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sábado, 2 de noviembre de 2024

ESP8266 con GPS NEO6MV2 y acelerómetro ADXL345: Mapa en tiempo real

Muy Buenas Arduineros y Arduineras

Ahora si, juntamos los proyectos con el sensor ADXL345 y el sistema GPS con NEO6MV2. Esta unión afecta tanto al microrontrolador ESP8266 tanto como al programa para Python.

Si ya has visto las entradas anteriores, Servidor socket adxl345 Servidor AP GPS NEO6MV2 socket interface hacemos un pequeño resumen.

Son interfaces para comunicar mediante Wi-Fi los sensores arriba descritos. En estas interfaces se muestran los datos de posición de los ejes para el ADXL345 y la telemetría de la señal GPS.

Tipo de conexión:

  • Cliente Se conecta a la red local.
  • Como punto de acceso Nos conectamos directamente al microcontrolador.

Ambas opciones funcionan igual de bien y la latencia dependerá más por la distancia que tengamos con respecto al módulo que por la lectura de los sensores.

En el caso que de que estemos usando un portátil la ventaja para la conexión cliente es que como estamos conectados al router de casa seguiremos teniendo internet. No pasa lo mismo con el modo AP, una vez conectado no tendremos acceso a internet a no ser que estemos usando ethernet.

El modo AP en el ESP8266 será muy útil en exteriores como gracias a su conexión directa con la interfaz.

Tener los datos de latitud y longitud esta bien pero es mucho mejor tener una representación visual del recorrido. Además podemos añadir puntos de control que irán construyendo un perímetro con estas referencias. Para lograr tener el mapa en la interfaz hemos recurrido a la librería de Tom Schimansky TkinterMapView.

TkinterMapView

TkinterMapView es una biblioteca de Python que nos permite crear mapas interactivos dentro de aplicaciones que utilicen la interfaz gráfica de usuario (GUI) de Tkinter. En otras palabras, es una herramienta que te facilita la integración de mapas en tus programas.

Entre sus características destacan:

  • Mostrar mapas: Es su función principal, mostrar mapas basados en mosaicos como los que ofrece OpenStreetMap.

  • Interactuar con el mapa: Los mapas que creas con TkinterMapView son interactivos. Los usuarios pueden hacer zoom, desplazarse y, en algunos casos, buscar ubicaciones específicas.

  • Personalización: Puedes seleccionar entre diferentes proveedores de mapas y capas.

  • Agregar marcadores y overlays: También puedes añadir marcadores para señalar puntos de interés en el mapa y superponer diferentes capas de información, como datos geográficos o imágenes.

  • Facilidad de uso: La biblioteca es relativamente sencilla de usar, especialmente si ya estás familiarizado con Tkinter.

  • Integración con Tkinter: Al ser compatible con Tkinter, puedes combinar los mapas con otros elementos de tu interfaz gráfica.

Alguna de las funciones que más usaras son:

  • set_position - (set_position(x_lat, y_lon) Vamos a la posición dada por las coordenadas de latitud y longitud
  • set_marker - (set_marker(x_lat, y_lon) Crea un marcador en el mapa
  • set_zoom - (set_zoom(int)) Aplica zoom sobre el mapa
  • set_address - (set_address("Almeria", marker=True, text="Spain")) Nos sitúa en la ciudad especificada
  • set_polygon - (self.coordinates, name="Route NEO6MV2") con set_polygon crearemos una cerca que sera delimitada por una lista de puntos de latitud y longitud

Ahora que sabemos la novedad en este programa, este es un ejemplo sencillo de su uso con las funciones "set_position" y "set_marker":


import tkinter
import tkintermapview

# create tkinter window
root_tk = tkinter.Tk()
root_tk.geometry(f"{1000}x{700}")
root_tk.title("map_view_simple_example.py")

# Crea el widget con el mapa
map_widget = tkintermapview.TkinterMapView(root_tk, width=1000, height=700, corner_radius=0)
map_widget.pack(fill="both", expand=True)


