作业11：输入设备[FabNotes023]

给微控制器电路增加一个传感器，测量感兴趣的值

这周开始，芯片 Attiny45 将会频繁出场:

电路设计

尝试用 phototransistor （光电晶体管）作为输入模块，去控制 LED 。

在 Eagle 先画 schematic:

然后生成 board。可以先用 autorouter 自动布线，然后再根据需要手动调整。

在完成设计之前，需要用 ERC 命令检查 schematic 的错误，用 DRC 检查 board 的错误。根据机器刀头的尺寸，设置线路间隔为 16mil 。

全部仔细检查后，再分别把 top 图层和 dimension 图层输出为两个 png 文件，要注意勾选单色输出：

Download the eagle sch & brd & png files.

电路板制作

依然使用 Roland SMR-20 刻电路板，用 1/64 刀头刻线路，1/32 切割外框。在 fabmodules.org 里面，设置输入的 png 图像 dpi 为 1500 ，然后计算雕刻路径：

将元件们焊好：

程序

这周开始用 Arduino 写程序。在上传之前，需要选好板子的类型以及芯片。 Attiny45 使用 8 MHz 内频。

代码如下，也可以到这里下载。


  // set pin numbers:
const int buttonPin = 3;     // the number of the pushbutton pin
const int ledPin =  4;      // the number of the LED pin

// variables will change:
int buttonState = 0;         // variable for reading the pushbutton status

void setup() {
  // initialize the LED pin as an output:
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  // initialize the pushbutton pin as an input:
  pinMode(buttonPin, INPUT);
}

void loop() {
  // read the state of the pushbutton value:
  buttonState = digitalRead(buttonPin);

  // check if the pushbutton is pressed.
  // if it is, the buttonState is HIGH:
  if (buttonState == HIGH) {
    // turn LED on:
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
  } else {
    // turn LED off:
    digitalWrite(ledPin, LOW);
  }
}

在这个简单的电路程序中，光电晶体管起到开关的作用，根据光亮控制电路中 LED 的明灭：

试验1：用 Python 和串口通信

制作一块带有光电晶体管的板子：

下载 hello.light.45.c 和 makefile。在 terminal cd 进入文件夹，输入命令 make -f hello.light.45.make

得到回应：

avr-gcc -mmcu=attiny45 -Wall -Os -DF_CPU=8000000 -I./ -o hello.button.45.out hello.button.45.c
avr-objcopy -O ihex hello.button.45.out hello.button.45.c.hex;\
	avr-size --mcu=attiny45 --format=avr hello.button.45.out
AVR Memory Usage
----------------
Device: attiny45

Program:     364 bytes (8.9% Full)
(.text + .data + .bootloader)

Data:          0 bytes (0.0% Full)
(.data + .bss + .noinit)

然后输入命令： sudo make -f hello.light.45.make program-usbtiny

得到回应：

avr-objcopy -O ihex hello.light.45.out hello.light.45.c.hex;\
	avr-size --mcu=attiny45 --format=avr hello.light.45.out
AVR Memory Usage
----------------
Device: attiny45

Program:     502 bytes (12.3% Full)
(.text + .data + .bootloader)

Data:          1 bytes (0.4% Full)
(.data + .bss + .noinit)


avrdude -p t45 -P usb -c usbtiny -U flash:w:hello.light.45.c.hex

avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions

Reading | ################################################## | 100% 0.00s

avrdude: Device signature = 0x1e9206
avrdude: NOTE: "flash" memory has been specified, an erase cycle will be performed
         To disable this feature, specify the -D option.
avrdude: erasing chip
avrdude: reading input file "hello.light.45.c.hex"
avrdude: input file hello.light.45.c.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: writing flash (502 bytes):

Writing | ################################################## | 100% 0.74s

avrdude: 502 bytes of flash written
avrdude: verifying flash memory against hello.light.45.c.hex:
avrdude: load data flash data from input file hello.light.45.c.hex:
avrdude: input file hello.light.45.c.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: input file hello.light.45.c.hex contains 502 bytes
avrdude: reading on-chip flash data:

Reading | ################################################## | 100% 0.94s

avrdude: verifying ...
avrdude: 502 bytes of flash verified

Python 程序可以在这里下载.

用 USB to TTL 连接好板子并运行程序：

python hello.light.45.py /dev/ttyUSB0

这时出现错误提示：

Traceback (most recent call last):
  File "hello.light.45.py", line 62, in <module>
    ser = serial.Serial(port,9600)
  File "/Library/Python/2.7/site-packages/serial/serialutil.py", line 180, in __init__
    self.open()
  File "/Library/Python/2.7/site-packages/serial/serialposix.py", line 294, in open
    raise SerialException(msg.errno, "could not open port %s: %s" % (self._port, msg))
serial.serialutil.SerialException: [Errno 2] could not open port /dev/ttyUSB0: [Errno 2] No such file or directory: '/dev/ttyUSB0'

Google 一下这个问题 Failed to open port /dev/ttyUSB0 - ROS Answers: Open Source Q&A Forum。

问题可能是因为我还没有装 FTDI （用于 USB 和串口通信）驱动。

使用命令 ls /dev/tty* 可以列出当前可用的串口。确实没有 /dev/tty.usbserial-A400gwhT 串口。所以我尝试安装 FTDI 驱动 - D2XX Direct Drivers 以及 Virtual COM Port Drivers。但是依然不成功。

接着，Google 到这一篇 How to Install FTDI Drivers - learn.sparkfun.com 照着再装了一遍驱动。重启电脑后，插入 FTDI 2 USB 设备， /dev/tty.usbserial-A400gwhT 总算出现在串口列表中。

接着，尝试用新的串口运行程序：

python hello.light.45.py /dev/tty.usbserial-A400gwhT 9600

继续看到错误提示：

command line: hello.light.45.py serial_port

到 python 程序中仔细看了看，将 len(sys.argv) 从 2 改为 3:

if (len(sys.argv) != 3):
   print "command line: hello.light.45.py serial_port"
   sys.exit()
port = sys.argv[1]

问题解决：

测试视频

实验2：开关

做了一个带开关的板子：

下载 hello.button.45.c 和 makefile。在 terminal cd 进入文件夹，运行命令： make -f hello.button.45.make 和 sudo make -f hello.button.45.make program-usbtiny。都正常。

然后用 TTL 2 USB 连接板子：

运行命令

python term.py /dev/tty.usbserial-A400gwhT 9600

每按一次按钮，屏幕打出一个“du”：

测试视频

实验3：温度传感器

做了一个带有温度传感器的板子：

下载 hello.temp.45.c 和 makefile。输入命令 make -f hello.button.45.make 和 sudo make -f hello.button.45.make program-usbtiny。

然后运行程序 python hello.temp.45.py /dev/tty.usbserial-A400gwhT 9600 。传感器开始实时监测温度变化。