AMP-001 Arduino微项目实践 - 串口LED温湿度控制

AMP-001.jpg

通过这篇文章,可以了解到以下内容:

  • 利用 Arduino 使用 5050全彩 LED 和 DTH11 温湿度传感器
  • 利用 USB 与 Arduino,实现电脑与 Arduino 串口通讯
  • 通过发送特定指令,控制 LED 变色以及获取温湿度数据

Arduino 与传感器接线方法

在这个 Arduino 微项目实践中,我们用到的传感器有两个:

  • DTH11 温湿度传感器
  • 5050 RGB LED 彩灯

DTH 温湿度传感器的使用方法很简单,可以参考购买传感器时商家提供的资料,或者参考我的另外一篇文章 《Arduino使用DHT11温湿度传感器获取环境温湿度》 来了解 DTH11 的使用。

5050 RGB 彩色 LED 灯,是一种把彩灯封装好的一个彩灯模块,模块上有 4 个引脚,分别是 GND R G B ,使用时,将模块上的 GND 与 Arduino 的 GND 相连接,然后 RGB引脚分别接到 Arduino 的三个数字输出 Pin 引脚,然后在 Arduino 中通过PWM驱动即可。
注意 由于 Frizing 的元件库中并没有找到国内网上常见的那种 5050 RGB LED 模块原件,因此找了一个类似的替代,在具体实践的时候,应根据自己购买的模块说明连接使用。

以下是 Arduino 电路连接示意图:

5050lED_DHT11.jpg

我们将 Arduino 的 Pin 9 ~ 11 分别连接 LED 模块的 G B R 引脚,Arduino GND 连接到 GND 模块上。DHT11模块 VCC 与 Arduino 5V 相连,GND 与 Arduino GND 相连,DATA 与 Arduino Pin 2 相连。这样,我们即完成了 Arduino 电路的连接。注意 实际实践的时候,需要根据自己购买的模块不同响应调整。

Arduino 代码编写

Arduino 程序主要有几个难点,分别是:

  • 如何处理 Serial 输入,识别不同的命令进行处理
  • LED 灯控制的技巧
  • 获取温湿度数据

处理 Serial 输入

使用 Serial 传输数据,主要用到以下几个方法:

下面简单介绍以下这三个方法的使用。
Serial.read() 用于返回 Serial 中的一个字节,如果没有可以返回的数据,则返回 -1,我们将会使用这个方法来获取 Serial 中的内容。
Serial.available() 用于检查 Serial 中剩余的数据,我们可以通过这个方法来检测是否由数据在 Serial 中。
Serial.parseInt() 用于解析 Serial 中的数值数据,将其转换为 int ,在这个项目中,我们将用这个方法来获取 LED 灯的颜色参数值。

接下来,我们面前有两个问题需要解决:

  • Arduino 要如何判断我们的命令意图
  • 如何返回程序的返回值

要使得 Arduino 能够处理 LED 灯变色,或者返回温湿度传感器的测量数据,首先要给 Arduino 发出不同的指令,然后 Arduino 通过判断不同的指令来作出相应的处理才能实现我们想要的结果。
因此,我们可以选择使用指令的第一个字母来判别不同的功能,在这个项目中,我们可以用 L 来表示进入 LED 灯控制模式,D 表示进入温湿度数据读取模式。除此之外,我们还需要识别出命令的尾部,从而结束一行命令的解析,这里我们用换行 \n 来标记一条命令的结束。
这样,我们就基本解决了如何判断命令意图的问题,到这一步为止,我们的程序大致如下:

while(Serial.available() > 0){
        char incomeByte = Serial.read();
        if (incomeByte == 'L') {
            // 进入 LED 控制部分

            if (Serial.read() == '\n') {
                // 命令结束,处理
            } else {
                // 不符合指令输入要求,返回错误处理
            }
        } else if (incomeByte == 'D') {
            // 温湿度数据读取处理
        }
}

我们现在已经解决了指令的识别,但还存在一个问题,就是加入输入的命令既不是 LED 控制,也不是温湿度数据获取,那么理想状态下应该会返回一个错误值。我们这里将采取通过判断 \n 来识别出指令的尾部,如果没有成功进入 LED 控制或者温湿度获取,而且 Serial 读取到指令尾部,那么我们就返回一个错误的返回值。程序实例如下:

while(Serial.available() > 0){
        char incomeByte = Serial.read();
        if (incomeByte == 'L') {
            // 进入 LED 控制部分

            if (Serial.read() == '\n') {
                // 命令结束,处理
            } else {
                // 不符合指令输入要求,返回错误处理
            }
        } else if (incomeByte == 'D') {
            // 温湿度数据读取处理
        } else if (incomeByte == '\n') {
                // 返回错误
            }
}

到这里为止,我们就已经完成指令识别的功能。

LED 灯控制的技巧

我们所使用的 5050 RGB LED 模块,通过 PWM 驱动从而实现变色的,我们可以为 LED 变色编写一个方法,输入三个 0 ~ 255 的颜色参数,然后实现变色,方法代码如下:

boolean setLedColor(int red, int green, int blue)
{
    analogWrite(redPin, red);
    analogWrite(greenPin, green);
    analogWrite(bluePin, blue);
    return true;
}

