В своё время, в беседе с разработчиками Lavritech, я высказал пожелание оснастить их контроллеры дисплеем, платой управления и индикации — у меня не вызывает сомнений, что это простое дополнение значительно расширяет возможности и удобство пользования контроллером.
Но, как говорится, быстро сказка сказывается, да не быстро дело делается — прошло около полутора лет — и вот на моём столе новая версия контроллера Lavritech со встроенным разъёмом для платы расширения и с самой платой дисплея и управления.
Вообще, — красота и именно то, что я (все мы) так долго ждали. Давайте посмотрим как это устроено и как это работает на практике.
❯ Новая версия контроллера
В моём распоряжении оказался контроллер с материнской платой последней на данный момент версии 1.11, кроме всего прочего, оснащённой специальным разъёмом для подключения платы управления и самой же дисплейной платой.
Поскольку аппаратная основа контроллеров Lavritech полностью модульная, то в контексте какой-то конкретной модели имеет смысл говорить только о версии материнской платы — набор функциональных модулей в контроллере может быть установлен любой, всё зависит от пожеланий покупателя и требований его проекта.
В моём случае в контроллере установлены модуль интерфейса RS485 и модуль для подключения 1-Wire сети датчиков температуры DS18B20 (LTE2-RS485-SM и LTE2-DIO2-IO-H, соответственно).
Плюс Ethernet модуль и модуль беспроводной LoRa связи. Ну и центральный модуль ESP32, естественно. В общем, получается достаточно функциональная «машинка» для выполнения IoT проектов. Изюминка в данном случае заключается в том, что в любой момент можно изменить конфигурацию и функционал контроллера просто заменив один интерфейсный модуль на другой.
Кстати, на фото можно также видеть, что контроллер укомплектован модулем DC-DC преобразователя для питания от напряжения 8-30 вольт.
❯ Плата управления
Плата управления (она же «дисплейная плата» или «дисплейный модуль») устанавливается в верхнюю крышку корпуса контроллера и достаточно просто и надёжно крепится в ней на защёлках. С материнской платой дисплейный модуль соединяется, я бы сказал, элегантным шлейфиком. Причём шлейфик именно такой, какой нужен (редкий случай) — не длинный и не короткий и с миниатюрным, но легко соединяемым и разъединяемым разъёмом.
Материнская плата ревизии 1.11 имеет соответствующий разъём для подключения управляющей платы. Разумеется, если вам нужен дисплейный модуль, его можно установить в контроллер, а если ваш проект не требует дисплея и управления с передней панели контроллера, то его можно не устанавливать — сделано всё идеально с точки зрения комплектования контроллеров под различные проекты.
Сам дисплейный разъём является модификацией и расширением т. н. «EUHP» разъёма экосистемы Lavritech (подробнее об архитектуре контроллеров Lavritech см. в предыдущих статьях цикла). Он содержит контакты SPI и I2C интерфейсов, выводы GPIO и питания 3,3 и 5 В. Распиновка этого разъёма может отличаться в зависимости от наличия или отсутствия на плате модулей Ethernet (1) и LoRa (2). Подробнее об устройстве дисплейного разъёма см. в документации производителя.
❯ Схемотехника модуля
Вообще, по задумке разработчиков Lavritech, управляющая плата (управляющие платы) может иметь различные модификации с различным функционалом: на ней могут быть установлены различные типы дисплеев, управляющие элементы (кнопки, джойстик и т. п.), различное количество индикаторных светодиодов и т. п. Плюс наличие интерфейсов I2C и SPI позволяет выносить на управляющую плату дополнительные компоненты, например датчики и т. п.
Благодаря такой архитектуре возможно также создание заказных управляющих панелей под конкретные проекты или для OEM заказчиков. DIY энтузиастам это позволяет не создавать весь контроллер с нуля, а разработать только кастомную переднюю панель «контроллера своей мечты», взяв за основу своего решения материнскую плату Lavritech.
В моём конкретном случае передняя панель имеет официальное название «LTEU-DISPxxxx» и содержит I2C дисплей SH1106, управляемый напрямую по шине I2C, четыре кнопки и четыре светодиода, управляемых через расширитель портов PCF8574AT (находится на плате под дисплеем).
