Датчик жестов своими руками

Arduino DIY Блог, для самодельщиков

Всем привет.
Я рад , что могу снова показать Вам свои наработки.
На этот раз я собрал светильник на ардуино управляемый жестами.
Данный проект отнял у меня очень много времени, которого у меня и так всегда не хватает.
Первый вариант светильника я собрал очень быстро и он прекрасно работал у меня на макетной плате, но когда я перенес его на постоянное место в корпус, вот тут все и началось, вылезли все проблемы с подвисаниями, ложными срабатываниями и прочими неприятностями. Погуглив в интернете, я нашел на иностранных сайтах, множество жалоб связанных с проблемами датчика APDS9960, но не нашел решений этих проблем. Пришлось понемножку тратить время на изучения Datasheet этого датчика и на понимание его работы. Что в конце концов это принесло свои плоды и я смог написать стабильно работающий код.
И так все по порядку

Описание светильника
Основной упор в этом светильнике я сделал не на визуализацию, а на управление жестами, все остальные функции второстепенные.

Включается светильник жестами влево или в право, а так же можно включить и жестом на себя, но это не совсем удобно. Далее жестами влево и в право можно перелистывать световые эффекты. Если начать листать вправо, то лампа сначала будет менять свои цвета от белого до красного, включая все основные цвета и переходы между ними.
Если после включения лампы начнем листать влево, то увидим динамические световые эффекты, такие как «Огонь» , «Матрица», «Лава лампа», «Радуга», «Конфетти», «Искры», «Огненный светильник». Если Вам нужно вернуться на обычный светильник, то вместо перелистывания, можно выключить лампу жестом от себя и включить любым из трех жестов.

Выключение производится жестом от себя.

Яркость регулируется жестом приближения и отдаления от датчика. Сначала нужно поднести ладонь на максимально близкое расстояние к сенсору, а потом резко поднять вверх. Светильник перейдет в режим регулировки яркости, приближая и отдаляя ладонь, нужно найти подходящую яркость и зафиксировать руку на пару секунд, для того что бы значение яркости сохранилось. Когда яркость сохранится, светильник даст об этом знать, плавным выключением света с последующим включением уже с новым уровнем яркости.

Я не уделял особого внимания визуальным эффектам, так как планирую сделать вторую версию лампы на контроллере Wemos D1 mini. В которой планирую довести все до идеала. По этой же причине я пока использую только одну линейку светодиодов, состоящую из 4 планок ws2812b, вместо четырех.

Прерывания APDS9960
Собственно основные проблемы светодиодной лампы связаны именно с ним. Прерывания в apds9960 живут своей жизнью, может сработать от чего угодно например от ЭМ помехи или от нахождения рядом с датчиком человека, от пульсации по питанию и возможно от чего то еще.

Сначала попробовал исправить проблему изменениями в железе. Фильтрация питания не помогла, даже от аккумулятора 18650 датчик все равно продолжал жить своей жизнью. Попробовал переключить нагрузочный резистор сигнала INT на +5В и это тоже не принесло успеха.

По мере изучение пришло понимание, от чего происходят ложные срабатывания прерываний. Основная проблема это случайные отражения ИК сигнала. Производитель рекомендует покрыть датчик и все вокруг него черным резиновым напылением. У меня нет такой краски и я не стал с этим заморачиваться. Хотя наверняка это могло бы немного уменьшить число ложных срабатываний.

Я написал код который фильтрует все случайные срабатывания, но столкнулся еще с одной проблемой. После срабатывания прерывания информация о жесте передается по шине I2C не моментально, а имеет определенную задержку. А если питание из-за адресной светодиодной ленты зашумлено, то время передачи с учетом этих помех всегда будет разным. Пришлось учитывать этот факт и по новой переписывать код определения жестов.

Определение жеста
Если в коде не использовать прерывание от датчика, то с определением жеста нет ни каких проблем. Но в таком случаи теряется многозадачность. Если на лампе включен динамический эффект, то соответственно он требует цикличного, постоянно исполняемого кода и что бы вывести контроллер из цикла, потребуется использование прерываний.

Для того, что бы улучшить стабильность распознавания жестов, так же пришлось в библиотеке уменьшить чувствительность приемника. Для этого нужно в файле SparkFun_APDS9960.h заменить строку:
if( !setLEDBoost(LED_BOOST_300) )
на
if( !setLEDBoost(LED_BOOST_150) )

Если Вы скачали библиотеку из этой статьи, то ничего делать не нужно, там уже все исправлено.
Я так же экспериментальным путем подобрал ток светодиода 50 мА, при котором жесты определяются наиболее стабильно и нет надобности насиловать инфракрасный светодиод, током 100 мА.

А так же я допустил ошибку, разместив микроконтроллер в нижней части светильника, а датчик жестов в на верхней крышке. Из-за этого, для соединения arduino и apds9960, пришлось использовать провода длинной 30 см. Что тоже добавило дополнительной нестабильности работы датчика. В итоге я программным путем победил все эти проблемы.