# Establece la posición por latitud y longitud y aplica zoon 
map_widget.set_position(37.179790, -1.821792, marker=False)  # Garrucha, Almería 
map_widget.set_zoom(17)

# Establece la posición actual según su dirección
# map_widget.set_address("Garrucha, Almeria", marker=False)

def marker_click(marker):
    print(f"marker clicked - text: {marker.text}  position: {marker.position}")

# Establece un marcador, puede tener un color personalizado y comando "onClick"
marker_2 = map_widget.set_marker(37.179790, -1.821792, text="Garrucha Ayto.", command=marker_click)


root_tk.mainloop()



Con esta pequeña introducción a la librería TkinterMapView y como es prácticamente la única función añadida en el programa, ahora si, veamos la interfaz:

Para dar un toque diferente a la interz, le he aplicado una capa visual llamado "Forest ttk theme" alojado en GitHub para romper un poco con la monotonía del apartado visual por defecto.


Como se puede apreciar, la parte superior es la dedicada al sensor ADXL345 y la parte inferior para el GPS NEO6MV2 junto con el mapa.

Para mostrar el mapa necesitamos tener conexión a internet, como explicaba más arriba esto no funcionará si estamos en el modo AP.

Para usar el programa en modo AP no tendremos que realizar ningún cambio en la interfaz, pero si tener cargado el programa adecuado en el microcontrolador.

Conexión ESP8266 como cliente:

Para conectarnos en modo cliente tenemos que averiguar la IP que nos asigna el router, esta información nos la proporciona el programa y la podemos ver en el monitor serial.

Conexión ESP8266 como AP:

Por otra parte si nos conectamos en modo AP, primero tenemos que conectarnos a la red: "gpsServer" y su contraseña es "gps12345". Una vez estemos conectados al ESP8266, la dirección IP por defecto para el modo AP es 192.168.4.1

Espero que os guste y si estáis aprendiendo a programar en Python os puede ayudar con vuestros proyectos Aquí teneís otros enlaces de este blog relacionados con Python:

Programa de ejemplo de este articulo en GitHub

Otras interfaces:

Interfaz de ejemplo con Tkinter de este articulo en GitHub

ADXL Socket Server en GitHub


Aquí tienes otros enlaces de este blog relacionados con Python:

Tienes este y otros proyectos en mi repositorio de GitHub

Espero que os guste el contenido, Saludos!!

viernes, 27 de septiembre de 2024

ESP8266 con ADXL345: Servidor socket y visualización en Python con Tkinter

Si ya leíste la entrada anterior sobre el sensor ADXL345, hemos mostrado los datos que genera un sensor de 3 ejes en el monitor serial. A mucha gente, una serie de números en una pantalla no le dicen mucho, algo más "humano" puede ser representarlo en un gráfico.

¿Como dibujar con Python?

Aunque más que a Python nos referimos a una de las librerías más famosas para crear interfaces, Tkinter. Junto con esta librería viene uno de los widgets más versátil para el dibujo, Canvas.

Canvas te proporciona un espacio donde puedes dibujar y mostrar elementos gráficos de forma personalizada. Es como una hoja de papel en la que puedes dibujar líneas, formas, texto, imágenes e incluso vídeo si utilizas una librería externa como OpenCV (Open Source Computer Vision Library).

Dentro de Canvas encontraremos la función create_line, con la que representaremos las coordenadas X Y Z de forma visual de tal manera que van a tener sentido.


id = cv.create_line(obj, init_ancho, init_alto, ancho, alto, trazo)



El programa va estructurado en dos partes, por un lado tenemos el ESP8266 con el sensor ADXL345 en modo servidor y por otro lado tenemos un ordenador con Python y el programa ADXL345 Interface Axis. 

NodeMCU -> Python Tkinter

ESP8266 ModeMCU con ADXL345

Este sensor tiene su propia entrada en el blog "ESP8266 y ADXL345 acelerómetro de 3 ejes. Lectura Serial" y es recomendable leerlo para entender mejor el funcionamiento del sensor ADXL345.

