Соединяем EV3 и Arduino

Иногда, при создании роботов возникает необходимость использования нескольких различных платформ в одном проекте, например, EV3 и Arduino. Так вы сможете использовать сильные стороны каждой из платформ и распараллелить выполняемые задачи. Я предлагаю вам ознакомиться с переводом статьи, в которой описано, как соединить EV3 и Arduino и как использовать Arduino совместно с EV3.

В примере мы используем макетную плату. Вы можете использовать адаптер для подключения NXT к макетной плате, чтобы не портить NXT-кабель из вашего набора. Адаптер можно заказать на сайте производителя здесь или на Амазоне.

В этом руководстве для чтения и записи данных мы используем Arduino Uno и LEGO Mindstorms EV3. Также мы продемонстрируем, как использовать Arduino для чтения аналоговых значений и отправки их на EV3. Вы можете легко изменить наш пример для отправки и получения любых данных на EV3, начиная от показаний акселерометра и закачивая значениями снятых со счётчика Гейгера. Это, пожалуй, самый быстрый способ, чтобы добавить свои собственные датчики и девайсы: когда вы соедините EV3 и Arduino – весь мир будет ваш!

Общение EV3 и Arduino может быть организовано через I2C. В этом руководстве мы настроим Arduino как I2C-слейв (т.е. подчинённое устройство), а EV3 – как I2C-мастер (т.е. главное устройство).

В примере мы покажем вам, как отправлять команды на Arduino из EV3, и как написать программу, которая будет запрашивать данные из Arduino.

Подготовка

Шину I2C называют «интерфейсом двух проводов», потому что она использует для связи два провода. Один провод передаёт такты: это гарантирует, что оба устройства посылают информацию с одинаковой скоростью. Линию тактов обычно называют «SCL» (сокращённо от Serial CLock). Второй провод служит для передачи данных (данные отправляются и принимаются обоими устройствами одновременно), и обычно называется «SDA» (сокращённо от Serial DAta). Мастер (всегда EV3) всегда контролирует соединение, и всегда устанавливает такты для обоих устройств. Контролируемое устройство обычно называется слейв (Slave – раб или подчинённый по англ.). Когда мастер посылает команды, слейв бросает всё и слушает. Когда мастер требует информацию, слейв отдаёт эту информацию.

В примере мы не используем резисторы подтяжки на I2C линиях. Однако, если I2C совсем не работает, вы можете использовать 47кОм резисторы подтяжки на SDA и SCL линиях, чтобы подтянуть I2C до 4,7В на линии VCC.

Настройка оборудования

Во-первых, вот схема, к которой мы стремимся. На левой стороне схемы показана вилка EV3, а на правой стороне – Arduino. Мы должны соединить GND, VCC, SDA и SCL.

Соединённые провода будут выглядеть так: EV3 -> макетная плата -> Arduino. Внизу на картинке показано как выглядит это соединение.

В примере мы подключим только линии SDA и SCL (для обмена данными), VCC для питания Arduino от EV3 и линию земли (GND) для выравнивания напряжения.

Подключение к Arduino

Сперва подключите провод к порту GND Arduino. Затем подключите один провод к A5 (SCL, линия тактов) и один к порту A4 (SDA, линия данных). На картинке вы можете видеть, что мы подключили красный провод к VCC, чёрный – к GND, жёлтый – к SDA (A4) и зелёный - к SCL (A5).

Подключение к EV3

Наиболее простой способ подключить EV3 – это использовать адаптер. Все цвета идут в соответствующие пины: жёлтый провод в примере подключен к SDA на макетной плате. Тоже для SCL, GND и VCC.

Для наглядности: SDA –> SDA, SCL –> SCL.

Вы можете изготовить свой собственный адаптер очень легко (правда вы испортите провод): отрежьте один конец стандартного чёрного провода EV3 и снимите изоляцию. SDA и SCL – это жёлтый и синий провода, земля – чёрный и красный, VCC – зелёный.

