Skip to content

Latest commit

 

History

History
335 lines (184 loc) · 20.1 KB

lab4_2_RPIProg.md

File metadata and controls

335 lines (184 loc) · 20.1 KB

Програмна інженерія в системах управління. Лабораторний практикум. Автор і лектор: Олександр Пупена

<- до лаборних робіт на основну сторінку курсу
<-1 частина

Лабораторна робота №4. Основи роботи з Raspberry PI3

Рекомендується попередньо ознайомитися з матеріалами лекції по RPI за посиланням.

2. Основи проектування, розробки та документація систем на базі Raspberry Pi з використанням GPIO.

Перелік апаратних засобів, необхідних для лабораторної роботи.

Найменування Кількість Примітка
Raspberry PI 1 У комплекті з блоком живлення та картою пам'яті
Макетна плата 170 1 або аналогічна
Ультразвуковий датчик відстані HC-SR04 1
Датчик температури на 1-Wire DS18B20 1
Світлодіод 1
Резистор 1 кОм 1
Резистор 10 кОм 1
Провід dupont (мама-тато) 6 бажано 2 чорні, червоний, зелений і білий

Проектування з використанням Fritzing

2.1. Завантаження Fritzing.

Завантажте на ПК безкоштовну бета-версію середовища проектування Fritzing за даним посиланням або офіційну платну версію з офіційного сайту

2.2. Завантаження бібліотеки зображень RPI3.

Завантажте на ПК бібліотеку RPI3 з іменем Raspberry Pi 3_3.fzpz для Fritzing за [посиалнням](https://fritzing.org/media/fritzing-repo/projects/r/raspberry-pi-3/fritzing/Raspberry Pi 3_3.fzpz). Обговорення бібліотеки на форумі доступне за посиланням

2.3. Запуск, налаштування Fritzing та встановлення бібліотеки RPI3.

Розпакуйте архів та запустіть Fritzing.exe. Імпортуйте файл з іменем Raspberry Pi 3_3.fzpz з панелі Parts, як це показано на рисунку

Через меню Edit->Prefernces Ви можете вибрати найзручнішу для Вас мову інтерфейсу

2.4. Розміщення елементів на платі для схеми керування діодом.

Активуйте режим відображення макетної плати через менюView->Show BreadBoard, або натиснувши відповідну вкладку. На панелі Parts перейдіть в розділ Mine, перенесіть туди RPI3

У розділі CORE панелі інструментів Parts виберіть два елементи:

  • Basic -> Resistor

  • Output -> RED LED

У налаштуваннях резистора вкажіть опір 1 Ком (Resistance = 1kΩ).

2.5. Реалізація схеми підключення .

Перейдіть на вкладку Shematic View->Show Schematic, або натиснувши відповідну вкладку. Розмістіть на схемі елементи, щоб схема була більш читабельною, використовуючи команди з контекстного меню Flip vertical, Rotate і т.п. З'єднайте елементи на схемі, як показано на рисунку.

У налаштуванні провідників виберіть колір, для підключення GPIO4 до LED1 - червоний, для підключення R1 до GND - чорний.

2.6. Коригування схеми підключення на платі .

Перейдіть на режим відображення макетної плати. З'єднайте контакти, які обозначені пунктиром. Змініть кольори провідників.

Використовуючи Edit -> Add Note добавте коментар до схеми Схема Прізвище Ім''я, де вкажіть своє прізвище.

2.7. Збереження проекту та експорт схем

Збережіть файл проекту з іменем Diod_Name, де замість Name вкажіть своє прізвище латинськими літерами.

У папці проекту Git, яка була створена для лабораторної роботи 3, що має зв'язок з GitHub (наприклад C:\Users\username\.node-red\projects\project1) , створіть папку Lab4 а в ній папку Schemas.

Експортуйте у папку Lab4 кілька файлів з проекту:

  • перемкніть на панель макетної плати Breadboard та експортуйте список деталей File -> Export -> List of Parts
  • та експортуйте схему у вигляді PNG File -> Export -> as Image -> PNG...
  • перемкніть на панель схеми Schematic та експортуйте схему у вигляді PNG File -> Export -> as Image -> PNG...

Реалізація та перевірка: підключення та керування діодом

2.8. Збірка та перевірка схеми.

Вимкніть Raspberry PI, якщо він включений.