По обратной стороне платы видно, что она очень многофункциональна и позволяет различным образом конфигурировать подключённые компоненты.
Принципиальная электрическая схема дисплейного модуля производителем не раскрывается, поэтому сразу переходим к обзору внешнего вида новых контроллеров.
❯ Передняя панель
В базовом варианте контроллер поставляется с прозрачной передней панелью в модном стиле «Hacker Design», то есть через эту панель видна вся электронная начинка контроллера. Решение спорное, но что-то в этом определённо есть (мне лично нравится).
Одновременно тут открывается широкое поле для экспериментов с дизайном — можно сделать непрозрачную крышку, сделать внутреннее матирование прозрачной панели, изменить цвет и т. д. Ниже представлено фото подобного контроллера, но с красным прозрачным стеклом и кастомной платой управления со встроенными датчиками.
❯ Готовые прошивки
С аппаратным обеспечением в первом приближении мы разобрались, теперь давайте поговорим о том, как программировать это чудо техники.
В базовом варианте контроллеры Lavritech рассчитаны на работу с собственной фирменной прошивкой (платной), являющейся адаптацией и развитием популярной прошивки WiFi-IoT. То есть многочисленные фанаты WiFi-IoT будут довольны — здесь не нужно ничего программировать, нужно только грамотно расставить галочки в веб-интерфейсе.
Но мне лично вариант с готовыми прошивками совершенно не интересен — если вы умеете программировать вообще и программировать ESP32 в частности, то использование готовых решений типа «байт взял — байт передал» выглядит как забивание гвоздей микроскопом.
Поэтому не будем задерживаться и перейдём к самому интересному — самостоятельному программированию контроллера Lavritech с дисплейным модулем.
❯ Программирование
Самостоятельное программирование позволяет реализовать любые свои хотелки и капризы, но требует определённой квалификации и трудозатрат на написание кода (и ещё в большей степени — воображения и творческого подхода к делу).
Начнём мы с самого очевидного — программирования дисплея и вывода на него тестовой информации. Для этого воспользуемся Arduino библиотекой для SH1106 и дополнительной библиотекой Adafruit-GFX-Library.
/*
Lavritech SH1106 display test
(128x64, I2C, SH110X)
*/
#include <SPI.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SH110X.h>
#define I2C_Address 0x3c
#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64
#define OLED_RESET -1
Adafruit_SH1106G display = Adafruit_SH1106G(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);
void setup() {
Serial.begin(115200);
Serial.println(F("Start SH1106 test..."));
Wire.begin(33, 32);
delay(250);
display.begin(I2C_Address, true);
display.clearDisplay();
display.setTextColor(SH110X_WHITE);
display.setCursor(0, 0);
display.setTextSize(2);
display.setTextColor(SH110X_WHITE); display.println("Lavritech");
display.setTextSize(1);
display.println();
display.setTextColor(SH110X_BLACK, SH110X_WHITE); display.println("SH1106");
display.setTextColor(SH110X_WHITE, SH110X_BLACK); display.println("Display Test");
display.display();
display.clearDisplay();
}
void loop() {
}
Здесь достаточно взять стандартный код примера и задать корректные значения номеров GPIO для интерфейса I2C (SDA, SCL) на контроллерах Lavritech.
Wire.begin(33, 32);
Результат в точности соответствует ожиданиям — вывод на дисплей контроллера в полной нашей власти: мы можем выводить любую информацию и тогда, когда нам нужно по условиям проекта.
❯ Управление светодиодами
На дисплейной плате (кроме собственно дисплея) имеются четыре свободно программируемых светодиода, подключённых через расширитель портов PCF8574AT (выводы P0, P1, P2 и P3). Для управления светодиодами воспользуемся библиотекой PCF8574_library.
