Miten käyttää OLED I2C -näyttöä ja gyroskoopin sensoria Arduino Nano 33 IoT:llä?

Arduino Nano 33 IoT -kortti tarjoaa erinomaisen alustan erilaisten IoT-sovellusten kehittämiseen, ja siinä on sisäänrakennettuna useita sensoreita, kuten kiihtyvyysanturi ja gyroskooppi. Tämä luku käsittelee OLED-näytön käyttöä yhdessä gyroskoopin anturin kanssa, ja se opastaa ohjelman kirjoittamisessa, joka lukee gyroskoopin dataa ja näyttää sen OLED-näytöllä.

Seuraavaksi muokataan ohjelmaa niin, että se käyttää oikeaa I2C-osoitetta OLED-näytölle. Aiemmin määritettiin, että OLED-näytön I2C-osoite on 0x3C, joten vaihda tämä osoite koodin display.begin()-komennossa, kuten kuvassa 3-12. Kun ohjelma on valmis, voit kääntää ja ladata sen Arduino Nano 33 IoT -kortille. Tällöin pitäisi näkyä muotoja OLED-näytöllä, kuten kuvassa 3-13. Jos näyttö ei reagoi, tarkista ensin I2C-osoite ja varmista, että näyttö on 128x64 pikselin kokoinen.

Kun OLED-näyttö toimii, voidaan edetä seuraavaan vaiheeseen eli gyroskoopin sensoriin. Tämän tehtävän suorittamiseksi luomme ohjelman, joka lukee gyroskoopin dataa ja näyttää sen OLED-näytöllä. Aluksi on avattava uusi Arduino-projekti ja lisättävä tarvittavat kirjastot OLED-näytön ja gyroskoopin anturin ohjaamiseen:

cpp
Copy code
#include <Wire.h>

#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <Adafruit_LSM6DS3_U.h>

Määrittelemme OLED-näytön koon, joka tässä esimerkissä on 128x64 pikseliä. Voit muuttaa koon vastaamaan omaa OLED-moduuliasi. Tämän jälkeen määrittelemme OLED-näytön ja gyroskoopin alustuskomennot, kuten:

cpp
Copy code
#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64
#define OLED_RESET 4
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);
Adafruit_LSM6DS3_U imu;

cpp
Copy code
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  if (!imu.begin()) {
    Serial.println("IMU:n alustaminen epäonnistui!");
    while (1);
  }
  if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {
    Serial.println(F("OLED-näytön allokointi epäonnistui"));
    for (;;);
  }
  display.display();
  delay(2000); // Pysäytä 2 sekunniksi
  display.clearDisplay();
}

cpp
Copy code
void loop() {
  float x, y, z;
  if (imu.gyroscopeAvailable()) {
    imu.readGyroscope(x, y, z);
    display.clearDisplay();
    display.setTextSize(1);
    display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
    display.setCursor(0, 0);
    display.print("Gyroskooppi: X, Y, Z");
    display.setTextSize(2);
    display.setCursor(0, 12);
    display.print(String(x));
    display.setCursor(0, 30);
    display.print(String(y));
    display.setCursor(0, 48);
    display.print(String(z));
    display.display();
  }
  delay(300);
}

Ohjelman suorituksen jälkeen näet gyroskoopin sensoridatan OLED-näytöllä, kuten kuvassa 3-14. Voit myös tarkastella dataa sarjaterminaalissa. Tämä vaihe mahdollistaa sen, että gyroskoopin arvot näkyvät jatkuvasti reaaliaikaisesti.

Tämän jälkeen kannattaa testata ohjelma ja nähdä, kuinka se reagoi gyroskoopin liikkeisiin. Kun data on näkyvissä OLED-näytöllä, voit hyödyntää sen esimerkiksi robottien liikkeiden seuraamiseen, kenttätestien tekemiseen tai jopa lisätä sen osaksi suurempaa IoT-sovellusta.

