自动开关灯装置

一、概述

1.实用意义

目前安装的灯开关常安置在墙壁上，每次开关灯需要起身到开关跟前才能够进行开关灯，十分麻烦。故而旨在设计一款可以借助手机APP操控的自动开关灯装置，同时不需拆装原有开关，直接在原有开关上面添加即可，便捷实用。

2.功能概述

开关灯功能通过舵机的摆动来实现，摆动角度通过测试得到；

为了增强体验感，在面板上方增加三个触摸按钮，可以保证手触碰开关灯功能

为了不影响原有开关及减小占据体积，装置需要适应原有开关进行设计。

二、设计内容

1.舵机控制版控制三路舵机

2.蓝牙控制

3.舵机角度调整

4.触摸开关控制舵机

三、实物拼装

1.外壳

2.触摸开关

3.舵机位置

四、控制系统搭建

1.NANO板连接

NANO板

2.16路舵机控制器

图 舵机控制器实物图

PWM，即Pulse-width modulation，是用占空比不同的方波来模拟“模拟输出”的一种方式，舵机的转动角度是通过调节PEM（脉冲宽度调制）信号的占空比来实现的。需要使用ARArduino上的PWM口控制。

电压舵机供电5-7v，接受高一点的电压；逻辑电路电压：3-5V；通信接口:使用i2c通信，就是SCL、SDA引脚；其中SCL接A5，SDA接A4

OE反使能脚：这个引脚低电平使能，不接的话模块内部默认已经接地使能了，所以正常使用可以不接。

学习资料：https://learn.adafruit.com/16-channel-pwm-servo-driver?view=all

3.蓝牙模块接线

RX接TX，TX接RX，VCC接5V，GND接GND

4.触摸开关

—接GND，+接5V，S接信号端（D3-D13），此处接D4、D6、D10.

5.SG90舵机连线

舵机信号线分别接2、4、7，按颜色匹配接口。

五、程序编写

1.蓝牙AT模式设置

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(38400);
}

void sendcmd()
{
    Serial.println("AT");
  while(Serial.available())
  {
    char ch;
    ch = Serial.read();
    Serial.print(ch);
  } // Get response: OK
  delay(1000); // wait for printing 

  
  Serial.println("AT+NAME=Sonny");
  while(Serial.available())
  {
    char ch;
    ch = Serial.read();
    Serial.print(ch);
  }
  delay(1000);

  Serial.println("AT+ADDR?");
  while(Serial.available())
  {
    char ch;
    ch = Serial.read();
    Serial.print(ch);
  }
  delay(1000);

  Serial.println("AT+PSWD=2113");
  while(Serial.available())
  {
    char ch;
    ch = Serial.read();
    Serial.print(ch);
  }
  delay(1000);
  
/*Serial.println("AT+PSWD?");
  while(Serial.available())
  {
    char ch;
    ch = Serial.read();
    Serial.print(ch);
  }
  delay(1000);*/
  
}


void loop() {
    sendcmd();
}

2.Adafruit_PWMServoDriver库下载

链接：https://pan.baidu.com/s/1nwniWXiRJ5x7yIPrK--Iuw

提取码：xp1t

常用编程语句：

（1）设置频率

setPWMFreq(freq)
eg: pwm.setPWMFreq(1000);          // set the PWM frequency to the maximum value of 1000Hz
Description： 用来调节PWM频率，范围 freq:40-1000Hz

（2）设置高低脉宽

以下示例将导致通道15从低电平开始，在脉冲中高达25％左右
（在4096中打勾1024），转换回脉冲的低75％（勾选3072），并保持低位
对于最后25％的脉冲：
eg: setPWM(15, 1024, 3072);

