Arduino UNO i proste menu użytkownika wykonane z wykorzystaniem modułu LCD z magistralą szeregową i2c

Stronę tą wyświetlono już: 2142 razy

Same Arduino nie wiele znaczy bez dodatkowych elementów. W tym przypadku postanowiłem stworzyć coś na kształt interfejsu użytkownika w postaci menu wyświetlanego na module LCD wyposażonym w magistralę szeregową i2c, która umożliwia podłączenie i komunikowanie się za pomocą zaledwie czterech przewodów:

GND - uziemnienie;
VCC - 5+;
SDA - linia przesyłanych danych;
SDL - linia zegara

Połączenie układu pokazane zostało na poniższym rysunku. Ważne jest, aby zdawać sobie sprawę, że w Arduino UNO piny A4 i A5 mają specjalne przeznaczenie i umożliwiają komunikowanie się z urządzeniami poprzez magistralę szeregową i2c. W tymże układzie w zależności od ustawienia rezystancji rezystora wyświetlana będzie pozycja menu.

Arduino UNO R3 - widok podłączenia modułu LCD z magistralą szeregową i2c oraz rezystora z regulowaną rezystancją — Rys. 1
**Arduino UNO R3** - widok podłączenia modułu **LCD** z magistralą szeregową **i2c** oraz rezystora z regulowaną rezystancją

Poniżej zamieszczam dokładny opis magistrali szeregowej i2c wraz z modułem LCD. Każda magistrala szeregowa i2c ma przypisany adres, po którym urządzenie komunikuje się z Arduino. Takie rozwiązanie umożliwia podłączenie kilku różnych elementów sterowanych za pomocą magistrali szeregowej i2c pod warunkiem, że każda z nich ma przypisany inny adres. W przypadku poniższego modułu piny A1, A2 i A3 umożliwiają zmianę adresu magistrali. W moim przypadku adres mojej magistrali szeregowej i2c to 0x3F (zapis szesnastkowy), ale zdarzają się też moduły z ustawionym adresem na 0x27.

Rysunek poglądowy modułu LED z magistralą szeregową i2c — Rys. 2
Rysunek poglądowy modułu **LED** z magistralą szeregową **i2c**:
piny sterujące i zasilające moduł;

zworki umożliwiające zmianę adresu magistrali szeregowej i2c;

rezystor regulujący kontrast wyświetlacza (jeżeli moduł nie wyświetla danych możliwe, że rezystor ten jest ustawiony w złym położeniu);

zworka włączająca podświetlenie wyświetlacza **LCD**;

dioda sygnalizująca podłączenie modułu do zasilania;

Jeżeli nie znasz adresu swojej magistrali szeregowej i2c poniższy kod umożliwi wykrycie tego adresu pod warunkiem, że do Arduino podpięte zostanie tylko jedno takie urządzenia.

Listing 1

#include <Wire.h>
void setup()
{
Wire.begin();
Serial.begin(9600);
while (!Serial); // Leonardo: wait for serial monitor
Serial.println("nI2C Scanner");
}
void loop()
{
byte error, address;
int nDevices;
Serial.println("Scanning...");
nDevices = 0;
for(address = 1; address < 127; address++ )
{
// The i2c_scanner uses the return value of
// the Write.endTransmisstion to see if
// a device did acknowledge to the address.
Wire.beginTransmission(address);
error = Wire.endTransmission();
if (error == 0)
{
Serial.print("I2C device found at address 0x");
if (address<16)
Serial.print("0");
Serial.print(address,HEX);
Serial.println(" !");
nDevices++;
}
else if (error==4)
{
Serial.print("Unknown error at address 0x");
if (address<16)
Serial.print("0");
Serial.println(address,HEX);
}
}
if (nDevices == 0)
Serial.println("No I2C devices foundn");
else
Serial.println("donen");
delay(5000); // wait 5 seconds for next scan
}

Zasada działania menu jest prosta, zmiana położenia pokrętła rezystora regulowanego powoduje zmianę odczytanego napięcia na pinie analogowym A0 i w zależności od jego wartości zmienia się pozycja wyświetlanego menu (co można zobaczyć na poniżej zamieszczonym filmie).

Do obsługi wyświetlacza konieczne jest załączenie następujących bibliotek:

Listing 2

#include <Wire.h> // standardowa biblioteka Arduino
#include <LiquidCrystal_I2C.h> // dolaczenie pobranej biblioteki I2C dla LCD

Bibliotekę New LiquidCrystal można pobrać z strony tutaj.

Inicjalizacja obiektu klasy LiquidCrystal_I2C odpowiedzialnego za komunikację z modułem LCD wygląda następująco:

Listing 3

LiquidCrystal_I2C lcd(0x3f, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE);

Sama konfiguracja wyświetlacza w funkcji setup wygląda następująco:

Listing 4

lcd.begin(16,2); // liczba znaków w jednej linii, liczba linii tekstu
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("obliczeniowo.com");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(".pl");
lcd.setCursor(0,0);

Zadeklarowane przeze mnie klasy, które wykorzystuję do obsługi wyświetlania menu to:

MenuItem - reprezentująca pojedynczy obiekt pozycji menu;
Menu - reprezentująca menu i realizująca zadania związane z przewijaniem pozycji menu;

Klasa MenuItem jest swego rodzaju uproszczoną listą dwukierunkową. Oto deklaracje wyżej wymienionych klas:

Listing 5

class MenuItem{
MenuItem* before;
MenuItem* after;
String text;
public:
MenuItem(String text, MenuItem* before = NULL, MenuItem* after = NULL) : text(text), before(before), after(after){};
~MenuItem(){
if(after){
delete after;
}
}
void addMenuPos(String text){
if(after){
after->addMenuPos(text);
}else{
after = new MenuItem(text, this);
}
}
byte count(){
if(after){
return 1 + after->count();
}
return 1;
}
String getItemText(byte index){
if(index && after){
return after->getItemText(index - 1);
}
return text;
}
};
class Menu{
MenuItem *items;
byte menuPos;
public:
Menu() : items(NULL), menuPos(0){};
~Menu() {
delete items;
}
void addMenuPos(String text){
if(items)
items->addMenuPos(text);
else
items = new MenuItem(text);
};
void setMenuPos(byte menuPos, LiquidCrystal_I2C &lcd){
if(this->menuPos != menuPos){
lcd.clear();
lcd.print(items->getItemText(menuPos));
this->menuPos = menuPos;
}
}
void menuLoop(LiquidCrystal_I2C &lcd){
if(items){
byte count = items->count();
int maximum = 240;
int minimum = 0;
int dx = (maximum - minimum) / count;
byte i = 0;
int a0_read = analogRead(A0);
for(int mp = maximum - dx; mp > minimum - dx; mp -= dx){
if(mp <= a0_read){
setMenuPos(i, lcd);
break;
}
i++;
}
}
}
};