Primero iniciamos el microcontrolador ESP8266 con el sketch "esp8266_adxl_socket_server.ino". La principal diferencia con el programa básico es la implementación de un servidor socket en modo servidor con la librería "ESP8266WiFi.h". Solo hay que cambiar los datos para el ssid y password.

 
#include "ESP8266WiFi.h"

const char* ssid = "YOUR_SSID";
const char* password =  "PASSWORD";

// Tipo de Socket y puerto
WiFiServer wifiServer(1314);

En la función setup() realizamos la conexión:

 
void setup() 
 
  Serial.begin(115200);
 
  delay(1000);
 
  WiFi.begin(ssid, password);
 
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(1000);
    Serial.println("Conectando..");
  }
 
  Serial.print("Connected to WiFi. IP:");
  Serial.println(WiFi.localIP());
 
  wifiServer.begin();
  

Por último se ejecuta todo en loop()


void loop() {
 
  WiFiClient client = wifiServer.available();
 
  if (client) {
    Serial.println("Client connected");
    while (client.connected()) {
 	  
      // Función donde se obtienen los datos del sensor.
      client.print(getADXL());
      delay(10);
    }
 
    client.stop();
    Serial.println("Client disconnected");
 
  }
}

Ahora que sabemos como se conecta a nuestra red wifi,tenemos que averiguar la IP del dispositivo. La opción más sencilla es abrir el monitor serial y esperar la confirmación de conexión con la red que hayamos definido en YOUR_SSID y PASSWORD. Otra opción es mirar que dirección IP nos asigno el router.

Si utilizas el IDE de Arduino tras la confirmación se mostrará la IP del dispositivo ESP8266.

Monitor serial

El resto de información confirma que el sensor ADXL345 esta funcionando correctamente. Ahora podemos desconectar el ESP8266 y conectarlo a una fuente externa como una powerbank. Una vez que lo conectes se volverá a cargar la IP que nos dio el monitor serial.

Cliente ADXL345 Interface Axis

Por la parte del cliente, este programa creado con Python y la librería gráfica Tkinter. Consta de dos archivos, main_adxl345.py y class_cliente_adxl345.py.

  • main_adxl345.py es el encargado de dibujar la interfaz y las funciones que manejan los datos del sensor.
  • class_cliente_adxl345.py se encarga de la conexión wi-fi con el microcontrolador con el servicio socket server.

La interfaz:

Esta es la ventana principal donde se mostraran los datos que recibimos desde el ESP8266. Lo ejecutamos usando el comando:


python3 -m main_adxl345

Es bastante sencilla, en la parte izquierda es donde esta el canvas para representar los ejes y la parte derecha están los apartados de conexión y el muestreo de los datos.


En el apartado "socket connection" es donde hay que introducir la IP que nos ha proporcionado Arudino IDE en el monitor serial y pulsar el botón "start conn".

Si todo esta correcto, la pantalla empezará a mostrar los datos y representar en la pantalla los ejes del sensor. Podemos hacer que se muestren o no las lineas de cada eje de una manera independiente con los check button situados bajo el frame de recepción de datos.

 

 

ADXL345 Interface Axis es un programa sencillo con el que podremos ver los ejes de un sensor ADXL 345 de una manera visual, un código sencillo y reutilizable. De hecho con unas pocas modificaciones lo he usado para mi próximo ejemplo con un sensor GPS 6MV2 y representar sus datos. 

Programa de ejemplo de este articulo en GitHub

 

Aquí tienes otros enlaces de este blog relacionados con Python:

Muestra el estado del sistema Raspberry Pi

Raspberry pi PWM

Espero que os guste el contenido, Saludos!!

sábado, 21 de septiembre de 2024

ADXL345 con ESP8266: Acelerómetro de 3 ejes – Lectura serial y ejemplos

Sensor ADXL345
ADXL345

Buenas a todos y todas!!!

El sensor ADXL345 es un sensor súper versátil en campos como la robótica, drones o sistemas de seguridad.

Pues tengo varias ideas para el pero por el momento es mejor hablar sobre que es el sensor ADXL345 y cuales son sus características más destacadas.


¿Qué es el sensor ADXL345?

