argc, char argv[]) { int i,j; time_t t; struct tm now; int ss=atoi(argv[3]); int mm=atoi(argv[2]); int hh=atoi(argv[1]); int test=atoi(argv[4]); float temp; if (s500_mmio_init() < 0) { printf("error open mem!n"); } set_max_priority(); s500_mmio_set_output(IN1); s500_mmio_set_output(IN2); s500_mmio_set_output(IN3); s500_mmio_set_output(IN4); s500_mmio_set_output(RELAY); time(&t); now = localtime(&t); printf("System starting on %d : %d : %d ",now->tm_hour,now->tm_min,now->tm_sec); printf("Setting time on %d ", ss); while(1) { time(&t); now = localtime(&t); if(test==0 && now->tm_sec==ss && now->tm_min==mm && now->tm_hour==hh) { printf("Feeding food on %d : %d : %d ",now->tm_hour,now->tm_min,now->tm_sec); for(i=0;i<256;i++) { turnCounter(); } for(i=0;i<256;i++) { turn(); } } else if(test==1 && now->tm_sec==ss) { printf("Feeding food on %d : %d : %d ",now->tm_hour,now->tm_min,now->tm_sec); for(i=0;i<256;i++) { turnCounter(); } for(i=0;i<256;i++) { turn(); } } sleep(0.5); } set_default_priority(); return 0; } 复制代码至此就完成餵食器部分的測試程式,之後文章會跟其他功能結合,步進馬達照著八相順序寫入GPIO即可正轉和反轉,透過For Loop的遞迴次數即可決定角度,即256 = 180度,達到正反轉180度回到初始位置的設置,時間設置的方式取用struct tm來定義時間結構,使用time函式先獲取當前CPU時間,但是是一組數據不易解讀,因此再使用localtime函式轉成現在時區的格式,struct tm結構定義如下: struct tm { //the number of seconds after the minute, normally in the range 0 to 59, but can be up to 60 to allow for leap seconds int tm_sec; // the number of minutes after the hour, in the range 0 to 59 int tm_min; // the number of hours past midnight, in the range 0 to 23 int tm_hour; // the day of the month, in the range 1 to 31 int tm_mday; // the number of months since January, in the range 0 to 11 int tm_mon; // the number of years since 1900 long tm_year; // the number of days since Sunday, in the range 0 to 6 int tm_wday; // the number of days since January 1, in the range 0 to 365 int tm_yday; }; 复制代码因此轉換出來的時間格式資料就可輕易的讀取,注意各個參數的範圍即可,另外flag為main程式的第四個參數,用來決定是否為測試模式,1的話為會設定每分鐘餵食一次的測試模式,其他設置忽略,0的話為定時,小時,分,秒皆為有效,以下是main參數定義參數1 <=> 定時的小時 hh 參數2 <=> 定時的分 mm 參數3 <=> 定時的秒 ss 參數4 <=> 測試模式 (1為開啟,0為關閉) 复制代码 12. 編寫makefile,幫助我們取用函式庫的資源,也方便編譯的工作 COPS = -Wall -I . -L . gcc:libgpio.so motor libgpio.so:gpio.c gpio.h gcc $(COPS) [ DISCUZ_CODE_428 ]lt; -c -Werror -fPIC gcc $(COPS) gpio.o -shared -o libgpio.so motor:main.c gpio.c gpio.h gcc $(COPS) [ DISCUZ_CODE_428 ]lt; -o blink -lgpio clean: rm -f .o rm -f .so rm -f motor 复制代码完成以上編寫後,可以在開發板上編譯了 13. 要存取Memory裝置的話需要切換到root,輸入以下指令來編譯,並且設定GPIO函式庫的路徑 sudo -i cd make export LD_LIBRARY=$LD_LIBRARY: 复制代码接下來可以開始測試了 14. 將餵食器下方的雙面泡棉膠黏貼在不鏽鋼鍋墊上,來實際測試轉動餵食的情況如何,ULN2003驅動模組連接步進馬達和開發板 Fig.6 將餵食器黏貼,出口剛好在不鏽鋼鍋墊兩鐵條間隔上開發板,ULN2003驅動模組和步進馬達連接,即接線如下: GPIOE3 <=> IN1 GPIOE2 <=> IN2 GPIOB18 <=> IN3 GPIOC0 <=> IN4 5V <=> V+ GND <=> V- 复制代码 Fig.7 接線好的實品圖 15. 輸入以下指令來測試 ./motor 24 0 0 1 复制代码其中因為開啟了測試模式,因此前兩參數忽略,而每分鐘0秒時候,餵食一次,注意要確實傳入共四個參數,否則會有錯誤 16. 觀察來回轉動180度以後,掉落在紙張上的飼料量,完成這部分設計 Fig.8 掉落適量的飼料,即完成自動餵食的設計 ` 0
2016-3-15 20:08:01　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 【LeMaker Guitar试用体验】居家水族箱 (2) 4613 • 【LeMaker Guitar试用体验】居家水族箱 (3) 5072 • 【LeMaker Guitar试用体验】居家水族箱 (4) 和結語 5060 • 水族箱中的TDS测量开源分享 0 • 水族箱配电器的原理结构 2442 • DIY水族箱控制器 1131 • 基于Atlas Scientific的水族箱蒸发补水系统 0 • 水族箱控制器开源项目 1 • 【LeMaker Guitar试用体验】1 开箱评测 7655 • 自制简易的水族箱温控器 11445