Подивіться уважно на реальне розміщення контактів GPIO:

Попросіть у викладача необхідні елементи, та підключіть їх, відповідно до розробленої схеми. Уважно перевірте підключення.

2.9. Перевірка схеми викладачем.

Покличте викладача, щоб він перевірив схему. Якщо схема одобрена, перейдіть до наступного пункту.

2.10. Увімкнення та первинні налаштування RPI.

Увімкніть RPI. За допомогою VNC зайдіть на робочий стіл RPI.

Зайдіть в меню Налаштування -> Raspberry Pi Configuration і на вкладці Interfaces активуйте Remote GPIO.

2.10.1. Ручний запуск Node-RED.

Для запуску Node-RED на RPI3 використовується команда у вікні терміналу

node-red-start

Якщо закрити вікно терміналу (або натиснути Ctrl + C), то Node-RED все одно продовжить працювати, але в фоновому режимі. Щоб зупинити Node-RED, запустіть команду

node-red-stop

Також Node-RED припинить свою роботу після перезавантаження RPI3.

Щоб відкрити вікно редактора в браузері необхідно прописати IP-адресу та номер порту 127.0.0.1:1880.

2.10.2. Автоматичний запуск Node-RED.

Автозапуск Node-RED краще робити за допомогою вбудованого демона systemd. Попередньо встановлена версія робить це за допомогою файлу «nodered.service», а також за допомогою скриптів запуску і зупинки. Їх можна встановити за допомогою наступних команд:

sudo wget https://raw.githubusercontent.com/node-red/raspbian-deb-package/master/resources/nodered.service -O /lib/systemd/system/nodered.service
sudo wget https://raw.githubusercontent.com/node-red/raspbian-deb-package/master/resources/node-red-start -O /usr/bin/node-red-start
sudo wget https://raw.githubusercontent.com/node-red/raspbian-deb-package/master/resources/node-red-stop -O /usr/bin/node-red-stop
sudo chmod +x /usr/bin/node-red-st*
sudo systemctl daemon-reload

Ці команди запускаються користувачем root (sudo). Вони завантажують три файли , роблять два скрипта виконуваними, а потім перезавантажують демона systemd.

Далі, щоб налаштувати автозапуск Node-RED при кожному завантаженні виконайте команду:

sudo systemctl enable nodered.service

Відключити автозапуск можна за допомогою такої команди:

sudo systemctl disable nodered.service

Перезавантажте RPI3 і переконайтесь що Node-RED запускається автоматично при старті системи. Якщо ні повторіть попередні пункти.

2.11. Створення програми та перевірка програми для Node-RED.

Зайдіть на сторінку програмування Node-RED на RPI3. Створіть програму для керування діодом.

Перевірте роботу програми натискаючи Inject TRUE а потім Inject FALSE

2.12. Вивід кнопок включення/виключення на Веб-інтерфейс

Встановіть бібліотеку node-red-dashboard , якщо вона ще не була встановлена.

Самостійно реалізуйте керування кнопками вкл/откл з графічного Веб-інтерфейсу.

Розробка документації .

2.13. Збереження вигляду та коду програми користувача.

Зробіть копію екрану програми. Використовуючи графічний редактор виріжіть робочу частину програми і збережіть в форматі PNG на ПК в папці проектуLab4.

Зробіть експорт потоку як форматований JSON та завантажте через кнопку Download. Збережіть в папці проекту Lab4 з назвою diod.json.

2.14. Завантаження та встановлення Typora (або аналогічного).

Завантажте та встановіть MarkDown редактор Typora або аналогічний.

  • завантажте редактор (Typora для Windows)

  • встановіть редактор

2.15. Створення файлу README.MD

У папці проекту Lab4на ПК створіть файл з назвою README.MD. Зміст файлів, які так називаються автоматично відображаються в GitHub. Цей файл буде звітом з лабораторної роботи.

2.16. Оформлення лабораторної роботи.

Повторіть матеріал лекції по MarkDown.

Відкрийте приклад оформлення лабораторної роботи та зробіть аналогічне оформлення для зробленої частини.

2.17. Завантаження матеріалів на GitHub.

Зробіть коміт та завантажте (push) проект на GitHub.

Зайдіть на GitHub в репозиторій проекту. Зайдіть в папку Lab4, там повинен відображатися Ваш звіт. Перевірте, що він дійсно відображається коректно.

