Электронный таракан на STM32 из подручных средств (видео)

В каждом доме найдется старый мобильный телефон, который можно с удовольствием выпотрошить и из деталек собрать что-нибудь нужное новое. Из старого телефона я забрал вибромоторчик, миниатюрный микрофон и пару светодиодов, решив собрать простейшего электронного таракана.

Для начала была мысль сделать на деталях от старой материнской платы, но мы не ищем легких путей. И знаем, что для того чтобы из топора сварить суп, нужно просто добавить воды, капусты, мяска и не забыть посолить хорошенько. Вот и к паре светодиодов, моторчику и микрофону, достаточно было добавить контроллер STM32F030 (у меня небольшой запас), несколько конденсаторов и резисторов, припаять это все на плату и за два вечера получился вот такой электронный таракан.
Контроллер улавливает звук с микрофона включает моторчик. Поскольку не требуется распознавание звука или какое-то преобразование, то используется простейшая схема подключения микрофона на двух резисторах и конденсаторе. Чувствительности 12 битного аналого-цифрового преобразователя STM32F030 вполне хватает, чтобы распознавать громкие звуки, например, хлопки по столу или щелканье пальцами рядом с “ухом” и не отвлекаться на простые разговоры. Ухо у таракана только одно (всего один микрофон был телефоне) и это ухо будет расположено у таракана на спине. Там же будет и его мозг. Энергию будем получать из стандартной батарейки CR2032, которая даст нам 3вольта, что для контроллера вполне достаточно, а вот держатель для батарейки я выпаял из той же материнской платы.

Схема

Кварца нет, для работы АЦП он не нужен. Есть выключатель и конденсаторы подавления помех. Как потом оказалось, ставил не зря. Микромоторчик создает очень сильные помехи по питанию, но схема все-таки работает.
Была мысль подключить кнопку для выбора режимов и дополнительный светодиод индикации, внизу на схеме, но в итоговом варианте не задействовал. Для программирования используется разъем SWD. Моторчик не проверял на потребление, но помня, что моторчики по определению не могут есть мало, сразу запитал его через транзистор W1P , которых на старой материнской плате огромное количество, а выпаивать SMD транзисторы при помощи паяльного фена чрезвычайно просто. Параллельно моторчкиу поставил диод, который необходим для предохранения транзистора от пробоя при остановке моторчика. Схема и плата проектировались в программе Eagle.

Плата делалась односторонней, но все-таки пришлось два проводка пустить поверху.

На STM32 даже в контроллерах начального уровня STM32F030F4 в которых всего 16 килобайт памяти есть 12 битный аналогово-цифровой преобразователь на 11 каналов. Хотя сам преобразователь всего один, можно считывать аналоговые данные с 11 ножек контроллера и преобразовывать их в цифровой сигнал. Единственное нужно помнить, что ног у контроллера в этом корпусе всего 20, поэтому либо мы используем их на вывод, либо на вход. В моем случае я задействовал ноги PA1 – для входа данных с микрофона, PA9 и PA10 для включения светодиодов- левого и правого “глаза”, PA6 для включения мотора.

12 битный преобразователь означает, что на входе мы получаем цифровые значения от 0 до 4095, что в программе и можно отслеживать. Я “подтянул” PA1 к питанию через внешний резистор в 10 килоом, что дало мне стабильное значение 4095 в случае, если на микрофоне нет звуков вообще. Если попытаться включить преобразователь на ноге без подтяжки, то значения будут случайным образом плясать в широких пределах, в моем случае это было от 1000 до 2500. Микрофон, подключенный по простой схеме, создает небольшое, но вполне достаточное для отслеживания падение напряжения. В моем случае ниже 4056 для довольно громких звуков. Это показывает, что чувствительность такой схемы очень низка, и лучше поставить усилитель, но для простого датчика на громкий хлопок этого вполне достаточно.

Для запуска АЦП на STM32 необходимо программно проделать следующее:
1.Сконфигурировать ноги для ввода-вывода
2. Включить тактирование АЦП
3. Откалибровать АЦП
4. Включить АЦП
5. Задать конфигурацию АЦП
6. Произвести измерения (либо считывать данные, если измерения проводятся постоянно)

Саму программу я творчески списал из примеров http://www.st.com/web/en/catalog/tools/FM147/CL1794/SC961/SS1743/PF260157?icmp=pf260157_pron_pr-stm32snippets_mar2014

Конфигурирование GPIO для всех нужных выводов

__INLINE void ConfigureGPIO(void) { /* (1) Enable the peripheral clock of GPIOA */ /* (2) Select output mode (01) on GPIOA */ RCC->AHBENR |= RCC_AHBENR_GPIOAEN; /* включить тактирование для GPIOA */ GPIOA->MODER = (GPIOA->MODER & ~(GPIO_MODER_MODER1|GPIO_MODER_MODER10|GPIO_MODER_MODER9|GPIO_MODER_MODER5| GPIO_MODER_MODER6)) \ | (GPIO_MODER_MODER1_0|GPIO_MODER_MODER10_0|GPIO_MODER_MODER9_0| GPIO_MODER_MODER5_0|GPIO_MODER_MODER6_0); /* включить режим вывода для всего подряд */ }