这里有一点需要注意,因为用户的输入未必是 0 ~ 255 的数值,因此我们在使用这个变色方法之前,需要先对用户的输入进行过滤,代码示例如下:

  // 获取 R G B 用户输入
  int red = Serial.parseInt();
  int green = Serial.parseInt();
  int blue = Serial.parseInt();
  // 过滤用户输入
  redVal = constrain(red, 0, 255);
  greenVal = constrain(green, 0, 255);
  blueVal = constrain(blue, 0, 255);

这样,我们就完成了对 LED 灯的控制部分程序编写了。

温湿度数据获取

温湿度数据获取也比较简单,我们首先要检查温湿度传感器是否正常,然后再进行获取数据,检查传感器的示例代码如下:

int chk = DHT11.read(dth11Pin);
if (chk == DHTLIB_OK) {
    // 传感器正常
    } else {
    // 传感器出现问题
}

接下来,我们像控制 LED 变色一样,编写一个获取并输出温湿度数据的方法,示例代码如下:

void printHT()
{
    Serial.print("Status: 1, Data: {");
    Serial.print((float)DHT11.humidity, 2);
    Serial.print(',');
    Serial.print((float)DHT11.temperature, 2);
    Serial.print("}\n");
}

我们这里选择直接通过 Serial 输出,其中输出信息包括 Status: 1 的正确标识,然后 Data 中返回第一个返回值是湿度,第二个返回值是温度。

到这里为止,我们的 Arduino 程序就基本完成了,完整的代码入下:

/*
File : ComLEDHtSenSer.ino
Date : 2017-9-13
Author : Yan Wong (speculatecat)
Description : The program is a demo for using com serial to control the LED color and get the tempture and humidity form DHT11 senser.
 */
#include <dht11.h>

dht11 DHT11;

// Define RGB pin
const int redPin = 11;
const int bluePin = 10;
const int greenPin = 9;

// Define DTH11 pin
const int dth11Pin = 2;

// Store LED color, default RGB - 255,255,255
int redVal = 255;
int blueVal = 255;
int greenVal = 255;

void printStatus(boolean flag)
{
    Serial.print("Status:");
    Serial.print(flag);
    Serial.print('\n');
}

void printHT()
{
    Serial.print("Status: 1, Data: {");
    Serial.print((float)DHT11.humidity, 2);
    Serial.print(',');
    Serial.print((float)DHT11.temperature, 2);
    Serial.print("}\n");
}

boolean setLedColor(int red, int green, int blue)
{
    analogWrite(redPin, red);
    analogWrite(greenPin, green);
    analogWrite(bluePin, blue);
    return true;
}

void setup()
{
    // Set Serial port - 9600
    Serial.begin(9600);
    // Set LED pin model
    pinMode(redPin, OUTPUT);
    pinMode(bluePin, OUTPUT);
    pinMode(greenPin, OUTPUT);
}

void loop()
{
    boolean flag = false;
    while(Serial.available() > 0){
        char incomeByte = Serial.read();
        if (incomeByte == 'L') {
            // The first byte from serial is 'L', mean enter LED color change model.
            int red = Serial.parseInt();
            int green = Serial.parseInt();
            int blue = Serial.parseInt();

            if (Serial.read() == '\n') {
                // The end of command is '\n'.
                redVal = constrain(red, 0, 255);
                greenVal = constrain(green, 0, 255);
                blueVal = constrain(blue, 0, 255);
                if (setLedColor(redVal, greenVal, blueVal)) {
                    flag = true;
                    printStatus(flag);
                }
            } else {
                printStatus(flag);
            }
        } else if (incomeByte == 'D') {
            // Get humidity and temperature from dht11.
            int chk = DHT11.read(dth11Pin);
            if (chk == DHTLIB_OK) {
                printHT();
            } else {
                printStatus(false);
            }
        } else if (incomeByte == '\n') {
            // Error command, return false.
            printStatus(flag);
        }
    }
}

接下来,我们将程序编译好上传到 Arduino 即可。

项目演示

Arduino 和各个模块正确连接,并上传好 Arduino 程序后,我们就可以通过串口监视器来与 Arduino 进行通信。以下是串口监视器的部分通信截图:

Arduino Serial Output.jpg

可以看到,如果我们输入预设没有的指令,会返回 Status: 0 的错误信息,如果发送更改 LED 颜色的指令,可以看到 Status: 1 成功的返回值,发送温湿度数据获取的指令,可以看到温湿度数据的返回。

下面是我的 Arduino 与各个模块的连接以及运行时的照片,可供参考:

Amp-001 Demo.JPG

小结

到此为止,我们这个微项目实践已经完成。我们随后还可以在这个基础上,改造成通过蓝牙控制和获取数据,或者添加程序,使得 LED 等可以根据环境的不同温湿度来呈现不同的颜色。

如果你对这个微项目实践有疑问,可以在本文回复,我会尽力回答。

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