На этой картинке цвета соответствуют следующим линиям:

• • • Чёрный: земля
    • Красный: VCC
    • Зелёный: SCL
    • Жёлтый: SDA

На стороне Arduino мы подключим SDA, SCL, VCC и землю в разъёмы Arduino.

Программное обеспечение

Программное обеспечение для сопряжения EV3 и Arduino состоит из двух частей. Первая часть – это скетч, выполняемый на Arduino, вторая часть – программа для среды LEGO MINDSTORMS EV3 с установленными блоками, которые отправляют и принимают данные на/от Arduino. Весь код можно скачать и использовать с Github EV3 repository.

Настройка Arduino для работы с I2C: Присвоение адреса

В примере нам нужно настроить несколько вещей, чтобы идти дальше. Нам нужно выбрать адрес слейва. В примере мы установили адрес слейва 0x04 (в шестнадцатеричной системе счисления).

Arduino как слейв получатель/отправитель

В нашем примере, Arduino будет получать данные от мастера. EV3 просто говорит «вот некоторые данные», а Arduino говорит «спасибо за данные». Настройка очень простая и большинство датчиков работают как слейв получатели и отправители. Этот пример может быть очень полезен, если вы настраиваете свой Arduino для управления мотором или LED.

EV3 отправляет некоторые данные на Arduino, который получает их и выводит их в Serial Monitor. Если EV3 запрашивает некоторые данные, Arduino отправляет в ответ один байт. Вы можете легко изменить этот код, чтобы отправлять или получать любое количество байт. А вот пример для получения и отправки 8 байт.

#include <Wire.h>
#define SLAVE_ADDRESS 0x04
void setup()
{
    Serial.begin(9600); // Инициализируем серийный порт для вывода.
    Wire.begin(SLAVE_ADDRESS);
    Wire.onReceive(receiveData);
    Wire.onRequest(sendData);
    Serial.println("Ready!");
}
int val, flag = 0;
void loop()
{
    if(flag == 1)
    {
        Serial.print(val);
        flag = 0;
    }
}
void receiveData(int byteCount)
{
    while(Wire.available() > 0)
    {
        val = Wire.read();
        flag = 1;
    }
}
// Функция для отправки данных.
void sendData()
{
    Wire.write(0x45);
}

Здесь функция setup() инициализирует серийный порт и указывает, какие функции будут вызываться при отправке и получении данных от EV3.

Функция receiveData() используется для получения данных от EV3, а sendData() – для отправки данных на EV3. Загрузите этот скетч на Arduino, для использования с программным обеспечением EV3.

EV3 как мастер

Настройка EV3 как мастера очень простая. Скачайте блоки Dexter Industries EV3 (Dexter.ev3b) и импортируйте их в ПО Lego Mindstorms EV3 (Инструменты -> Мастер импорта блоков). Используйте блок Dexter Industries I2C для взаимодействия с Arduino.

Для чтения одного байта, просто создайте следующую последовательность блоков с включенным режимом «Read 1 Byte». Пропишите в поле «Addr» адрес слейва, такой же, как в скетче для Arduino (в нашем случае 0x04) и запустите программу, чтобы посмотреть данные пришедшие от Arduino на экране EV3.

Для отправки одного байта, поменяйте режим блока на «Write 1 Byte» и введите байт, который вы хотите отправить на Arduino. Когда вы запустите программу, EV3 пошлёт данные на Arduino и Arduino отобразит их в терминале серийного порта.

Аналогично вы можете загрузить в Arduino скетч для чтения/записи 8-ми байт и использовать в блоке Dexter Industries I2C режим «8 byte Read/Write».

Иногда очень полезно снимать аналоговые данные на Arduino и отправлять их на EV3. Если вы хотите делать так, то загрузите этот скетч на Arduino, а в EV3-программе выберите в блоке режим «Analog Read Block». Затем укажите номер пина, с которого вы хотите считывать данные и запустите программу. После этого на EV3 будут приходить аналоговые данные.

Вот и всё про соединение EV3 и Arduino.

Перевод: Алексей Валуев
Оригинал статьи здесь.