/*
Lavritech Display module LEDS test
*/
#include "Arduino.h"
#include "PCF8574.h"
#define I2C_LEDS_ADR 0x38
PCF8574 pcf(I2C_LEDS_ADR, 33, 32);
void setup() {
Serial.begin(115200);
Serial.println();
Serial.println(F("Start Display module LEDS test..."));
pcf.pinMode(P0, OUTPUT);
pcf.pinMode(P1, OUTPUT);
pcf.pinMode(P2, OUTPUT);
pcf.pinMode(P3, OUTPUT);
Serial.print("Init PCF8574... ");
if (pcf.begin()){Serial.println(F("Ok"));}
else {Serial.println(F("Error"));}
}
void action_on(byte n) {
pcf.digitalWrite(n, LOW);
Serial.print(F("LED #")); Serial.print(n); Serial.println(F(" ON"));
}
void action_off(byte n) {
pcf.digitalWrite(n, HIGH);
Serial.print(F("LED #")); Serial.print(n); Serial.println(F(" OFF"));
}
void loop() {
action_on(P0); action_on(P1); action_on(P2); action_on(P3);
delay(8000);
action_off(P0); action_off(P1); action_off(P2); action_off(P3);
delay(2000);
}
На фото обратной стороны платы (см. выше) есть таблица установки значений I2C адреса для микросхемы PCF8574AT (JP1, JP2, JP3). Поскольку ни одна перемычка не замкнута, то адрес микросхемы в нашем случае — 0x38.
Соответственно, задаём адрес расширителя портов и номера GPIO I2C интерфейса контроллера:
#define I2C_LEDS_ADR 0x38
PCF8574 pcf(I2C_LEDS_ADR, 33, 32);
И получаем результат, превосходящий все ожидания: загораются совершенно неземным светом четыре янтарных светодиода (красота). А вообще, можно сделать светодиоды с разным цветом свечения для обозначения типа происходящих событий — ошибка, штатная работа, включение беспроводной или Ethernet связи и т. д. А также можно добавить ещё ряд светодиодов для индикации состояния входов/выходов.
Отлично, осталось только разобраться с управлением кнопками.
❯ Работа с кнопками
Работа с кнопками не намного отличается от управления светодиодами — используется всё та же микросхема PCF8574AT, но только с выводами P4, P5, P6 и P7.
Создаём тестовый скетч:
/*
Lavritech Display module Keys test
*/
#include "Arduino.h"
#include "PCF8574.h"
#define I2C_DIGITAL_ADR 0x38
PCF8574 pcf(I2C_DIGITAL_ADR, 33, 32);
void setup() {
Serial.begin(115200);
Serial.println();
Serial.println(F("Start Display module Keys test..."));
pcf.pinMode(P4, INPUT);
pcf.pinMode(P5, INPUT);
pcf.pinMode(P6, INPUT);
pcf.pinMode(P7, INPUT);
Serial.print("Init PCF8574... ");
if (pcf.begin()){Serial.println(F("Ok"));}
else {Serial.println(F("Error"));}
delay(20);
}
void loop() {
if (pcf.digitalRead(P7) == LOW) Serial.println("Key1 pressed");
if (pcf.digitalRead(P6) == LOW) Serial.println("Key2 pressed");
if (pcf.digitalRead(P5) == LOW) Serial.println("Key3 pressed");
if (pcf.digitalRead(P4) == LOW) Serial.println("Key4 pressed");
delay(300);
}
И наблюдаем в Serial вывод данных о нажатых на передней панели кнопках (почему-то порядок номеров кнопок инвертирован — первой (верхней) кнопке соответствует последний вывод P7.
❯ Заключение
Вот, собственно, и всё: имеем отличный модульный контроллер с дисплейной передней панелью, кнопками управления и свободно программируемыми светодиодами для индикации любых статусов вашей IoT системы. Причём можем самостоятельно (как угодно) программировать этот контроллер или воспользоваться готовой прошивкой «прямо из коробки».
Более подробную информацию о контроллерах Lavritech и их архитектуре можно почерпнуть из предыдущих статей цикла:
1. Вводная статья
2. Архитектура контроллеров Lavritech
3. Программирование внутренних модулей
4. Программирование внешних блоков на DIN-рейку
5. Работа с RS485
6. Полная версия контроллера L1 Max
