Notions de base sur CodeCell : vos premiers pas

Si vous venez de mettre la main sur le CodeCell , vous allez vous régaler. Ce petit module est conçu pour simplifier vos projets de bricolage avec de multiples fonctionnalités regroupées dans une carte de la taille d'un centime. Dans ce guide, nous vous expliquerons :

• Qu'est-ce qu'un CodeCell ? Et comment fonctionne son circuit ?
• Comment configurer et utiliser votre CodeCell
• Commencer avec des exemples
• Expliquez toutes les fonctions de la bibliothèque disponibles et comment vous pouvez les utiliser dans votre projet

Qu'est-ce qui fait un CodeCell ?

CodeCell est un module compact et polyvalent doté de l'ESP32-C3, de plusieurs options d'alimentation et de capteurs intégrés, le tout dans un format minuscule de 1,85 cm de large. Ces caractéristiques en font un outil puissant pour une large gamme d'applications.

Dans cette première section, nous commencerons par nous familiariser avec les circuits qui composent le CodeCell . Ensuite, nous passerons en revue les étapes simples pour configurer votre CodeCell .

Module ESP32C3

Au cœur du CodeCell se trouve le module ESP32C3, un microcontrôleur compact connu pour être facile à utiliser dans le domaine de l'IoT. Il combine une architecture compatible Arduino avec des fonctionnalités Wi-Fi et Bluetooth Low Energy (BLE) intégrées. Cette intégration offre les options de connectivité les plus populaires tout en conservant un format compact.

L'antenne PCB du module ESP32C3 est positionnée sur un côté, à l'écart des autres composants, pour minimiser les interférences et améliorer la transmission et la réception du signal. Ce placement permet de réduire l'impact des plans de masse ou d'autres surfaces conductrices qui pourraient dégrader les performances de l'antenne. Les composants situés sur la face inférieure sont maintenus dans la distance recommandée pour l'antenne. D'après les tests, nous avons constaté que les performances de l'antenne ne sont pas affectées par l'interférence minimale d'un câble USB-C, car ces câbles sont généralement blindés.

L'ESP32-C3 offre une mémoire importante, avec 4 Mo de Flash et 400 Ko de SRAM, ce qui lui permet d'exécuter la plupart des applications courantes. Son processeur monocœur RISC-V 32 bits, fonctionnant jusqu'à 160 MHz, gère efficacement diverses tâches. Cette combinaison de mémoire et de puissance de traitement rend l'ESP32-C3 adapté à une large gamme d'utilisations.

Le module ESP32C3 prend également en charge un contrôleur USB série/JTAG, nous permettant de rendre le CodeCell reflashable via le port USB-C et d'envoyer des données série pour la communication et le débogage.

Gestion de l'alimentation

Le CodeCell offre une grande flexibilité en termes d'options d'alimentation. Il peut être alimenté via le connecteur de batterie LiPo, un câble USB-C ou les deux.

Le connecteur de batterie LiPo permet de connecter la batterie en toute sécurité plus facilement que jamais, sans avoir besoin de souder ni de risquer de la court-circuiter accidentellement.

Le port USB-C a une double fonction : il sert à la fois à alimenter l'appareil et/ou à le reprogrammer. Cette option multi-alimentation est activée via la puce de gestion de batterie BQ24232, qui dispose d'une gestion dynamique du chemin d'alimentation (DPPM) qui peut alimenter le système tout en chargeant simultanément et indépendamment la batterie. Le processus de charge de la batterie est géré en trois phases : précharge de conditionnement, courant constant et tension constante. Pour protéger la batterie, la tension de sortie (Vo) est régulée via la puce BQ24232. Cette sortie prend en charge un courant de sortie maximal de 1 500 mA lorsqu'elle est alimentée par la batterie LiPo et de 450 mA lorsqu'elle est alimentée via USB.

Par défaut, le courant de charge de la batterie LiPo est réglé à 90 mA, ce qui garantit un taux de charge équilibré et sûr pour la batterie LiPo optionnelle de 170 mAh. De plus, pour ceux qui souhaitent ajuster le taux de charge, la résistance 0402 R12 doit être dessoudée et remplacée par une nouvelle résistance basée sur la formule (R = 870/Ichrg). Ceci est uniquement recommandé pour les professionnels de la soudure, qui n'ont pas peur de se battre avec de minuscules composants 0402 ! Consultez la fiche technique du BQ24232 pour plus d’informations sur la charge de la batterie.