Используется внутренний кварц
__INLINE void SetClockForADC(void) { /* (1) Enable the peripheral clock of the ADC */ /* (2) Start HSI14 RC oscillator */ /* (3) Wait HSI14 is ready */ RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ADC1EN; /* (1) */ RCC->CR2 |= RCC_CR2_HSI14ON; /* (2) */ while ((RCC->CR2 & RCC_CR2_HSI14RDY) == 0) /* (3) */ { /* For robust implementation, add here time-out management */ } }
Калибровка

__INLINE void CalibrateADC(void) { /* (1) Ensure that ADEN = 0 */ /* (2) Clear ADEN */ /* (3) Launch the calibration by setting ADCAL */ /* (4) Wait until ADCAL=0 */ if ((ADC1->CR & ADC_CR_ADEN) != 0) /* (1) */ { ADC1->CR &= (uint32_t)(~ADC_CR_ADEN); /* (2) */ } ADC1->CR |= ADC_CR_ADCAL; /* (3) */ while ((ADC1->CR & ADC_CR_ADCAL) != 0) /* (4) */ { /* For robust implementation, add here time-out management */ } __NOP();__NOP(); /* This 2 NOPs are to ensure 2 ADC Cycles before setting ADEN bit */ }
Включение преобразователя

__INLINE void EnableADC(void) { /* (1) Enable the ADC */ /* (2) Wait until ADC ready */ ADC1->CR |= ADC_CR_ADEN; /* (1) */ while ((ADC1->ISR & ADC_ISR_ADRDY) == 0) /* (2) */ { /* For robust implementation, add here time-out management */ } }
Нужно включить только те каналы, которые необходимы

__INLINE void ConfigureADC(void) { /* (1) Select HSI14 by writing 00 in CKMODE (reset value) */ /* (2) Select the auto off mode */ /* (3) Select CHSEL01 */ /* (4) Select a sampling mode of 111 i.e. 239.5 ADC clk to be greater than 17.1us */

//ADC1->CFGR2 &= ~ADC_CFGR2_CKMODE; /* (1) */
ADC1->CFGR1 |= ADC_CFGR1_AUTOFF; /* (2) */
ADC1->CHSELR = ADC_CHSELR_CHSEL1; /* (3) */
ADC1->SMPR |= ADC_SMPR1_SMPR_0 | ADC_SMPR1_SMPR_1 | ADC_SMPR1_SMPR_2; /* (4) */

}

Теперь основной цикл, в котором считываем данные и реагируем на них

while (1) /* Loop till the measure is in the range */ { //delay_ms(10); /* Performs the AD converion */ ADC1->CR |= ADC_CR_ADSTART; /* start the ADC conversion */ while ((ADC1->ISR & ADC_ISR_EOC) == 0); /* wait end of conversion */ val = ADC1->DR; // получили данные из АЦП

if (val<4056){ // если меньше, значит на микрофон что-то прилетело

GPIOA->BSRR = (1<<10); //включили один глаз PA10GPIOA->BSRR= (1<<9); // включили второй глаз PA9 GPIOA->BSRR = (1<<6); // включили моторчик PA6
delay_ms(500); // подождали полсекунды, пусть поработает GPIOA->BRR = (1<<10); //выключили один глаз PA10GPIOA->BRR = (1<<9); // выключили второй глаз PA9
GPIOA->BRR = (1<<6); // выключить моторчик delay_ms(200); // чуть подождали, поскольку звук от мотора по новой активирует микрофон

}
}
DisableADC();
while(1); /* Endless loop */
}

Еще, если двигатель не работает, то периодически подмаргиваем глазками

SysTick_Config(48000);/* 1ms config */

Здесь обработка

void SysTick_Handler(void) { static uint32_t long_counter = LONG_DELAY; static uint32_t short_counter = SHORT_DELAY; static uint16_t error_temp = 0;

if (long_counter– == 0)
{
if(error == 0)
{
/* the following instruction can only be used if no ISR modifies GPIOC ODR
either by writing directly it or by using GPIOC BSRR or BRR
else a toggle mechanism must be implemented using GPIOC BSRR and/or BRR
*/
//GPIOC->ODR ^= (1<<9);//toggle green led on PC9
long_counter = LONG_DELAY;
}
else if (error != 0xFF)
{
/* orange led blinks according to the code error value */
error_temp = (error << 1) – 1;
short_counter = SHORT_DELAY;
long_counter = LONG_DELAY << 1;

GPIOA->BSRR = (1<<10); //set orange led on PA10
GPIOA->BSRR = (1<<9); //set orange led on PA9

}
}
if (error_temp > 0)
{
if (short_counter– == 0)
{
//GPIOC->ODR ^= (1 << 8); //toggle orange led

GPIOA->ODR ^= (1<<10); //toggleled on PA10 GPIOA->ODR ^= (1<<9); //toggle led on PA9

short_counter = SHORT_DELAY;
error_temp–;
}
}
}

Исходники платы для Eagle можно скачать тут>>>

Полный проект исходников для CooCox выложен здесь>>>

В итоге, если добавить к паре светодиодов контроллер, то вполне можно собрать какую-нибудь игрушку. Смотрим видео еще раз