Projektové úlohy MIT

Co se od vás očekává?¶

Každý žák vypracuje dvě projektové úlohy dle vlastní volby. Zadání bude nejprve schváleno vyučujícím, potom se můžete dát do práce. Níže ( tady a tam ) uvádím několik nápadů na zadání, kterými se můžete nechat inspirovat pokud žádný nápad nemáte.

Vzorové zadání¶

PDF ODT

Povinné komponenty projektu¶

Volte zadání tak, aby ve vašich projektech (ve všech dohromady, ne v každém) byly obsaženy alespoň jednou následující komponenty:

1. Alespoň jeden projekt bude na vlastní PCB (stačí univerzální) s mikroprocesorem bez vývojového kitu. Můžete použít přímo mikroprocesory s SMD montáží nebo už hotové desky s THT montáží. (Viz Deroboard a desky a čipy STM8S103F3P6 a STM8S105K4T6, které se dají běžně koupit na našem i zahraničním internetu.)

2. AD převodník: například zařízení, které je ovládáno potenciometrem nebo analogový teploměr nebo IR snímač, co se přizpůsobuje pozadí atd.

3. Tlačítko a Rotační encoder: (viz návod.)
   

4. Časovač – mimo knihovnu milis.c.

   • PWM
   • měření časového intervalu
   • pravidelné zpouštění
   • vlastní knihovna podobná nám známé milis.c

5. Rutina přerušení (stm8s_it.c)

   • externí
   • interní
     • od časovače
     • od UARTu
     • atd.

Volitelné komponenty projektu¶

Každý si dle svých preferencí zvolí komponenty tak, aby dohromady ve všech projektech celkově získal alespoň 7 MITcoinů 💰. Pokud vaše oblíbená periferie v seznamu chybí, rád ji tam přidám i s patřičnou cenou.

• SPI (2 MITcoiny🪙)
• I2C (3 MITcoiny🪙)
• Alfanumerický LCD display (1 MITcoin🪙)
• Maticová klávesnice (2 MITcoiny🪙)
• Generování zvuku (2 MITcoiny🪙)
• UART (1 MITcoin🪙)
• Optická brána (1 MITcoiny🪙)
• IR detekce překážky (1 MITcoiny🪙)
• IR detekce překážky s odečtem pozadí (2 MITcoiny🪙)
• Ovládání rychlosti DC motoru (2 MITcoiny🪙)
• Ovládání servo-motoru (2 MITcoiny🪙)
• Ovládání krokového motoru (4 MITcoiny🪙)
• Měření vzdálenosti pomocí ultrazvuku (2 MITcoiny🪙)
• PWM regulace (2 MITcoiny🪙)
• IR dálkové ovládání (2 MITcoiny🪙)
• Měření teploty/vlhkosti si onewire komunikací (2 MITcoiny🪙)
• atd. atp. (X MITcoinů🪙)

Jak bude vypracovaný projekt vypadat?¶

Vypracovaný projekt bude obsahovat:

• Původní zadání.
• Funkční zapojení – můžete použít vlastní PCB, univerzální PCB nebo nepájivé pole.
• Funkční program – dle zadání
• Projektovou dokumentaci:
  • schema zapojení (samozřejmě v KiCADu)
  • vývojový diagram a stručný popis činnosti programu
  • okomentovaný zdrojový kód (hezký a barevný) v podobě textu; žádné screenshoty obrazovky vývojového prostředí
• Vše bude uloženo ve veřejném Git repositáři – tedy vše kromě HW.

Formu projektové dokumentace nechám na vás. Může to být PDF dokument nebo README na GitLabu.

Náměty a pomůcky pro hardware¶

Nucleo-8S208RB¶

Ve výuce používáme vývojovou desku Nucleo-8S208RB s mikroprocesorem STM8S208RB.

Tato deska je (ale nemusí být) napájena z USB. Obsahuje programátor s HW debugerem a USB2UART bridge. Můžete si zvolit pinout, který je Arduino-kompatibilní nebo plnohodnotný pinout, který sedí na univerzální PCB. Je tu tedy vše, co pro začátek potřebujete. Vyčerpávající popis najdete v článku STM8S208 Nucleo nebo v uživatelském manuálu.