Схема
Для питания устройства я использую зарядное устройство от моего смартфона, с напряжением выхода 5В и током 2А. Но на самом деле светильник при включенном белом свете на максимальной яркости, не потребляет выше 1,3 А. По этому подойдет любой источник питания с выходным током не менее 1,3А.

Стабилизатор dc-dc mini360, можно заменить на любой другой понижающий преобразователь напряжения, с выходным током не менее 150 мА.

В нижеприведенной схеме я не использую преобразователь логических уровней, но это мое личное решение и по этому я заранее снимаю с себя ответственность, в том случаи если у Вас выйдет из строя сенсор APDS9960, подключенный без преобразователя TTL уровней.

Вместо Ардуино Нано можно использовать контроллер Arduino UNO или его клоны.

Обязательно проверьте на датчике жестов наличие перемычек, они отмечены красным цветом на фотографии ниже. В случаи их отсутствия следует паяльником на эти контактные дорожки, нанести и разогреть припой, до образования однородной капли. Сейчас китайцы поставляют эти датчики без перемычек. Без указанных перемычек работа датчика не гарантируется.

Программный код для Ардуино
Код разбит на две части. В первой части находится основной код, который работает с сенсором, а во второй части находится код всех световых эффектов.

Вы можете сами добавить любой эффект по аналогии с моим кодом, но главное не забудьте добавить функцию выхода по жесту из зацикленного эффекта. Для этого нужно добавить в конце цикла, следующую строку if(check_int()) return;

Описание основных функций программы
processingGesture() обрабатывает прерывания от датчика жестов.
processingProximity() обрабатывает прерывания от датчика приближения.
gesture_int() — обработчик прерывания от датчика жестов.
proximity_int() — обработчик прерывания от датчика приближения.

Описание констант
APDS9960_INT — вход для внешнего прерывания. В Arduino Nano и UNO всего два таких входа, 2 и 3.
PIN — здесь нужно указать выход на светодиодную ленту. Можно указывать любой цифровой пин к которому подключены планки ws2812b.
NUM_PIX — здесь указываем количество адресных светодиодов в используемой ленте.
range — предел погрешности от 0 до 10. Если при регулировке яркости зафиксировать руку над датчиком на 2 сек, то показания должны сохраниться, если же показания не сохраняются, то увеличивайте постепенно предел погрешности.

Видео демонстрирующее работу светильника

Итоги
Светильник в живую выглядит лучше чем на видео. Теперь все кто увидел его у меня, просят собрать им такой же. На данный момент мне не нравится как работает регулировка яркости, но я над этим работаю. Не обещаю, что скоро, но уже в разработке следующая версия светильника.

Спасибо, что дочитали статью до конца! Если у Вас остались вопросы, можете задать в комментарии под статьей, регистрация не требуется.

Источник

Датчик жестов, приближения, освещенности, цвета (Trema-модуль)

Общие сведения:

Trema-модуль Датчик жестов, приближения, освещенности, цвета — способен определять уровень освещённости в Lux (как общий, так и по трём каналам спектра — красный, зелёный, синий), приближение объектов (препятствий) и жесты (движение объектов влево, вправо, вверх, вниз, к датчику и от него). У более ранней модели APDS9930 имеются только функции определения приближения и уровня общей освещённости.

Видео:

Спецификация:

• Входное напряжение питания (VCC): 5В постоянного тока;
• Ток, потребляемый ИК-светодиодом через драйвер: 100 / 50 / 25 / 12.5 мА (устанавливается программно);
• Ток потребляемый модулем без учёта ИК-светодиода:
  • В режиме измерений уровня освещённости: до 250 мкА;
  • В режиме определения приближений: до 790 мкА;
  • В режиме обнаружения жестов: до 790 мкА;
  • В режиме ожидания: до 38 мкА;
  • В спящем режима: до 10 мкА;
• Частота тактирования шины I2C: до 400 кГц;
• Рабочая температура: -30 . +85 °С;
• Температура хранения: -40 . +85 °С;
• Габариты: 30×30 мм.

Все модули линейки «Trema» выполнены в одном формате

Подключение:

Для удобства подключения к Arduino воспользуйтесь Trema Shield, Trema Power Shield, Motor Shield или Trema Set Shield.

Модуль подключается к аппаратной шине I2C Arduino. Для удобства подключения, предлагаем воспользоваться TremaShield.

Модуль удобно подключать 4 способами, в зависимости от ситуации:

Способ — 1 : Используя проводной шлейф и Piranha UNO

Используя провода «Папа — Мама», подключаем напрямую к контроллеру Piranha UNO.

Способ — 2 : Используя Trema Set Shield

Модуль можно подключить к любому из I2C входов Trema Set Shield.

Способ — 3 : Используя проводной шлейф и Shield

Используя 4-х проводной шлейф, к Trema Shield, Trema-Power Shield, Motor Shield, Trema Shield NANO и тд.