Endtext

Kuinka yhdistää Arduino Nano 33 IoT WiFi-verkkoon ja käyttää NTP-palvelinta

Arduino Nano 33 IoT -moduulin avulla voidaan helposti yhdistää laite WiFi-verkkoon ja käyttää erilaisia verkkopalveluja, kuten NTP (Network Time Protocol) -palvelimia. Tämä mahdollistaa Arduino-laitteiden tarkan ajan hakemisen verkosta, mikä on erityisen tärkeää monissa sovelluksissa, kuten aikaleimaamisessa ja aikarajoitteisissa prosesseissa. Tässä luvussa tarkastellaan, miten Arduino voi yhdistää WiFi-verkkoon ja käyttää verkkosivustoja sekä NTP-palvelimia.

cpp
Copy code
void scanWiFi() {
  Serial.print("Scanning...");
  byte ssid = WiFi.scanNetworks();
  Serial.print("found ");
  Serial.println(ssid);
  for (int i = 0; i < ssid; i++) {
    Serial.print(WiFi.SSID(i));
    Serial.print("\tRSSI: ");
    Serial.print(WiFi.RSSI(i));
    Serial.print(" dBm");
    Serial.print("\tEncryption: ");
    Serial.println(WiFi.encryptionType(i));
  }
  Serial.println("");
}

Tämän jälkeen voidaan määrittää LED-lamppu, joka vilkkuu skannauksen aikana ja sammuu skannauksen päätyttyä. Tämä antaa käyttäjälle visuaalisen palautteen skannauksen etenemisestä. Skannauksen jälkeen ohjelma viivästyy 15 sekunnin ajan, ennen kuin uusi skannaus aloitetaan.

cpp
Copy code
void loop() {

  digitalWrite(led, HIGH);
  scanWiFi();
  digitalWrite(led, LOW);
  delay(15000);
}

Kun WiFi-verkot on skannattu, voidaan valita tietty WiFi-verkko, johon Arduino yhdistetään. Tämä vaatii verkon SSID:n (verkon nimen) ja mahdollisen salasanan, jos verkko on suojattu. Arduino yhdistää määritettyyn verkkoon ja tulostaa yhteyden tilan sarjaporttiin. Yhteyden muodostaminen tapahtuu seuraavalla tavalla:

cpp
Copy code
void setup() {

  Serial.begin(115200);
  while (!Serial);
  if (WiFi.status() == WL_NO_MODULE) {
    Serial.println("Communication with WiFi module failed!");
    while (true);
  }
  while (status != WL_CONNECTED) {
    Serial.print("Attempting to connect to SSID: ");
    Serial.println(ssid);
    status = WiFi.begin(ssid, pass);
    delay(10000);
  }
  Serial.println("Connected to wifi");
  printWifiStatus();
}

Kun Arduino on yhdistetty verkkoon, voidaan siirtyä seuraavaan vaiheeseen, eli verkkosivuston, kuten Google, tavoittamiseen. Tämä onnistuu käyttämällä WiFiClient-objektia, joka mahdollistaa yhteyden muodostamisen palvelimeen ja HTTP-pyyntöjen lähettämisen. Seuraava koodiesimerkki näyttää, kuinka Arduino lähettää HTTP GET -pyynnön Googlelle:

cpp
Copy code
if (client.connect(server, 80)) {

  client.println("GET /search?q=arduino HTTP/1.1");
  client.println("Host: www.google.com");
  client.println("Connection: close");
  client.println();
}

Verkkosivuston hakeminen onnistuu ja tulokset tulostetaan sarjaporttiin.

Toinen mielenkiintoinen sovellus on ajankäyttö, ja tässä yhteydessä käytämme NTP (Network Time Protocol) -palvelinta, joka mahdollistaa tarkan ajan hakemisen internetistä. NTP-pyyntöjä varten käytämme WiFiUDP-kirjastoa. Tällöin Arduino voi yhdistää NTP-palvelimeen ja vastaanottaa UTC-aikavyöhykkeen mukaisen tarkan ajan.

