4.08.1. Лабораторная работа №4.8.1.md

Командный центр

Тема работы

До сих пор мы использовали последовательный порт (Serial) в основном для односторонней связи — Рудирон отправлял нам отладочную информацию. В этой лабораторной работе мы организуем полноценный двусторонний диалог! Мы создадим свой собственный текстовый протокол и напишем программу, которая будет принимать команды с компьютера и управлять целой группой устройств: светодиодом, RGB-светодиодом и вентилятором.

Цель

Научиться принимать и обрабатывать команды, отправленные с компьютера через монитор порта.
Разработать и реализовать простой текстовый протокол для управления устройствами.
Освоить функции Serial.readStringUntil() и String.substring() для парсинга (разбора) команд.
Создать многофункциональное устройство, управляемое удалённо.

Оборудование и материалы

Отладочная плата Рудирон.
Макетная плата и модуль питания, батарея 9В.
1 вентилятор и 1 биполярный NPN-транзистор (например, BC337).
1 RGB-светодиод и 3 резистора по 220 Ом.
1 обычный светодиод и 1 резистор 220 Ом.
1 резистор на 1 кОм (для базы транзистора).
Соединительные провода и USB-кабель.
Компьютер с Arduino IDE.

Ход работы

Разработка нашего протокола

Чтобы Рудирон понимал наши команды, нужен строгий формат — протокол. Наш протокол будет очень простым - команда состоит из одной буквы-идентификатора и числовых параметров.
- L<яркость> — управление обычным светодиодом. Пример: L128 — установить яркость 128 (из 255).
- V<скорость> — управление вентилятором. Пример: V255 — включить вентилятор на полную скорость.
- C<красный>,<зелёный>,<синий> — управление цветом RGB-светодиода. Пример: C255,0,128 — установить пурпурный цвет.
Сборка схемы

Мы соберём большую схему, объединяющую несколько наших прошлых проектов.
- Питание. Используйте внешний источник 5В от модуля питания. Соедините земли (GND) Рудирона и модуля питания.
- Вентилятор. Подключите через NPN-транзистор к пину 20.
  - Красный провод (+) вентилятора — к шине 5V.
  - Чёрный провод (−) вентилятора — к Коллектору (C) транзистора.
  - Эмиттер (E) транзистора — к GND.
  - Базу (B) транзистора через резистор 1 кОм — к пину 20 Рудирона.
- RGB-светодиод. Подключите красный, зелёный и синий каналы через резисторы 220 Ом к ШИМ-пинам 5, 7, 8. Общий катод — к GND.
- Обычный светодиод. Подключите через резистор 220 Ом к ШИМ-пину 12.

Написание и загрузка кода

Установите перемычку PRG | RUN в положение PRG.

В Arduino IDE введите следующий код:

// Пины для устройств
const int ledPin = 12;
const int fanPin = 20;
const int redPin = 5;
const int greenPin = 7;
const int bluePin = 8;

void setup() {
  Serial.begin(115200); // Используем высокую скорость
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  pinMode(fanPin, OUTPUT);
  pinMode(redPin, OUTPUT);
  pinMode(greenPin, OUTPUT);
  pinMode(bluePin, OUTPUT);
  Serial.println("Командный центр Рудирон готов!");
  Serial.println("Примеры команд: L128, V255, C255,0,128");
}

void loop() {
  // Проверяем, пришла ли новая команда с компьютера
  if (Serial.available() > 0) {
  // Читаем всю строку до символа новой строки
  String input = Serial.readStringUntil('\n');
  // Удаляем возможные пробелы в начале и конце
  input.trim(); 

  // Получаем первый символ - это наша команда
  char command = input.charAt(0);
  // Получаем остальную часть строки - это параметры
  String params = input.substring(1);

  // Используем switch для выбора действия
  switch (command) {
      case 'L': {
        int brightness = params.toInt();
        analogWrite(ledPin, brightness);
        Serial.println("OK! Яркость светодиода изменена.");
        break;
      }
      case 'V': {
        int speed = params.toInt();
        analogWrite(fanPin, speed);
        Serial.println("OK! Скорость вентилятора изменена.");
        break;
      }
      case 'C': {
        // Парсинг RGB - это чуть сложнее
        int firstComma = params.indexOf(',');
        int secondComma = params.indexOf(',', firstComma + 1);

        if (firstComma > 0 && secondComma > 0) {
          String r_str = params.substring(0, firstComma);
          String g_str = params.substring(firstComma + 1, secondComma);
          String b_str = params.substring(secondComma + 1);

          int r = r_str.toInt();
          int g = g_str.toInt();
          int b = b_str.toInt();

          analogWrite(redPin, r);
          analogWrite(greenPin, g);
          analogWrite(bluePin, b);
          Serial.println("OK! Цвет RGB изменен.");
        } else {
          Serial.println("Ошибка! Неверный формат цвета. Пример: C255,0,128");
        }
        break;
      }
      default:
        Serial.println("Ошибка! Неизвестная команда.");
        break;
  }
  }
}

Нажмите кнопку «Upload», чтобы загрузить код на плату.

Проверка работы
- Откройте Монитор последовательного порта (Tools → Serial Monitor).
- В правом нижнем углу установите скорость 115200 бод и режим Newline.
- Вводите команды в строку отправки и нажимайте Enter:
  - L255 — светодиод загорится на полную яркость.
  - V128 — вентилятор закрутится на половине скорости.
  - C0,255,255 — RGB-светодиод станет голубым.
  - V0 — вентилятор остановится.

Результаты

Вы создали универсальный пульт управления! Ваша программа принимает текстовые команды, анализирует их и выполняет соответствующие действия, управляя сразу несколькими устройствами.

Анализ результатов

Serial.readStringUntil('\n'). Эта удобная функция читает все символы из порта, пока не встретит символ новой строки, который отправляется при нажатии Enter в мониторе порта.
input.charAt(0). Получаем первый символ строки-команды.
input.substring(1). «Вырезаем» из строки всё, кроме первого символа, чтобы получить параметры.
params.toInt(). Преобразует строку с параметрами в целое число.
params.indexOf(','). Для команды C мы ищем позиции запятых, чтобы разделить строку на три части — для красного, зелёного и синего.

Выводы

В этой лабораторной работе вы освоили двусторонний обмен данными с Рудироном через UART. Вы научились создавать простые текстовые протоколы, которые являются основой для взаимодействия с другими микроконтроллерами, компьютерами или даже веб-сервисами.

Вопросы для самопроверки

Что такое протокол связи?
Почему для этого проекта мы выбрали высокую скорость порта (115200)?
Как работает парсинг команды для RGB-светодиода?
Как можно улучшить наш протокол? (Подсказка, что, если пользователь введёт L500 или C100,200 без третьей цифры?).
Придумайте и опишите новую команду для нашего протокола. Например, команду B (Blink), которая заставит обычный светодиод мигнуть 5 раз.

Вы научились создавать собственный язык для общения с Рудироном! В следующем параграфе мы изучим интерфейс I2C, который позволяет подключить к микроконтроллеру целую гирлянду датчиков, используя всего два провода.

imgs