El sensor ADXL345 es un acelerómetro digital de 3 ejes ampliamente utilizado en aplicaciones muy diversas, desde drones y robots hasta dispositivos portátiles y sistemas de control industrial.

El sensor ADXL345 tiene una muy popular gracias a su alta precisión, bajo consumo de energía y facilidad de uso.

Aplicaciones típicas para el sensor ADXL345:

  • Detección de movimiento: Detección de movimiento: En sistemas de seguridad, juegos, interfaces gestuales.
  • Control de orientación: Control de orientación: En drones, robots, estabilizadores de imagen.
  • Monitoreo de vibraciones: En maquinaria industrial, equipos de diagnóstico.
  • Interfaz hombre-máquina: En dispositivos portátiles, controles remotos.
  • Reconocimiento de patrones de movimiento: En aplicaciones de fitness, rehabilitación.

Principales Características técnicas funcionalidades:

  • Consumo de 23uA en modo de medición y 0.1uA en modo standby
  • Voltaje en un rango de 2.0V a 3.6V (ADXL345 funciona a 3,3V)
  • Conexión SPI de 3 o 4 lineas e interfaces I2C
  • Resolución fija de 10-bits y una máxima de 13-bits
  • Temperatura de uso -40º hasta +85º

Pines Esenciales para Conexión

  • VCC (Pin 1): Alimentación 3.3V - ¡NO usar 5V!
  • GND (Pin 2): Conexión a tierra
  • SDA (Pin 8): Datos I2C - Conectar a SDA
  • SCL (Pin 9): Clock I2C - Conectar a SCL
  • CS (Pin 4): Debe estar en HIGH (3.3V) para modo I2C
  • INT1/INT2 (Pines 5-6): Salidas de interrupción (opcionales)
  • SDO (Pin 7): Define dirección I2C (GND=0x53, VCC=0x1D)

Las principales funcionalidades del sensor ADXL345 pueden ser:

  • Medición de Aceleración: Mide la aceleración en los tres ejes del espacio (X, Y, Z), así permite determinar la orientación, inclinación o movimiento de un objeto.
  • Rango de medición configurable: Permite mediciones de ±2g, ±4g, ±8g y ±16g, adaptándose a diferentes aplicaciones.
  • Alta Resolución: Con una resolución de hasta 13 bits, lo que se traduce en una alta precisión en la medición de la aceleración.
  • Bajo Consumo de Energía: Consume muy poca energía, tanto en modo de medición como en modo de espera, con consumos tan reducidos es ideal para dispositivos alimentados por batería.
  • Comunicación: Puede comunicarse a través de interfaces I2C o SPI.
  • Regulador de Voltaje Integrado: Incorpora un regulador de voltaje interno, simplificando el diseño del circuito.
  • Tasa de muestreo configurable: Permite ajustar la frecuencia a la que se toman las medidas
  • Interrupciones configurables: Se puede configurar para generar interrupciones cuando se detectan ciertos eventos, como una aceleración determinada o un cambio de orientación.

¿Cómo Funciona el módulo ADXL345?

El ADXL345 utiliza micro-condensadores que se desplazan físicamente cuando se aplica una fuerza (aceleración). Este desplazamiento cambia la capacitancia de los condensadores, lo que se traduce en una señal eléctrica que es convertida a un valor digital por un convertidor analógico-digital (ADC) interno.

En esta señal digital es donde se encuentran los datos que utilizaremos para representar las coordenadas X Y Z.

¿Como usar el sensor ADXL345?

Para utilizar el sensor ADXL345 de una manera más amigable tenemos disponibles varias librerías que simplifican su uso y que como comentamos mas arriba, nos permitirá tanto lectura de datos como programar eventos.

Estas son las librerías más populares para el sensor ADXL345:

  • Adafruit ADXL345 library:
    Es una de las librerías más conocidas y documentadas, desarrollada por Adafruit Industries.
    Esta librería ofrece una amplia gama de funciones para configurar y leer datos del sensor, como establecer el rango de medición, ajustar la tasa de muestreo y leer los valores de aceleración en los tres ejes. Es muy fácil de usar gracias a su interfaz es intuitiva y bien estructurada, lo que facilita su integración en tus proyectos.
  • SparkFun ADXnodemcu adxl 345L345 library:
    Muy similar a la librería de Adafruit pero desarrollada por SparkFun Electronics.