Esimerkki NTP-koodista on seuraava:

cpp
Copy code
unsigned int localPort = 2390; // NTP-pyyntöportti

IPAddress timeServer(192, 6, 15, 28); // NTP-palvelimen IP-osoite
WiFiUDP Udp;

NTP-palvelimen kanssa kommunikointi tapahtuu UDP-protokollan avulla, ja pyyntöjen lähettäminen ja vastaanottaminen hoidetaan Udp-objektin kautta. Tämän jälkeen saamme tarkan ajan, joka voidaan tulostaa sarjaporttiin.

cpp
Copy code
Serial.print("Current time: ");
Serial.println(currentTime);

Tällainen ohjelma on hyödyllinen, jos halutaan, että Arduino laite osaa käsitellä aikaa ilman, että se tarvitsee sisäistä kelloa.

Lopuksi, vaikka tässä on käsitelty vain WiFi-yhteyksiä ja NTP-palvelinta, on hyvä ymmärtää, että nämä ovat vain pieni osa Arduino Nano 33 IoT:n mahdollisuuksia. Tämä laite pystyy liittämään monenlaisiin verkkosovelluksiin, jotka voivat sisältää kaiken IoT-sovelluksista ajastettuihin tehtäviin ja etävalvontaan. Laitteen käytettävyys ja sovellettavuus ovat lähes rajattomat, ja tarkka ohjelmointi voi avata monia mahdollisuuksia tulevaisuudessa.

Miten luoda yhteys NTP-palvelimeen ja käyttää WiFi-yhteyttä Arduino Nano 33 IoT:ssä

Arduino Nano 33 IoT on tehokas alusta IoT-sovellusten kehittämiseen, ja sen avulla voidaan helposti muodostaa yhteys verkkoon sekä lähettää ja vastaanottaa tietoa eri palvelimilta. Tämä esimerkki käsittelee NTP-palvelimen (Network Time Protocol) käyttämistä ajan synkronointiin ja yksinkertaisen IoT-sovelluksen luomista, jossa ohjataan LED-valoja verkkosivun kautta.

Arduino-ohjelmointi alkaa perusasetuksilla. Aluksi määritellään NTP-palvelimen IP-osoite, pakettikoko ja tarvittavat muuttujat. Tässä käytetään esimerkiksi NTP-palvelimen osoitetta 129.6.15.28, ja määritellään, että NTP-paketti on 48 tavun kokoinen. Kun ohjelma käynnistyy, avataan sarjaportti ja WiFi-yhteys.

cpp
Copy code
IPAddress timeServer(129, 6, 15, 28); // NTP-palvelimen IP-osoite

const int NTP_PACKET_SIZE = 48; 
byte packetBuffer[NTP_PACKET_SIZE]; 
WiFiUDP Udp;

Ohjelman setup()-funktiossa aluksi käynnistetään sarjaportti ja tarkistetaan WiFi-moduulin yhteys. Mikäli WiFi-yhteyttä ei saada muodostettua, ohjelma pysähtyy virheilmoitukseen. Tämän jälkeen WiFi-verkkoon yhdistetään määrittelemällä SSID ja salasana. Kun yhteys on muodostettu, käynnistetään UDP-protokolla.

cpp
Copy code
void setup() {

    Serial.begin(9600); 
    while (!Serial) { ; } // Odotetaan, että sarjaportti on valmis
    if (WiFi.status() == WL_NO_MODULE) {
        Serial.println("WiFi-moduulin yhteys epäonnistui!");
        while (true);
    }
    String fv = WiFi.firmwareVersion();
    if (fv < "1.0.0") {
        Serial.println("Päivitä laiteohjelmisto!");
    }
    while (status != WL_CONNECTED) {
        Serial.print("Yhdistetään verkkoon: ");
        Serial.println(ssid);
        status = WiFi.begin(ssid, pass);
        delay(10000);
    }
    Serial.println("Yhdistetty WiFi-verkkoon");
    printWifiStatus();
    Serial.println("\nYhteys NTP-palvelimeen...");
    Udp.begin(localPort);
}

