So bauen Sie eine smarte Lampe mit einem Analog Discovery Pro und Pmods

In diesem Projekt geht es darum, eine Lampe mithilfe einer Anwendung auf einem Android Smartphone ein- und auszuschalten und ihre Farbe zu ändern. Der Datenaustausch findet dabei über Bluetooth Low Energy (BLE) statt. Die Lampe wird von einer Batterie gespeist, die von einem Analog Discovery Pro (AD Pro) von Digilent geladen werden kann.

Das Projekt verwendet eine 5 mm RGB LED als Lampe, ein Pmod BLE für die Kommunikation und ein Pmod ALS für die Umgebungslichtmessung. Zusätzlich werden ein Pmod DA1 und ein Pmod OD1 für die Steuerschaltung genutzt. Weitere Teile wie ein USB-Anschluss, eine programmierbare Stromquelle, ein Operationsverstärker und einige Widerstände werden ebenfalls benötigt, ebenso zum Testen die kostenlose WaveForms-Software von Digilent.

Herunterladen und Testen der Bibliotheken

Der erste Schritt besteht darin, die HAL-Bibliothek (Hardware Abstraction Layer) für das Analog Discovery Pro von der Website von Digilent herunterzuladen. AD Pro wird durch ein Python-Skript über das WaveForms SDK (Software Development Kit) gesteuert. Kopieren Sie alle Dateien in einen neuen Ordner Ihrer Wahl. Bitte beachten Sie, dass nicht alle Funktionen in den Modulen getestet wurden, so dass Fehler auftreten können. Verwenden Sie die Pakete verantwortungsbewusst.

Als Nächstes kopieren Sie die Datei dwfconstants.py aus dem WaveForms-Installationspfad ebenfalls in den Ordner. Diese Datei enthält alle Konstanten, die für jedes WaveForms-Instrument benötigt werden. Danach laden Sie die Bibliotheksdateien für die Pmods herunter, welche die Hardware steuern. Legen Sie die Dateien in einem neuen Ordner ab.

Jetzt ist es an der Zeit, die Bibliotheken zu testen. Die notwendigen Testskripte sind hier verfügbar. Kopieren Sie sie in dasselbe Verzeichnis, indem sich auch die HAL- und Pmod-Ordner befinden, und führen Sie die Skripte anschließend nacheinander aus. Während Sie das Pmod BLE prüfen, stellen Sie sicher, dass Sie Googles BLE-Scanner-Anwendung ausführen, um die MAC-Adresse und die UUID des Pmod BLE zu erkennen. Notieren Sie sich diese Daten, da Sie sie später noch benötigen.

Entwerfen der Mobiltelefonanwendung

Nun ist es an der Zeit, die Android-Applikation zu erstellen. Entwickeln Sie mit Hilfe des MIT App Inventors eine Benutzeroberfläche (User Interface / UI), indem Sie die gewünschten UI-Elemente auf das virtuelle Telefon ziehen und dort ablegen. Wenn Sie nicht alles selbst machen möchten, können Sie sich die Projektdatei oder die kompilierte Anwendung herunterladen.

Sobald die Benutzeroberfläche fertig ist, importieren Sie die Bluetooth Low Energy by MIT Erweiterung aus dem Menü Extensions des App Inventors. Ziehen Sie die BLE-Komponente auf den Bildschirm des virtuellen Telefons und verwenden Sie die zuvor notierte MAC-Adresse und UUID, um die Verbindung herzustellen. Definieren Sie in der Blockansicht die Ereignislogik Ihrer Applikation. Erzeugen Sie schließlich die Anwendung und installieren Sie sie auf ihrem Telefon. Stellen Sie sicher, dass die Einstellungen Ihres Telefons die Installation aus einer unbekannten Quelle zulassen.

Einrichten der Hardware

Schließen Sie zunächst die Pmods an das Analog Discovery Pro an. Verbinden Sie dann die drei Ausgangskanäle des Pmod DA1 mit den invertierenden Eingängen des OP484 und den zweiten Kanal des Signalgenerators mit dem nichtinvertierenden Eingang, um das PWM-Signal zu erzeugen. Verdrahten Sie schließlich die Ausgänge der Komparatoren mit den verbleibenden MOSFET-Gattern.

Testen Sie nun die PWM: Aktivieren Sie das Instrument Supplies in WaveForms und erzeugen Sie ein Sägezahnsignal mit einem Offset von 500 mV und einer Amplitude von 500 mV. Verwenden Sie dann das SPI-Master-Tool im Protocol-Instrument, um den erzeugten Signalverlauf anzuzeigen. Senden Sie anschließend die Datenworte für die gewünschten Spannungen. Zum Schluss bauen Sie die Ladeschaltung auf, die das Laden der Batterie über AD Pro ermöglicht.

Wenn alles eingerichtet ist und wie erwartet funktioniert, schließen Sie die RGB LED zusammen mit den Strombegrenzungswiderständen zwischen dem Pluspol der Batterie und den übrigen drei MOSFETs des Pmod OD1 an.

Einrichten der Software

Laden Sie jetzt die Hauptprogrammdatei herunter. Sie enthält alle Routinen, die zum Ausführen des Projekts erforderlich sind. Starten Sie das Skript und die Anwendung auf Ihrem Telefon. Sobald das Telefon das Pmod BLE erkennt, verbinden Sie sich mit ihm und stellen Sie die Lampenfarbe und -helligkeit mithilfe der Schieberegler der Applikation ein.

Weitere Informationen über das Projekt und die in den verschiedenen Bibliotheksdateien implementierten Funktionalitäten finden Sie hier.