Ćwiczenie: konstruowanie sprzętu IoT

  • 15 min

W tej lekcji dowiesz się więcej na temat sprzętu używanego w tym module. Następnie skonstruujesz urządzenie używane do monitorowania warunków jaskiniowych i sterowania wentylatorem.

Nagłówek GPIO

Ta tablica wyprowadzeń na urządzeniu Raspberry Pi jest nazywana nagłówkiem Wejścia/wyjścia ogólnego przeznaczenia (GPIO).

Photo of a Raspberry Pi 3 with the GPIO header highlighted.

Ten wszechstronny nagłówek pin obsługuje komunikację przy użyciu różnych protokołów. Więcej informacji na temat obsługiwanych protokołów znajdziesz w następnej lekcji.

Tablice do stron nadrzędnych

Tablica do stron nadrzędnych to szybkie narzędzie do tworzenia prototypów obwodów.

A half-sized breadboard with the bus strips (red) and socket strips (cyan) highlighted.

Tablica do stron nadrzędnych jest zorganizowana w wierszach i kolumnach nazywanych paskami. Paski magistrali na krawędziach (wskazane na powyższym obrazie na czerwono) zapewniają ciągłe połączenie na długości tablicy do stron nadrzędnych. Są one używane do zasilania obwodu. Paski gniazda w kierunku środka tablicy do bułki (cyjanu) umożliwiają łączenie składników bez lutowania ani przewodów.

Photo of a breadboard illustrating how connections work in socket strips.

Na przykład każde przypięcie podłączone do wiersza 1, kolumna a na poprzedniej ilustracji będzie również połączone z dowolnym przypięciem podłączonym do wiersza 1, kolumn b-e. Po drugiej stronie dzielenia kolumny wierszy 1f-j są podobnie połączone.

Możesz sparować tablicę do stron nadrzędnych z płytą podziału GPIO, aby uprościć tworzenie prototypów przy użyciu wyprowadzeń GPIO.

Mierzenie warunków środowiskowych

Aby zmierzyć temperaturę i wilgotność, użyjesz powszechnie dostępnego niskokosztowego czujnika środowiskowego BME280.

Photo of two examples of available BME280 breakouts.

Układ czujnika BME280 jest już zainstalowany na tablicy breakout. Wszystko, co musisz zrobić, to podłączyć płytę wyłącznika do magistrali między zintegrowanym obwodem (I2C) na urządzeniu Raspberry Pi. Magistrala I2C jest dostępna w nagłówku GPIO.

Uwaga

Istnieje wiele producentów breakoutów BME280. Większość projektów jest podobna, a producent nie powinien mieć żadnej różnicy w funkcjonalności. Ten moduł został skompilowany przy użyciu przykładu Adafruit w wymaganiach wstępnych. Upewnij się, że wyłącznik BME280 zawiera interfejs między zintegrowanym obwodem (I2C).

Napiwek

Większość breakoutów BME280 jest sprzedawanych bez dołączenia nagłówka pinezki. W konsekwencji większość wymaga lutowania do montażu. Jeśli nie wiesz, jak lutować, nie zniechęć! Lutowanie nie jest tak trudne, jak można pomyśleć! Istnieje wiele samouczków i filmów wideo , które ułatwiają rozpoczęcie pracy.

Kontrolki wentylatorów

Urządzenie, które zamierzasz skompilować, różni się nieco od tego, co utworzysz dla rzeczywistego urządzenia. W rzeczywistym scenariuszu użyjesz modułu przekaźnika, takiego jak ten, aby sterować mocą wentylatora:

Photo of an example of a generic 5V relay module.

Przekaźnik to przełącznik elektromagnetyczny, który umożliwia sterowanie większymi prądami przy użyciu małych prądów. Gdy mały prąd jest przekazywany przez wejście niskiego napięcia na przekaźniku, aktywuje przełącznik. Aktywowanie przełącznika kończy inny obwód.

Rzeczywiste urządzenie może używać tego przekaźnika do kontrolowania zasilania wentylatora. Wentylator wystarczająco duży, aby utrzymać wilgotność w jaskini, zwykle wymaga dużego prądu AC. W celach bezpieczeństwa i koncentrować się na kodzie urządzenie będzie używać diody LED do reprezentowania przekaźnika. Podświetlona dioda LED będzie wskazywać, że przekaźnik jest "włączony".

Aby aktywować diodę LED, kod aktywuje wyprowadzenie gpIO dla danych wyjściowych. Wyprowadzenie GPIO wyśle prąd do diody LED, która będzie świecić. Jest to ten sam proces, którego należy użyć do wysyłania prądu do przekaźnika i aktywowania przełącznika.

Ćwiczenie: konstruowanie urządzenia IoT

Zamierzasz utworzyć urządzenie przy użyciu tablicy do stron nadrzędnych. Ukończona tablica do stron nadrzędnych powinna wyglądać podobnie do poniższego diagramu.

Fritzing diagram illustrating the breadboard solution.

Zapoznaj się z powyższym diagramem podczas konstruowania urządzenia.

  1. Umieść podział GPIO i podział BME280 na tablicy do stron nadrzędnych, jak pokazano.

  2. Przewody skoczek położenia na tablicy do stron nadrzędnych, aby podłączyć BME280 do wyłącznika GPIO.

    Wyprowadzenia gpIO Numer PIN podziału BME280 Kolor diagramu
    3.3V VIN (czasami oznaczony jako 3V3) Czerwony
    Uziemić GND Black
    SDA SDI (czasami oznaczone sdA) Niebieskie
    SCL SCK (czasami oznaczone SCL) Orange (Pomarańczowy)

  3. Przewody skoczek położenia na tablicy do stron nadrzędnych, aby podłączyć diodę LED do wyłącznika GPIO.

    Połączenie to... ... do tego Kolor diagramu
    Wyprowadzka GPIO 21 Węzeł LED
    (dłuższa, dodatnia przewaga)    		 Green (Zielony)
    Katoda LED
    (krótsza, ujemna przewaga)    		 Rezystora 1,0K ohm
    (dowolny koniec)    		 Nie dotyczy
    Rezystora 1,0K ohm
    (inny koniec)    		 Uziemić Brak

    Uwaga

    Potrzebujesz rezystora, aby upewnić się, że dioda LED nie jest spalona z powodu nadmiernego prądu. Nie potrzebujesz rezystora w rzeczywistym scenariuszu przekaźnika.

Photo of a completed breadboard prototype.

Połączenie urządzenia Raspberry Pi

Gdy urządzenie Raspberry Pi jest wyłączone, użyj kabla wstążki, aby podłączyć wyłącznik GPIO do nagłówka GPIO urządzenia Raspberry Pi. Włącz urządzenie Raspberry Pi.

W następnej lekcji dowiesz się więcej o bibliotekach IoT platformy .NET.