（3）

Example 1: (assumes that the LED0 output is used and
(delay time) + (PWM duty cycle)  100 %)
Delay time = 10 %; PWM duty cycle = 20 % (LED on time = 20 %; LED off time = 80 %).
Delay time = 10 % = 409.6 ~ 410 counts = 19Ah.
Since the counter starts at 0 and ends at 4095, we will subtract 1, so delay time = 199h
counts.
LED0_ON_H = 1h; LED0_ON_L = 99h (LED start turn on after this delay count to 409)
LED on time = 20 % = 819.2 ~ 819 counts.
LED off time = 4CCh (decimal 410 + 819  1 = 1228)
LED0_OFF_H = 4h; LED0_OFF_L = CCh (LED start turn off after this count to 1228)

/*************************************************** 
  这是16通道PWM和伺服驱动器的一个例子，驱动16个伺服电机
  ****************************************************/
#include <Wire.h>                    //16路舵机控制板头文件
#include <Adafruit_PWMServoDriver.h> //16路舵机控制板头文件
Adafruit_PWMServoDriver pwm = Adafruit_PWMServoDriver();//以这种方式调用，它使用默认地址0x40。
//Adafruit_PWMServoDriver pwm = Adafruit_PWMServoDriver(0x41);//也可以用不同的地址调用它
void setServoPulse(uint8_t n, double pulse);   //以秒为单位设置脉冲长度函数
void pwm_text();     //16路舵机控制板测试函数，效果是来回转动，16路同时

/*根据你的伺服制作，脉冲宽度最小和最大可能变化，你想要这些尽可能小大而不碰到
硬停止，对于最大范围。你必须调整它们以匹配你的伺服系统！*/
#define SERVOMIN  102   //这是“最小”脉冲长度计数（在4096中）
#define SERVOMAX  408   //这是“最大”脉冲长度计数（在4096中）
void setup() {
   Serial.begin(9600);
   Serial.println("16 channel Servo test!");
   pwm.begin();
   pwm.setPWMFreq(60);  //设置频率60Hz  可用50Hz 40-1000//测试对电机的速度没有影响
}
/********************主函数********************/
void loop() {
   pwm_text();     //16路舵机控制板测试函数，效果是来回转动，16路同时
}
/********************************************/
void pwm_text(){     //16路舵机控制板测试函数，效果是来回转动，16路同时
 //每次驱动一个伺服驱动器
   for (uint16_t pulse = SERVOMIN; pulse < SERVOMAX; pulse++) 
   {
       pwm.setPWM(15, 0, pulse);    //pulse翻译为脉冲    
    }
  delay(500);

   for (uint16_t pulse = SERVOMAX; pulse > SERVOMIN; pulse--) 
   {
      pwm.setPWM(15, 0, pulse);    //pulse翻译为脉冲   
    } 
     delay(500);
}
//如果您想以秒为单位设置脉冲长度，则可以使用此函数。
//例如SET伺服脉冲（0，0.001）是一个1毫秒的脉冲宽度，但不精确！
void setServoPulse(uint8_t n, double pulse)   //以秒为单位设置脉冲长度函数
{
   double pulselength;//精度浮点数
   pulselength = 1000000;   // 1,000,000 us per second 每秒100万
   pulselength /= 60;   // 60 Hz
   Serial.print(pulselength); Serial.println(" us per period"); 
   pulselength /= 4096;  // 12 bits of resolution 12位分辨率
   Serial.print(pulselength); Serial.println(" us per bit"); 
   pulse *= 1000;
   pulse /= pulselength;
   Serial.println(pulse);
   pwm.setPWM(n, 0, pulse);
}

3.舵机驱动程序

（1）舵机频率设置

pwm.setPWMFreq(1000)

（2）

pwm.setPWM(15, 1024, 3072)