La bibliothèque CodeCell peut fournir un retour visuel sur l'état de la batterie/de l'alimentation USB via la LED RVB adressable intégrée :

• Avertissement de batterie faible : lorsque la tension de la batterie descend en dessous de 3,3 V, le voyant LED clignote en rouge dix fois et l'appareil passe en mode veille. Cela permet d'économiser l'énergie jusqu'à ce que l'appareil soit reconnecté à un chargeur USB.
• Processus de charge : pendant la charge, le CodeCell suspend les processus d'application, allume la LED en bleu et attend que la batterie soit complètement chargée. Une fois complètement chargée, la LED effectue une animation lumineuse, indiquant la distance de proximité détectée par les capteurs.
• Alimenté par batterie : lorsque l'USBC est déconnecté et fonctionne sur batterie, le CodeCell s'allume à nouveau en vert et effectue une animation lumineuse respiratoire, indiquant la distance de proximité détectée par les capteurs.

La régulation de puissance est également prise en charge par plusieurs condensateurs de découplage, dont jusqu'à deux condensateurs de masse de 100 µF chacun, placés à côté du connecteur de batterie. Ces condensateurs sont connectés aux broches 3,3 V et de sortie Vo pour assurer une alimentation stable. De plus, la carte est équipée de deux diodes TVS de protection ; l'une protège la tension d'entrée USB 5 V (Vin) et l'autre protège la tension de sortie (Vo). Ces diodes TVS offrent une protection contre les décharges électrostatiques (ESD), capables d'absorber en toute sécurité les décharges électrostatiques répétitives au-dessus du niveau maximal spécifié dans la norme internationale IEC 61000-4-2 sans dégradation des performances.

La carte comprend également un régulateur LDO (Low Dropout) de 3,3 V intégré, qui fournit une alimentation stable à ses composants basse tension. Cette minuscule puce LDO NCP177 peut produire jusqu'à 500 mA de courant de sortie avec une tension de chute généralement faible de 200 mV à 500 mA.

GPIO et broches d'alimentation

Étant donné la conception compacte, le principal défi consistait à maximiser l'utilisation des broches GPIO. Nous avons abordé ce problème en divisant chacun des trois côtés disponibles du CodeCell en différentes sections d'E/S en fonction de leurs applications. Nous avons également placé des broches d'alimentation le long des bords du module pour une connexion facile à diverses sources d'alimentation, vous permettant ainsi de connecter d'autres modules, capteurs et actionneurs à différents côtés.

Sur la face inférieure, 3 des 5 broches sont utilisées pour l'alimentation : une broche de masse (GD), une broche d'alimentation de niveau logique 3,3 V (3V3) et une broche de charge d'entrée 5 V (5V0). Cette broche 5V0 est connectée à la tension d'entrée USB. Cela signifie que vous pouvez l'utiliser pour obtenir une alimentation de 5 V lorsque l'USB est connecté, ou vous pouvez l'utiliser comme entrée d'alimentation pour charger au lieu d'utiliser l'USB. Les 2 autres broches sont les broches I2C SDA et SCL pour ajouter des capteurs numériques externes. Si vous n'utilisez pas de capteurs externes et de lumière/mouvement, ces broches I2C peuvent être configurées comme GPIO.

Les deux autres côtés ont chacun une broche de masse (GD) et une broche de sortie de tension (VO). Chaque côté comporte également 3 broches GPIO programmables (IO1, IO2, IO3, IO5, IO6, IO7), qui peuvent toutes être configurées comme broches PWM ( idéales pour connecter directement un pont en H pour le contrôle de l'actionneur/moteur ). IO1, IO2 et IO3 peuvent également être utilisés comme broches ADC.

Capacités de détection

Les fonctionnalités remarquables du CodeCell incluent ses capteurs intégrés. Chaque unité est équipée d'un capteur de lumière intégré et un capteur de mouvement en option est également disponible pour améliorer la détection de mouvement de votre projet, ce qui est particulièrement utile pour la robotique et les objets connectés !