STM8S Discovery¶

Dalším zajímavým vývojovým kitem je STM8S DISCOVERY s procesorem STM8S105C6. Kit obsahuje i maličkou bastl desku a programátor lze použít k programování libovolného procesoru STM8S. Více opět v uživatelském manuálu.

Standalone programátor¶

Při řešení samostatných projektů budeme postupně přecházíme k vlastnímu hardware, který by už neměl být na nepájivém poli, ale spíše na desce plošných spojů. V těchto případech budeme potřebovat μprocesor, který bude přímo v aplikaci a samostatný – standalone programátor+debuger, pomocí kterého bude možné program ladit a nahrát. Možností je vícero – moc hezky to má popsáno Michal. Doporučuji přečíst!

DeroBoard¶

S poměrně malou námahou si můžete ubastlit vývojovou desku STM8S Dero Board. Tuto desku můžete použít i pro svoje samostatné projekty. Je osazena procesorem STM8S103F3. K dispozici máte všechny zdrojové soubory pro KiCad a hezkou rozpisku součástek.

Nebo…¶

Něco podobného, se stejným procesorem lze zakoupit i od čínských výrobců: STM8S103F3P6 development board.

Pokud poptáváte vybavenější procesor existuje podobná vývojová deska: STM8S105K4T6 Developmen Board. Ta vám může posloužit podobně jako oficiální STM8 Discovery.

USB to UART Bridge¶

Pokud plánujete projekt, kde μprocesor komunikuje s PCčkem, bude se vám hodit převodník USB TTL UART. Dá se běžně zakoupit i na českých e-shopech. Ještě je dobré upozornit, že ne každý operační systém automaticky komunikuje s každým čipem, proto je dobré věnovat pozornost tomu, jakým čipem, je osazen převodník, který hodláte zakoupit a zda se váš OS s tímto čipem kamarádí.

Univerzální PCB¶

Na projektové prototypování můžete s výhodou využít univerzální (prototypovou) desku.

Existuje celá řada variant a vzorů (třeba tu nebo tam) universálních bastl-desek; zde bych rád upozornil na některé – pro nás zajímavé:

• řady po třech: 1 2
• jen body: 1 2
• s rozvodem napájení: 1 2
• s roztečí Arduino shield: 1 2 3 4. Tuto desku můžete použít s Nucleo-kitem Nucleo-8S208RB.

Další součástky a hotové moduly¶

Je ještě spousta dalších udělátek, které stojí za to zmínit. Omezím se jen na nákupní seznamy. Je asi jasné, že mi nejde o konkrétní obchod, ale spíše o zboží, které se jistě dá zakoupit i někde jinde.

• seznam na TME
• seznam na LaskKit
• seznam na AliExpressu

Několik nápadů pro menší projekt¶

1. Stopky¶

• Start/stop
• mezičas (stisk zobrazí aktuální “čas kola” a stopky běží dál)
• měření na setiny sekundy Tichý (alfanum-display)
• měření na milisekundy
• Potřeby: displej, tlačítka

2. Stopky s optickou bránou¶

Optická brána se sestaví buď z laserové LED a fototranzistoru (velká vzdálenost, přesná pozice) nebo s pomocí IR LED a IR detektoru (menší přesnost pozice, větší odolnost světelnému pozadí)

• Start se provádí tlačítkem, stop se měří přerušením opt. brány
• Start i stop se realizuje dvojicí opt. bran (přerušení první brány spustí čas, přerušení druhé brány zastaví čas) - čas pak lze měřit velmi přesně (klidně i rychlost střely atp.)

Potřeby: displej, tlačítko, laserovou LED nebo IR LED, fototranzistor(y) nebo IR detektory

3. “Minutky”¶

• s nastavením minut (1 až 180)
• akustický signál po skončení 2
• blikání po skončení

potřeby: displej, enkodér nebo tlačítka, reproduktor/buzzer

4. Teploměr¶

• dva senzory (vnitřní/vnější)
• paměť maxima minima
• zobrazování trendu (teplota roste/klesá/stagnuje)

potřeby: displej, teplotní senzory, příp. tlačítka

4. Termostat 1¶

• digitálně nastavitelná “referenční teplota”
• digitálně nastavitelná hystereze
• digitálně nastavitelný “čas zpoždění” (jak dlouho musí být překročena teplota aby termostat sepnul)
• digitálně volitelná polarita výstupu
• volitelný spínaný výstup (Open Drain, Relé, H-můstek)
• akustická signalizace překročení/podkročení (i vícestupňová)