За необхідності зробіть виправлення та повторіть коміт та завантаження до GitHub.

Використання датчика відстані.

Нижче наводяться кроки для підключення ультразвукового датчика відстані HC-SR04, та його використання в Node-RED.

2.18. Підключення датчика відстані до RPI.

Вимкніть живлення Raspberry PI.

Зберіть нову схему, як показано на рисунку. Уважно перевірте правильність.

Зверніть особливу увагу на найменування контактів підключення ультразвукового датчика відстані. На монтажній схемі він зображений повернуто до плати, по факту його зручніше розміщувати повернуто від плати.

Контакти датчика відстані підключені до контактів RPI:

RPI Датчики HC-SR04
+5V (pin 2) Vcc
GPIO27 (pin 13) Trig
GPIO17 (pin 11) Echo
Gnd (pin 9) Gnd

Попросіть викладача перевірити схему і у випадку підтвердження правильності, переходьте до виконання наступного пункту.

2.19. Встановлення бібліотеки node-red-node-pisrf.

У node-RED для RPI встановіть бібліотеку node-red для роботи з ультразвуковим датчиком: node-red-node-pisrf

2.20. Створення та перевірка програми користувача

Видаліть старий фрагмент програми керування світлодіодом.

Використовуючи вузол rpi srf з розділу інструментів Raspberry PI реалізуйте програму, показану на рисунку:

Зробіть розгортання проекту та первірте роботу.

Активувавши вузол Debug можна побачити данні які йдуть від датчика відстані.

2.21. Виведення на Веб-інтерфейс.

Виведіть значення на Веб-інтерфейс, використовуючи dashboard . Проаналізуйте в яких одиницях показує значення відстані.

2.22. Керування яскравістю світлодіода в залежності від відстані до об'єкта

Створіть програму, яка показана на рисунку.

img

Ця програма керує яскравістю свічення світлодіоду в залежності від відстані до об'єкту. Від 1 метру тьмяне світіння, чим ближче, тим яскравіше.

Зробіть розгортання, підводячи якийсь предмет до датчика наближення перевірте роботу програми.

2.23. Фіксація у папці проекту

  • Зробіть копію екрану програми. Використовуючи графічний редактор виріжіть робочу частину програми і збережіть в форматі PNG на ПК в папці проектуLab4 під назвою Usonic.png.

  • Зробіть експорт потоку як форматований JSON та завантажте через кнопку Download. Збережіть в папці проекту Lab4 з назвою Usonic.json.

  • Зробіть оформлення у файлі README.md, який Ви редагували до цього.

  • Зробіть коміт та завантажте (push) проект на GitHub.

  • Зайдіть на GitHub в репозиторій проекту. Зайдіть в папку Lab4, там повинен відображатися Ваш змінений звіт. Перевірте, що він дійсно відображається коректно.

  • За необхідності зробіть виправлення та повторіть коміт та завантаження до GitHub.

Підключення датчика температури по 1-Wire.

2.14. Підготовка RPI.
  • Видаліть стару програму на RPI.
  • Вимкніть живлення Raspberry PI.
  • Відключіть усі проводи з попередньої частини роботи.
2.15. Активування 1-Wire на RPI.
  • Увімкніть живлення на RPI.
  • Зайдіть через VNC на робочий стіл RPI та через налаштування активуйте 1-Wire інтерфейс.

img

  • Вимкніть живлення Raspberry PI.
2.16. Підключення датчика температури до RPI через 1-Wire.

Підключіть датчик температури відповідно до вказаної схеми.

Зверніть увагу, що використовується живлення 3,3 В а резистор номіналом 10 кОм.

img

2.17. Встановлення бібліотеки node-red-contrib-sensor-ds18b20
  • Увімкніть RPI.
  • Інсталюйте в node-red потрібну бібліотеку: node-red-contrib-sensor-ds18b20 Ця бібліотека спрощує роботу з датчиками температури ds18b20
  • перезавантажте систему
2.18. Створення та перевірка програми користувача.
  • Створіть програму, наведену на рисунку. Ідентифікатор датчика температури вибирається зі списку (повинен знайтися автоматично) .

img

  • Зробіть розгортання та перевірте її роботу.
2.19. Дооформлення роботи.

Оформіть дану частину аналогічно як в п.2.23.

<-1 частина