Arduino

Añada un display a un ESP32

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I2C (Inter-Integrated Circuit) es un modo de comunicación en serie de dos hilos, que puede utilizarse para la conexión de microcontroladores y sus periféricos. Los dispositivos que utilizan la comunicación I2C deben estar conectados a la línea de datos serie (SDA), y la línea de reloj serie (SCL) (llamado bus I2C). Cada dispositivo tiene una dirección única y puede utilizarse como transmisor o receptor para comunicarse con los dispositivos conectados al bus.

Como es de suponer usar este tipo de comunicación I2C con un controlador LCD requiere muchos menos hilos para la gestión del mismo, pues tradicionalmente se controlaban según el bus de datos (4 bits o 8bits) con al menos 4 u 8 hilos de datos, uno para registro seleccionado(RS), otro para lectura/escritura (R/W) , el de reloj (enable) y dos hilos para alimentación. Es decir, la configuración de pines de este tipo de displays LCD sin este tipo de controladores I2C compatibles con el standard de Hitachi es/era la siguiente:

  1. Tierra
  2. VCC +3.3 a +5V (típico)
  3. Ajuste de contraste (VO) Esta es una entrada analógica , típicamente conectado a un potenciómetro. El usuario tiene que ser capaz de controlar este voltaje independiente de todos otros ajustes, para optimizar la visibilidad del display que varía con la temperatura y, en algunos casos, con la altura sobre el nivel de mar. Con un ajuste incorrecto el display parecerá para funcionar mal.
  4. Registro Seleccionado (RS). RS=0: Comando, RS=1: Dato
  5. Lectura/Escritura (R/W). R/W=0: Escribe, R/W=1: Lee (En la mayor parte de las aplicaciones que leer del HD44780 no tiene sentido. En ese caso este pin puede ser permanentemente conectado a tierra y no hay necesidad de asignar pines de entrada/salida para gestionarlo.)
  6. Reloj (Enable). Disparado por el borde descendente
  7. Bit 0 (No utilizado en operación de 4 bits)
  8. Bit 1 (No utilizado en operación de 4 bits)
  9. Bit 2 (No utilizado en operación de 4 bits)
  10. Bit 3 (No utilizado en operación de 4 bits)
  11. Bit 4
  12. Bit 5
  13. Bit 6
  14. Bit 7
  15. Backlight Ánodo (+) (Si aplica)
  16. Backlight Cátodo (-) (Si aplica)

En este ejemplo vamos a ver como conectar un display LCD1602 que integra un controlador I2C con un LCD y este con un ESP32 ,! lo cual solo requiere solo 4 hilos !.En este caso,la pantalla LCD1602 puede mostrar 2 líneas de caracteres en 16 columnas siendo capaz de mostrar números, letras, símbolos, código ASCII, etc. Además el precio es muy asequible pues ronda los 6€/unidad en Amazon y obviamente también existen displays de muchas mas líneas y de mas caracteres según las necesidades particulares de cada diseño.

Este módulo LCD I2C/IIC por tanto puede mostrar 2 líneas de caracteres, 16 para cada uno y es compatible con la mayoría de los microcontroladores de corriente. Los principales modelos de Arduino , Raspberry Pi,/ Raspberry Pi Pico, ESP32 o ESP8266 (otros controladores también pueden ser compatibles, pero el fabricante no proporciona tutorial y código).

A continuación se muestra una pantalla LCD1602 monocroma junto con su diagrama de circuito:

Como podemos ver la pantalla LCD1602 I2C integra una interfaz I2C que conecta el módulo de entrada serie y salida paralela a la pantalla LCD1602.

Esto nos permite utilizar sólo 4 líneas para operar el LCD1602: GND, VCC ( 5v DC),SDA y SCL.

El chip IC serie-paralelo utilizado en este módulo es PCF8574T (PCF8574AT), y su dirección I2C por defecto es 0x27(0x3F), de modo que si tiene problemas para ponerlo en funcionamiento con el código que veremos , ¡cambie 0x27 a 0x3F !-

El pin del módulo PCF8574 y el pin del LCD1602 se corresponden y conectan entre sí:


Así que sólo necesitamos 4 pines para controlar los 16 pines de la pantalla LCD1602 a través de la interfaz I2C.
En este ejemplo , vamos a utilizar el I2C LCD1602 para mostrar algunos caracteres estáticos y los dinámicas. Las conexiones por tanto del display con un ESP32 no pueden ser mas simples como podemos ver a continuación;

Es muy importante saber que la dirección I2C de este LCD varía entre los diferentes chips incorporados( Chip 8574AT: 0x3F y 8574T o chip en blanco: 0x27 )

En la imagen podemos ver una imagen , mas claramente como es este tipo de display y como ha evolucionado de un modelo antiguo donde claramente se aprecia el interfaz i2c una placa aparte y las versiones actuales donde ya va integrado dentro del diseño de la propia placa del LCD.