Potřeby: displej, tlačítka, teplotní senzory, příp. Relé, příp.integrovaný H-můstek, příp.tranzistory (MOSFET)

5. Termoregulátor¶

Otáčky ventilátoru řízené teplotou

• digitální nastavení teploty pro 0% otáčky a pro 100% otáčky

Potřeby: ventilátor, teplotní čidla, displej, tlačítka/enkodér

6. Teplotní logger¶

Zaznamenává teplotu v daném intervalu (např 1 minuta) a ukládá do (externí) eeprom/flash paměti. Na výzvu po UARTu odešle teploty do PC k vykreslení grafu.

• volitelná frekvence měření
• volitelný počet záznamů (např. 1 den atp.)

Potřeby: Baterie, teplotní čidla, externí paměť, USB/UART převodník a stabilizátor napětí pokud je to realizováno mimo vývojový kit

7. časový spínač¶

Stiskem tlačítka se spustí a drží aktivovaný výstup (světlo, motor, atp.) po zvolenou dobu

• dobu volit potenciometrem
• dobu volit přepínačem
• dobu volit digitálně

Potřeby: Tlačítka, spínaný prvek (LED, motor atp.), příp potenciometr/přepínač, příp. displej

8. Zvonek s melodií¶

• po stisku zahraje předem danou melodii
• v případě nízkého napětí (bateriové napájení) hraje při stisku jinou melodii (dává na vědomí potřebu vyměnit baterie)

Potřeby: piezorepro

9. Klávesový hudební nástroj¶

• budí piezoreproduktor obdélníkovým signálem přímo z MCU
• výstupy MCU jsou posíleny tranzistory (hlasitější výstup)
• generuje čisté harmonické tóny (sinus)

Potřeby: piezoreproduktor / reproduktor, příp. integrovaný obvod zesilovače, příp. DA převodník

10. Meteostanice¶

• zobrazuje teplotu vnitřní, vnější a případné extrémy (minimum, maximum)
• zobrazuje tlak a tlakovou tendenci
• zobrazuje vlhkost vzduchu

Potřeby: displej, senzory teploty, příp. tlaku, příp.vlhkosti

11. Model křižovatky¶

• řídí plnohodnotně křižovatku typu X, včetně oranžové barvy a přechodů pro chodce
• umí reagovat na tlačítka na přechodech pro chodce

Potřeby: 8x Zelená, 8x červená, 4x žlutá LED, tlačítka

12. Počítadlo průchodů¶

počítá kolik lidí prošlo dovnitř a ven:

• pomocí dvojice laserových optozávor
• pomocí dvojice optických IR bran

Potřeby: displej, tlačítko, Laserové LED a fototranzistory nebo IR LED a IR detektory

13. Počítadlo “motohodin”¶

počítá (po sekundách) úhrnný provoz zařízení a zobrazuje ho (v hodinách, minutách a přip. sekundách provozu). Pamatuje si stav i po vypnutí a po zapnutí naváže. Resetuje počet pomocí tlačítka.

Potřeby: Displej, tlačítko

14. Teploměr logger s grafickým displejem a historií.¶

Ukazuje na grafickém displeji aktuální teplotu a zároveň vývoj teplot za posledních 24 hodin.

Potřeby: Grafický displej, teplotní čidlo

15. Stroboskop¶

bliká s volitelnou frekvencí a volitelnou šířkou pulzu (obě zobrazuje na displeji)

• Výstup na výkonovou LED
• nastavení frekvence i šířky pulzu potenciometrem
• digitální nastavení frekvence i šířky

Potřeby: Displej, LED, příp. potenciometry/tlačítka/enkodér

16. soumrakový spínač¶

• digitálně nastavitelná intenzita osvětlení pro sepnutí a rozepenutí
• automatické přepínání zisku při měření intenzity (velký rozsah)

Potřeby: Fotorezistor, operační zesilovač, příp.displej

17. Coulomb counter¶

Měří úhrnou spotřebu elektrické energie ze stejnosměrného napájení a zobrazuje na displeji vyčerpanou kapacitu (Ah)

• Zobrazuje i vyčerpaný výkon (Wh)
• Ukazuje i napětí zdroje energie (výhodné pokud je zdrojem baterie)