    Esta librería comparte muchas similitudes con la de Adafruit y puede incluir algunas funciones adicionales o variaciones en la implementación, pero en general, su funcionalidad es prácticamente la misma.

  • Jarzebski Arduino ADXL345:
    Esta librería ofrece algunas funciones más avanzadas, como la detección de caídas libres y la detección de golpes y una mayor personalización de la configuración del sensor. Incluye gravedades como Marte, la Luna o el sol. No es la más conocida pero merece la pena darle un vistazo.
nodeMCU 8266 pinout
NodeMCU 8266 Pinout

Opciones avanzadas:


Para el ejemplo del sensor ADXL345 vamos a utilizar la librería Adafruit ADXL345 library conectado a un microcontrolador ESP8266 NodeMCU por protocolo I2C. El sensor es alimentado por los 3.3V que ofrece el microcontrolador y el NodeMCU se alimenta por el mismo cable USB por donde recibiremos los datos.

El ejemplo es el mismo que aparece en su web así que no pondré parte del ejemplo que esta en la misma librería. Una vez cargado el programa pasará por los siguientes procesos:

  • Creamos el sensor:
    
        /* Crea el sensor. 12345 asigna una ID unica para el sensor*/
        Adafruit_ADXL345_Unified accel = Adafruit_ADXL345_Unified(12345);
        
        
  • En el apartado void setup() inicializamos el sensor y seleccionamos el rango:
    
          /* Inicializa el sensor */
          if(!accel.begin()) {
          	/* Hay un problema al conectar ADXL345 ... compruebe las conexiones... */
          	Serial.println("Ooops, no ADXL345 detected ... Check your wiring!");
          	while(1);
          }
          
          /* Selecciona el rango apropiado para tu proyecto */
          accel.setRange(ADXL345_RANGE_16_G);
        
        
  • Una vez en el loop tomamos los eventos para luego mostrarlos en el monitor serial. Los datos se acualizan cada 500ms.
    
        void loop(void) {
        /* Get a new sensor event */ 
        sensors_event_t event;
        accel.getEvent(&event);
        
        /* Display the results (acceleration is measured in m/s^2) */
        Serial.print("X: "); Serial.print(event.acceleration.x); Serial.print("  ");
        Serial.print("Y: "); Serial.print(event.acceleration.y); Serial.print("  ");
        Serial.print("Z: "); Serial.print(event.acceleration.z); Serial.print("  ");Serial.println("m/s^2 ");
        delay(500);
        }
        
        

Con todo funcionando tenemos que tener una salida en el monitor similar a esta:


Accelerometer Test

------------------------------------
Sensor:       ADXL345
Driver Ver:   1
Unique ID:    12345
Max Value:    -156.91 m/s^2
Min Value:    156.91 m/s^2
Resolution:   0.04 m/s^2
------------------------------------

Data Rate:    100  Hz
Range:         +/- 16  g

X: 0.47  Y: -1.18  Z: 12.20  m/s^2 
X: 0.59  Y: -1.06  Z: 12.32  m/s^2 
X: 0.51  Y: -1.10  Z: 12.28  m/s^2 
X: 0.59  Y: -1.14  Z: 12.24  m/s^2 
X: 0.08  Y: -0.71  Z: 12.24  m/s^2 
X: 10.16  Y: -1.22  Z: 2.51  m/s^2 
X: 10.40  Y: -0.90  Z: 2.51  m/s^2

Salida Serial ADXL345
Salida serial ESP8266 NodeMCU y ADXL3345

Es realmente sencillo conectar el sensor a cualquier microcontrolador que admita protocolo I2C además de tener la opción SPI. Espero que este ejemplo os sirva de ayuda para futuros proyectos.

Hoja de datos: ADXL345 DataSheet

Otros enlaces con temas relacionados con la plataforma Arduino:

Saludos a todos y todas!!!