（3）

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_PWMServoDriver.h>
//默认地址 0x40
Adafruit_PWMServoDriver pwm = Adafruit_PWMServoDriver();
//9g舵机 高电平宽度在20ms内通过控制脉冲宽度范围0.5ms~2.5ms
#define SERVOMIN  102 // this is the 'minimum' pulse length count (out of 4096) 0度
#define SERVOMAX  512 // this is the 'maximum' pulse length count (out of 4096) 180度
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("16 channel Servo test!");
  pwm.begin();
  pwm.setPWMFreq(50);  //频率 50Hz，最高60Hz
}
void setServoPulse(uint8_t n, double pulse) {
  double pulselength;
  pulselength = 1000000;   // 1,000,000 us per second
  pulselength /= 50;   // 50 Hz
  Serial.print(pulselength); Serial.println(" us per period"); 
  pulselength /= 4096;  // 12 bits of resolution
  Serial.print(pulselength); Serial.println(" us per bit"); 
  pulse *= 1000;
  pulse /= pulselength;
  Serial.println(pulse);
  pwm.setPWM(n, 0, pulse);
}
//设置9g舵机角度
void servo_9g_write(uint8_t n,int Angle)
{
  double pulse = Angle;
  pulse = pulse/90 + 0.5;
  setServoPulse(n,pulse);//0到180度映射为0.5到2.5ms
}
void loop() 
{
  unsigned char serialRead;
  if (Serial.available() > 0)
  {
    serialRead = Serial.read();
    servo_9g_write(2,serialRead);//控制第1路度数
    servo_9g_write(4,serialRead);//控制第2路度数
    servo_9g_write(7,serialRead);//控制第3路度数
  }
}

六、运行测试

简易版程序运行

#include <Servo.h>
Servo myservo1;        // 创建一个舵机对象，左侧灯开关
Servo myservo2;        // 创建一个舵机对象，中间灯
Servo myservo3;        // 创建一个舵机对象，右侧灯开关
void setup()
{
  pinMode(10,INPUT);   //设置引脚 10 为输入模式，左开关
  pinMode(6,INPUT);   //设置引脚 6 为输入模式  ，中间开关
  pinMode(4,INPUT);   //设置引脚 4 为输入模式  
  Serial.begin(9600); //设置波特率为9600
  myservo1.attach(2);  // 将引脚9上的舵机与声明的舵机对象连接起来
  myservo3.attach(12);  // 将引脚9上的舵机与声明的舵机对象连接起来
  myservo2.attach(3);  // 将引脚9上的舵机与声明的舵机对象连接起来
} 
void loop() 
{  
  // put your main code here, to run repeatedly:  
  delay(200);   //延时200毫秒
  while(Serial.available())
  {
    char c=Serial.read();
    Serial.println(c);
     if(c=='0')
     {
        Serial.println("BT is ready!");
        for(int pos = 0; pos < 45; pos += 1){    // 舵机从0°转到180°，每次增加1°          
        myservo1.write(pos);           // 给舵机写入角度   
        delay(15);                    // 延时15ms让舵机转到指定位置
        }
      }
     if(c=='1')
     {
       for(int pos = 45; pos>=1; pos-=1) {    // 舵机从180°转回到0°，每次减小1°                               
       myservo1.write(pos);        // 写角度到舵机     
       delay(15);                 // 延时15ms让舵机转到指定位置
          }
     }
     if(c=='2')
     {
        Serial.println("BT is ready!");
        for(int pos = 0; pos < 180; pos += 1){    // 舵机从0°转到180°，每次增加1°          
        myservo2.write(pos);           // 给舵机写入角度   
        delay(15);                    // 延时15ms让舵机转到指定位置
        }
      }
     if(c=='3')
     {
       for(int pos = 180; pos>=1; pos-=1) {    // 舵机从180°转回到0°，每次减小1°                               
       myservo2.write(pos);        // 写角度到舵机     
       delay(15);                 // 延时15ms让舵机转到指定位置
          }
     }
     if(c=='4')
     {
        Serial.println("BT is ready!");
        for(int pos = 0; pos < 180; pos += 1){    // 舵机从0°转到180°，每次增加1°          
        myservo3.write(pos);           // 给舵机写入角度   
        delay(15);                    // 延时15ms让舵机转到指定位置
        }
      }
     if(c=='5')
     {
       for(int pos = 180; pos>=1; pos-=1) {    // 舵机从180°转回到0°，每次减小1°                               
       myservo3.write(pos);        // 写角度到舵机     
       delay(15);                 // 延时15ms让舵机转到指定位置
          }
     }
  }
}