Potřeby: Displej, operační zesilovač, bočník

18. Solární systém (“Solární baterie”)¶

• hlídat napětí baterie a zapínat a vypínat nabíjení ze solárního panelu
• hlídat podpětí baterie a odpojovat zátěž
• případně indikovat stav baterie
• Lze sestavit pro olověné nebo lithiové akumulátory

Potřeby: akumulátor, solární panel, drobná elektronika, příp. displej

19. řízení otáček 3-drátového nebo 4-drátového ventilátoru¶

• pomocí enkodéru / tlačítek
• zobrazovat otáčky na displej
• možnost řídit otáčky teplotou

Potřeby: ventilátor, displej, tlačítka/enkodér, případně teplotní senzor

20. Tester AA a AAA baterií¶

Po vložení baterie do přípravku změří napětí a vnitřní odpor a vyhodnotí stav/kvalitu baterie

• možnost přidat automatickou změnu “polarity” (baterii lze vložit i opačně)

potřeby: Displej, drobná elektronika

21. Digitální interkom¶

Mikrokontrolér digitalizuje zvuk, odešle ho pomocí UARTu skrze UTP kabel k dalšímu mikrokontroléru, který signál převede zpět na akustický

Výzva :) Potřeby: Dva mikrokontroléry, DA převodník, další drobná elektronika

22. “Sun tracking” solární nabíječka¶

Solární panel umístěný na servomotorku, mikrokontrolér snímá polohu slunce na obloze a natáčí panel tak aby zachytával maximální množství energie a nabíjí tím baterii

• hlídání stavu baterie (ukončuje nabíjení když je akumulátor plně nabitý, odpojuje zátěž když je kompletně vybitý)
• indikace stavu baterie

Potřeby: Akumulátor, solární panel, servomotorek, příp.krokový motorek, mechanika

23. Tester/měřič kapacity olověných akumulátorů¶

Zařízení nabije akumulátor, poté ho vybije zvoleným proudem a změří a zobrazí celkovou kapacitu (a pak akumulátor zpět nabije).

Výzva :)

Potřeby: napájecí adaptér, displej, mikrokontrolér, další analogová elektronika

24. Osvětlení ovládané dálkovým ovladačem (skrze IR)¶

• ON/OFF funkce
• Regulace jasu
• U RGB světel i regulace barvy

Potřeby: IR LED, IR přijímač, LED, drobná elektronika

25. “propípávák” - tester kontinuity (jako je na multimetrech)¶

Potřeby: Buzzer/Reproduktor

26. Logická sonda¶

Testuje úroveň napětí (rozpoznává úrovně H a L) s akustickou signalizací

• lze zabudovat do těla fixy (ergonomické ovládání)
• lze signalizovat různé úrovně (5V, 3.3V) různým tónem
• lze zabudovat test polarity
• lze vyrobit napájené akumulátorem

Potřeby: buzzer, drobná elektronika

27. Generátor obdélníkového průběhu¶

• Frekvence až do 160MHz
• Lze vybavit volbou výstupního napětí

Výzva :)

28. Generátor sinus/trojúhelník/obdélník/PWM¶

• Frekvence až 25MHz
• lze vybavit regulací výstupního napětí

Výzva :)

29. FM rádio¶

• automatické vyhledávání stanic
• digitální nastavení hlasitosti
• Příjem RDS (textových informací jako jméno skladby atp.)

Potřeby: Displej, reproduktor, modul rádia, tlačítka/enkodér

30. Hodiny s obvodem RTC¶

• s budíkem
• s rádiem - radiobudík

potřeby: Displej, tlačítka

31. Panelový měřák k napájecímu zdroji¶

Měří a ukazuje na displeji, napětí, proud a výkon. Lze realizovat společně s napájecím zdrojem.