Podemos usar simplemente cuatro cablecillos hembra -hembra para probar el conjunto:

No es demasiado engorroso todo lo demás porque solo necesitaremos conectar un cable microusb para alimentar el conjunto:

Obviamente para poder escribir caracteres en la pantalla tendremos que cargar el fw adecuado y que vamos a ver a continuación ( sino cargamos nada simplemente aparecerá en la primera lineá los 16 caracteres oscuros)

Código de ejemplo

Antes de escribir código, necesitamos importar la librería necesaria, para lo cual utilizamos la librería de terceros LiquidCrystal I2C. Si aún no la ha instalado, por favor necesitara hacerlo para compilar el siguiente código de mas abajo.
Los pasos para añadir librerías de terceros son los siguientes:

  • Abra arduino ide
  • Vaya aSketch->Include library-> Manage Librerías.
  • Introduzca » LiquidCrystal I2C» en la barra de búsqueda
  • Seleccione » LiquidCrystal I2C » para su instalación

A continuación mostramos un ejemplo de como pintar cualquier carácter en la primera o segunda lineá


#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <Wire.h>
/*
 * #define SDA 13 //Define SDA pins
#define SCL 14 //Define SCL pins
*/
#define SDA 13  /* 2// 4// 13 //Define SDA pins */
#define SCL 14  /*1//5//14 //Define SCL pins
/*
* note: If lcd1602 uses PCF8574T, IIC's address is 0x27,
* or lcd1602 uses PCF8574AT, IIC's address is 0x3F.
*/
//LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); 
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,16,2);

bool ledState = false; // Inicializar el estado del LED como apagado

void setup() {
   Serial.begin(115200); // Iniciar la comunicación serial
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); // Configurar el pin del LED interno como salida

 Wire.begin(SDA, SCL); // attach the IIC pin
 lcd.init(); // LCD driver initialization
 lcd.backlight(); // Turn on the backlight
 lcd.setCursor(0,0); // Move the cursor to row 0, column 0
 lcd.print("hello, world! "); // The print content is displayed on the LCD
}

void loop() {
 lcd.setCursor(0,1); // Move the cursor to row 1, column 0
 lcd.print("Counter:"); // The count is displayed every second
 lcd.print(millis() / 1000);
 delay(1000);
 ledState = !ledState; // Cambiar el estado del LED
 digitalWrite(LED_BUILTIN, ledState); // Encender o apagar el LED según el estado actual

 Serial.print("LED state: "); // Imprimir el estado del LED en la consola
 Serial.println(ledState);


}

Este es un código de boceto Arduino que inicializa y controla una pantalla LCD con interfaz I2C y parpadea un LED al mismo tiempo.

La primera parte del código incluye las librerías necesarias para la comunicación I2C y el control de la pantalla LCD. Las líneas de comentario muestran diferentes opciones para los pines SDA y SCL que se pueden utilizar dependiendo de la placa que se utilice.

Las siguientes líneas establecen la dirección I2C del LCD y el número de filas y columnas de la pantalla. Luego, la librería Wire es inicializada para la comunicación I2C y el controlador LCD es inicializado. Finalmente, se enciende la luz de fondo y se imprime el mensaje «¡Hola, mundo!» en la primera fila de la LCD.

La función de bucle se ejecuta continuamente y actualiza la segunda fila de la LCD con el valor actual de la función millis() dividido por 1000, que se incrementa cada segundo. Al mismo tiempo, alterna el estado del LED usando el pin LED incorporado e imprime el estado actual del LED al Monitor Serial.

En la siguiente imagen podemos ver funcionando el display con el código anterior.

Por cierto, si planea usar un display de este tipo ha de saber que los caracteres se sobrescriben en la línea correspondiente ,por lo que es responsabilidad del usuario borrar la pantalla cuando corresponda ( por ejemplo escribiendo 16 caracteres en blanco en la línea que nos interese)

Integración con Arduino IoT Cloud Amazon Alexa

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En la página principal de IoT Cloud,crearemos una nueva cosa y le asignaremos un nombre significativo. A continuación, seleccionaremos el tablero que vamos a usar. Si no puede ver su tablero, es posible que se haya saltado el procedimiento de introducción (consulte la sección anterior).

Una vez hecho esto, agregaremos tres propiedades a nuestra cosa. Los dos primeros representarán las lámparas,la última de la temperatura.

Aquí es lo que la vista de panel de su cosa debe verse como en este punto:

Al agregar propiedades, asegúrese de que solo utiliza los tipos enumerados en la sección Inicio inteligente, de lo contrario no funcionarán con Alexa.

The Smart Home section

La sección Smart Home

Ahora ve al Editor Web haciendo clic en el botón Editar boceto en la vista de edición de tu cosa.

 

En el Editor Web necesitamos añadir algo de código al Sketch generado automáticamente para nosotros.

Debido a que queremos leer algunos datos ambientales (a saber, la temperatura, pero no dude en agregar luz, humedad y presión si lo desea), vamos a importar la biblioteca de Arduino_MKRENV en la parte superior de nuestro boceto

#include <Arduino_MKRENV.h>

A continuación, definimos algunas constantes para los pines de placa que se utilizarán para R,G,Bandwhitelight, deesta manera el código es más legible:

#define PIN_MEETING_ROOM 5
#define PIN_LOUNGE_AREA_R 2
#define PIN_LOUNGE_AREA_B 3
#define PIN_LOUNGE_AREA_G 4

Ahora en la función de configuración podemos inicializar el Arduino MKR ENV Shield con:

if (!ENV.begin()) {  
 Serial.println("Failed to initialize MKR ENV shield!");  
 while (1);
}

De esta manera, si el escudo no está instalado, se bloqueará la ejecución de Sketch.