Питание:

Напряжение питания модуля 5В постоянного тока, подаётся на выводы «VCC» и «GND» модуля.

Подробнее о модуле:

Модуль построен на базе датчика APDS9960, в состав которого входят:

• ИК-светодиод с программируемым драйвером;
• 4 фотодиода для обнаружения жестов;
• 3 фотодиода, реагирующих на разные спектры для определения цвета;
• 1 фотодиод общей освещённости;
• Уф- и ИК-фильтры;
• Усилители с программируемым коэффициентом усиления;
• МК;
• АЛУ;
• АЦП;
• ОЗУ;
• и множество дополнительных блоков.

Результаты освещённости в Lux выводятся с использованием эмпирической формулы для аппроксимации реакции человеческого глаза.

Источник

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Многофункциональный датчик для Ардуино APDS-9960

Многофункциональный датчик APDS-9960 позволяет определять цвет поверхности (как этот детектор), оценивать расстояние до препятствия и распознавать простые жесты. Датчик был приобретен на Али за 3 доллара (200 рублей). Датчик традиционно для Китая поставляется в антистатическом пакете.

Габаритные размеры устройства 25 х 17 мм, на плате имеются два крепежных отверстия диаметром по 3 мм, расстояние между центрами отверстий 11 мм. Масса датчика 1,4 г. На плате модуля имеется инфракрасный светодиод, тусклое свечение которого вполне можно заметить невооруженным глазом, даже в условиях не слишком яркого дневного освещения, для лучшей заметности следует использовать сильную лупу. Излучение светодиода отражается от исследуемой поверхности и попадает на группу фотодиодов. С другими устройствами взаимодействие происходит по интерфейсу I2C.

Подключение многофункционального датчика

Плата устройства имеет 5 контактов:

• VCC – питание 3,3 В,
• GND — общий провод,
• INT — вывод для сигнала прерывания,
• SDA и SCL — контакты интерфейса I2C 3.

В простейшем случае использовать датчик можно с неподключенным контактом INT.

Модуль потребляет ток 160-140 мкА при напряжении 3,3 В.

Для работы с данным устройством написана специальная библиотека SparkFun_APDS-9960_Sensor_Arduino_Library-master 5. К ней прилагается ряд примеров, иллюстрирующих работу устройства в разных режимах. Программа ColorSensor позволяет отличать цвет поверхности. В качестве подопытных поверхностей были использованы папки трех цветов.

Экспериментально установлено, что для надежного распознавания цветов расстояние между поверхностью и датчиком должно составлять 1,5-2 см.

Красная папка

Зеленая папка

Синяя папка

Во всех случаях цвет определяется правильно, хотя красная поверхность отличается от зеленой сильнее, чем отличаются друг от друга синяя и зеленые поверхности. Возможно, это связано с тем, что во время опытов поверхность папок дополнительно освещалась белой холодной светодиодной лампой. Во всяком случае, датчик в данных условиях и белую писчую бумагу объявляет красной, хотя в этом случае разница сигналов по разным каналам не велика.

Аналогичный результат дает и черная шероховатая поверхность бокса CD-диска, разумеется в этом случае общая яркость отраженного сигнала гораздо меньше.

Особенно приятно удивило то, что надежно опознается цвет не только поверхностей большой площади, но и цвет сравнительно небольших предметов.

Красная рукоятка отвертки

Синяя рукоятка отвертки

Зеленый кистевой эспандер

Хотя для случая локальных предметов разница в сигнале по разным цветовым каналам меньше, тем не менее, во всех случая цвет с расстояния в 1,5 – 2 см распознается уверенно. Программа AmbientLightInterrupt также замеряет общую освещенность и освещенность по трем цветовым каналам, но с использованием прерывания.

Программа ProximitySensor позволяет измерять расстояние до препятствия в диапазоне от 5 до 40 см, результат измерения представляется числом от 0 до 255.

Программа ProximityInterrupt реагирует на приближение препятствия, на расстояние 20 см и меньше, программа использует прерывание.

Программа GestureTest позволяет распознавать простые жесты. При этом данная программа наиболее надежно распознает жесты «LEFT» и «RIGHT». При использовании датчика для распознавания жестов следует двигать рукой плавно, без резких движений.

В целом отличный датчик, не нуждающийся, в какой-либо сложной настройке, при правильном включении начинает работать сразу и надежно выполняет заявленные функции.

Полезные ссылки

1. www.theorycircuit.com/arduino-gesture-sensor-apds-9960/
2. www.youtube.com/watch?v=0iagZdvaxV8
3. de-news.net/online/датчик-жестов-apds-9960-подключение-к-arduino-0iagZdvaxV8.html
4. elekt.tech/arduino/sensors/datchik-zhestov-osveshhennosti-tsveta-i-priblizheniya-apds-9960-dlya-arduino.html
5. github.com/sparkfun/SparkFun_APDS-9960_Sensor_Arduino_Library
6. iarduino.ru/file/308.html

Файлы управления модуля тут. Автор обзора датчика — Denev.

Источник