Potřeby: Displej, různá drobná analogová elektronika

32. Měření vzdálenosti¶

Ultrasonic + LCD display

Několik nápadů pro větší projekt¶

1. Regulátor nabíjení akumulátoru pro solární panel¶

• automatické odpojování zátěže při podpětí

• optimalizace na nízkou spotřebu

• možnost měřit a zobrazovat nabíjecí proud

• možnost měřit a zobrazovat vybíjecí proud
• možnost automatického spínání podle denní doby (ráno, večer)
• možnost automatického spínání zátěže podle nastaveného času (RTC)

2. FM Rádio¶

• nastavení frekvence
• nastavení hlasitosti

• paměť stanic

• automatické vyhledávání

• zobrazování RDS
• chod z baterií nebo akumulátoru

3. Hodiny s budíkem¶

• přesný čas odvozený od RTC (DS3231 ?)
• zálohování času z baterie
• možnost nastavení času
• možnost nastavení budíku

• napájení adaptérem z 230V

• automatické nastavení jasu podle okolního osvětlení (“noční režim”)

4. Ohmmetr¶

• rozsah 10R až 10MOhm
• automatická volba rozsahu

• napájení z baterií nebo akumulátoru

• přiřazování do řad E12 a E24

• zobrazení odchylky od nejbližší hodnoty z řady

5. Tester baterií¶

• měření napětí
• měření “vnitřního odporu”
• akustická nebo optická signalizace dobrá/špatná

6. “Laboratorní” teploměr s USB výstupem do PC¶

• měřit teplotu ze dvou čidel
• volitelná frekvencě měření
• tlačítko “start / stop” spouštějící a ukončující měření
• odesílat teploty v čitelném formátu do PC (přes USB VCP)

7) “Domácí” teploměr¶

• měřit teplotu dvou čidel (vnější vnitřní)
• zobrazovat na displeji (textový LCD, numerický LCD, segmenty, grafický LCD, grafický TFT, OLED)

• napájení z adaptéru (230V)

• zobrazovat maxima, minima

• zobrazovat trend (tempo růstu, poklesu)
• vykreslovat “křivku” vývoje teploty za posledních 24/48h

8. dálkový ovladač (IR)¶

• obyč. dálkovým ovladačem (třeba k TV) zapínat a vypínat (ovládat) světlo nebo jakoukoli jinou zátěž

9. Kanadský žertík s IR vysílačem¶

1. automaticky po zhasnutí nebo setmění pošle příkaz pro zapnutí TV
2. automaticky v pravidelných intervalech přepne TV na zvolený (nebo náhodný) program
3. automaticky v pravidelných intervalech snižuje hlasitost

 

• miniaturizovaná zařízení napájené z malé baterie (CR2032) - aby ho bylo možné skrýt

• optimalizovat spotřebu, aby vydrželo co nejdéle

10. Optická brána¶

• dvojice senzorů schopná snímat směr průchodu

• senzory buďto IR nebo lasery (obě s clonkou)

• schopnost rozeznat “anomálie” (více osob procházejícíh zároveň atp.)

11. Termostat¶

• jeden nebo více senzorů (průměrování nebo maximum/minimum)
• nastavitelná teplota zapnutí a vypnutí (případně setpoint a hystereze)

• zobrazování teploty

• možnost krádodkobé činnosti z baterie/akumulátoru

• schopnost snímat teplotu z více druhů čidel
• schopnost automaticky rozpoznat připojená čidla
• schopnost ruční kalibrace (dvoubodové)

12. meteostanice¶

• snímání dvou teplot (venku, uvnitř)
• kombinované napájení adaptér + baterie/akumulátor
• měření atmosférického tlaku

• zobrazování na LCD (alfanumerickém nebo i grafickém)

• měření UV

• měření slunečního svitu (denní úhrn)
• měření vlhkosti (interier)

13. Jakákoli forma dálkově ovládaného “autíčka” či jiného stroje¶

• ovládání ideálně modelářským vysílačem (nutno obstarat)
• mechanika libovolná, merkur, lego, stavebnice

• napájení akumulátory

• možnost řešit bezdrátovými moduly namísto “modelářského” ovladače, ale nutno obstarat

14. bezdrátová komunikace s NRF24¶

• (nejlevnější datový bezdrátový modul)
• posílání libovolných zpráv (senzory, textové zprávy atp.)

---

Související posty

• Céčko — pác věcí, kterých byste si fakt měli všimnout
• Oddělená kompilace a vlastní knihovny
• Základní použití časovače
• Použití časovače jako generátoru PWM
• Ultrazvukový měřič vzdálenosti pomocí timeru TIM2
• VSCode/Codium Pokročilý editor zdrojových kódů
• DBI Databázové a informační systémy
• Dělení v pevné řadové čárce
• Vývoj STM8 s OpenSource nástroji
• Git Distribuovaný systém správy verzí
• Generování zvuku — základy
• MIT Mikroprocesorová technika

---