No es necesario especificar que tiene que ser porque vamos a utilizar para establecer la intensidad de nuestro LED blanco o los colores individuales del RGB.pinModeOUTPUTanalogWrite()

En la función loopfunction vamos a leer la temperatura cada segundo:

temperature = ENV.readTemperature();delay(1000);

Por último, es el momento de implementar nuestras funciones de devolución de llamada: las que se ejecutarán cada vez que se extraiga un cambio en el valor de una propiedadde IoT Cloud.

Tenemos que implementar y :onMeetingRoomChangeonLoungeAreaChange

void onMeetingRoomChange()
 { uint8_t brightness = map(meetingRoom.getBrightness(), 0, 100, 0, 255); 
if (meetingRoom.getSwitch())
 {   Serial.println(brightness); 
  analogWrite(PIN_MEETING_ROOM, brightness);   
  } else{ 
  analogWrite(PIN_MEETING_ROOM, LOW); 
}}

con el código anterior primero leemos el valor de brillo de la nube y lo mapeamos a un valor utilizable, luego verificamos si el interruptor de luz está encendido, si es que podemos encender la luz, usando el rojo antes. De lo contrario, apagamos la luzbrightness

El principio de trabajo es el mismo para la otra devolución de llamada:

void onLoungeAreaChange() 
{ uint8_t r, g, b;
 loungeArea.getValue().getRGB(r, g, b);
 if (loungeArea.getSwitch()) { 
  Serial.println("R:"+String(r)+" G:"+String(g)+ " B:"+String(b));   analogWrite(PIN_LOUNGE_AREA_R, r);  
 analogWrite(PIN_LOUNGE_AREA_B, b);  
 analogWrite(PIN_LOUNGE_AREA_G, g); }
 else{    
Serial.println("Lamp Off");   
 analogWrite(PIN_LOUNGE_AREA_R, 0);   
 analogWrite(PIN_LOUNGE_AREA_B, 0);    
analogWrite(PIN_LOUNGE_AREA_G, 0);
 }}

La única diferencia notable es el hecho de que en lugar del brillo justo, tenemos tres componentes diferentes: son la representación del color RGB de la luz. Por supuesto, podemos definir colores personalizados por nombre en la aplicación Alexa para que no tengamos que decir manualmente qué cantidades de rojo, verde o azul queremos establecer.

Amazon Alexa

Ahora necesitaremos la aplicación Amazon Alexa que se puede descargar desde apple App Store o Google Play Store. Una vez instalado, inicie sesión con su cuenta existente o cree una nueva.

Importante:Cuando se le pida que inicie sesión, asegúrese de utilizar las mismas credenciales utilizadas para crear su Arduino IoT Cloud Thing, de lo contrario no funcionará.

Además, tenemos que instalar la habilidad de hogar inteligente necesaria para interactuar con nuestro MKR1010. Para ello, vaya a Dispositivos (icono inferior derecho) y haga clic en YourSmartHomeSkillsy, a continuación, en EnableYourSmartHomeSkill.

Devices view

Vista de dispositivos

Ahora busca la habilidad llamada Arduino y agréguela. En el mismo momento de esta escritura, esa habilidad no está disponible en todo el mundo, pero estamos trabajando en ello y la aprobación para otros países está en curso.

Arduino Smart Home skill

Habilidad Arduino Smart Home

La pantalla debería tener este aspecto:

Devices with Arduino skill installed

Dispositivos con habilidad Arduino instalada

Ahora que la habilidad está configurada, finalmente podemos añadir nuestros dispositivos. Para hacerlo, vuelva a la pantalla Dispositivos y toque el signo + en la parte superior.

Add a new device

Añadir un nuevo dispositivo

Pulse en AddDevice, luego En otros y DiscoverDevices. El proceso de búsqueda puede tomar un poco, pero al final se le debe presentar esta pantalla:

Después de pulsar en Elegir dispositivo se le presentará la página de configuración que enumera todos los dispositivos disponibles (Se nombrarán de acuerdo con cómo nombramos nuestras propiedades en Arduino IoT Cloud).

Vamos a elegir un dispositivo y puntee SetUpDevice. Si te gusta también puedes añadirlo a un grupo (De esta manera puedes controlar y organizar tus dispositivos más fácilmente), de lo contrario omite esta parte.

Repita el proceso de configuración para cada dispositivo que desee controlar.

Por último, la vista del dispositivo debe tener este aspecto:

Finalmente podemos empezar a preguntar cosas como «Alexa, ¿cuál es la temperatura en la oficina?» o «Alexa enciende la luz en la sala de reuniones».

!Diviértase jugando con Alexa y IoT Cloud.!