Seuraavaksi ohjelma siirtyy loop()-funktioon, jossa lähetämme NTP-paketin ja odotamme palvelimen vastausta. Kun palvelin vastaa, paketti luetaan ja tallennetaan packetBuffer-muuttujaan. NTP-palvelimelta saatu data käsitellään ja muutetaan Unix-ajanmuotoon. Tämä mahdollistaa sen, että voimme näyttää tarkan UTC-ajan.

cpp
Copy code
void loop() {

    sendNTPpacket(timeServer); 
    delay(1000); 
    if (Udp.parsePacket()) {
        Serial.println("Paketti vastaanotettu");
        Udp.read(packetBuffer, NTP_PACKET_SIZE);
        unsigned long highWord = word(packetBuffer[40],  packetBuffer[41]);

        unsigned long lowWord = word(packetBuffer[42],  packetBuffer[43]);

        unsigned long secsSince1900 = highWord << 16 | lowWord;
        Serial.print("Sekunteja 1. tammikuuta 1900 jälkeen: ");
        Serial.println(secsSince1900);
        const unsigned long seventyYears = 2208988800UL;
        unsigned long epoch = secsSince1900 - seventyYears;
        Serial.print("Unix-aika = ");
        Serial.println(epoch);
        Serial.print("UTC aika on ");
        Serial.print((epoch % 86400L) / 3600);
        Serial.print(':');

        if (((epoch % 3600) / 60) < 10) { Serial.print('0'); }

        Serial.print((epoch % 3600) / 60);
        Serial.print(':');
        if ((epoch % 60) < 10) { Serial.print('0'); }
        Serial.println(epoch % 60); 
    }
    delay(10000);
}

NTP-paketin lähettäminen ja vastaanottaminen toteutetaan sendNTPpacket()-funktiossa, jossa määritellään kaikki tarvittavat arvot pakettiin. Tämä paketti lähetetään NTP-palvelimelle porttiin 123.

cpp
Copy code
unsigned long sendNTPpacket(IPAddress& address) {

    memset(packetBuffer, 0, NTP_PACKET_SIZE); 
    packetBuffer[0] = 0b11100011;  
    packetBuffer[1] = 0;     
    packetBuffer[2] = 6;     
    packetBuffer[3] = 0xEC;  
    packetBuffer[12] = 49;   
    packetBuffer[13] = 0x4E;   
    packetBuffer[14] = 49;    
    packetBuffer[15] = 52;   
    Udp.beginPacket(address, 123); 
    Udp.write(packetBuffer, NTP_PACKET_SIZE); 
    Udp.endPacket(); 
}

WiFi-statuksen tulostaminen voidaan tehdä printWifiStatus()-funktiolla, jossa näytetään nykyinen SSID, IP-osoite ja signaalin vahvuus.

cpp
Copy code
void printWifiStatus() { 
    Serial.print("SSID: "); 
    Serial.println(WiFi.SSID()); 
    IPAddress ip = WiFi.localIP(); 
    Serial.print("IP-osoite: "); 
    Serial.println(ip); 
    long rssi = WiFi.RSSI(); 
    Serial.print("Signaalin vahvuus (RSSI):"); 
    Serial.print(rssi); 
    Serial.println(" dBm"); 
}

Kun NTP-aika on saatu ja se on muunnettu Unix-ajaksi, voimme esittää sen käyttäjälle selkeästi. Tämä on erityisen tärkeää IoT-sovelluksissa, joissa tarkka aikaleima voi olla elintärkeä monille toiminnoille.

On tärkeää muistaa, että tällaisissa sovelluksissa on otettava huomioon myös turvallisuus, erityisesti kun IoT-laitteet altistetaan internetiin. Yksinkertaisilla protokollilla ja salaamattomilla yhteyksillä voi olla vakavia turvallisuusriskejä, joten on suositeltavaa ottaa käyttöön vahvat salausmenetelmät ja autentikointi.