• Capteur de lumière VCNL4040 : Ce capteur mesure à la fois les niveaux de luminosité et la proximité jusqu'à 20 cm. Il présente une conception haute résolution 16 bits qui combine un capteur de proximité, un capteur de lumière ambiante et un IRED haute puissance dans un boîtier compact. En intégrant des photodiodes, des amplificateurs et un convertisseur analogique-numérique sur une seule puce, il offre des fonctionnalités améliorées. La configuration I2C est directement intégrée dans la bibliothèque CodeCell , ce qui garantit que le capteur est automatiquement initialisé pour optimiser sa résolution de détection.
• Capteur de mouvement 9 axes BNO085 en option : Ce capteur IMU avancé est une mise à niveau coûteuse, mais nous pensons que l'investissement en vaut la peine ! Il met à niveau les capacités du CodeCell avec un accéléromètre à 3 axes intégré, un gyroscope à 3 axes et un magnétomètre à 3 axes + les algorithmes avancés de fusion de capteurs du BNO085 combinent les données de ces capteurs pour déterminer avec précision les données de mouvement du capteur, comme : Lecture de rotation angulaire (roulis, tangage, lacet), État de mouvement (par exemple, sur table, stationnaire, mouvement), Activité de mouvement (par exemple, conduite, marche, course), Lectures d'accéléromètre, Lecture de gyroscope, Lecture de magnétomètre, Lecture de gravité, Lecture d'accélération linéaire, Détection de tapotement, Compteur de pas. 

Nous verrons ensuite comment la bibliothèque CodeCell simplifie à la fois la configuration de ces capteurs et la lecture de leurs données.

Qu'en est-il de la broche BOOT ?

Certaines cartes de développement ESP32 incluent à la fois un bouton RST (Reset) et un bouton BOOT pour mettre manuellement l'appareil en mode programmation. Cependant, l'ESP32-C3, comme celui du module CodeCell, peut entrer automatiquement en mode boot via l'interface série lors de l'utilisation de l'IDE Arduino. Cela signifie que le CodeCell n'a pas besoin de boutons RST ou BOOT dédiés, ce qui nous a permis de le rendre aussi petit qu'il l'est.

Dans le cas rare où votre CodeCell se bloque ou rencontre une exception (le forçant à se réinitialiser en permanence), vous pouvez le forcer manuellement à passer en mode démarrage pour reflasher le firmware. Pour ce faire, suivez simplement ces étapes :

• Connectez un fil entre la broche SCL et la broche GND.
• Débranchez l'USB et éteignez la batterie (si elle est connectée).
• Reconnectez le port USB.
• Reprogrammez votre CodeCell avec un nouveau code - assurez-vous que votre code ne contient pas le bogue qui a créé le problème.
• Retirez le fil court-circuité entre la broche SCL et la broche GND. Remettez votre batterie sous tension si elle est connectée.

En suivant ces étapes, votre CodeCell retrouvera sa vie.

Comment configurer et utiliser votre CodeCell ?

Pour rendre la programmation encore plus facile, le CodeCell La bibliothèque fournit un large éventail de fonctions pour l'initialisation, la lecture et la gestion des capteurs et de l'alimentation. Dans cette section, nous allons vous expliquer tout ce que vous devez savoir sur la configuration de votre appareil et de sa bibliothèque.

Déballage de votre CodeCell

Commençons par ce que vous trouverez à l'intérieur de la boîte. Selon les options que vous avez sélectionnées lors du paiement, vous trouverez dans la boîte :

1. CodeCell : la star du spectacle, votre petite mais puissante carte dotée du module ESP32-C3, de broches GPIO programmables et de capteurs.
2. Vis : Quatre vis M1,2 x 6 mm pour monter le CodeCell en toute sécurité dans vos projets.
3. Embases : Trois jeux d'embases femelles qui peuvent être livrées dessoudées ou soudées, selon votre choix.
4. Batterie/câble : selon votre sélection lors du paiement, vous recevrez soit un câble de batterie gratuit pour connecter votre propre batterie au connecteur intégré du CodeCell , soit une batterie LiPo 170 mAh 20 C avec un câble pré-soudé. Cette batterie optionnelle mesure 23 x 17,5 x 8,7 mm et ne pèse que 4,6 grammes. Cliquez ici si vous souhaitez accéder à la fiche technique de la batterie.

Mettre votre CodeCell sous tension pour la première fois

Commençons par brancher un câble USB-C ! Une fois que votre CodeCell est alimenté, il devrait :

• Initialisation : elle configure les périphériques internes et les capteurs embarqués. Une fois cette opération terminée, elle affiche un message Hello World sur le moniteur série.
• Vérification de l'alimentation : il surveille l'état de l'alimentation, vérifie si la batterie est connectée et si elle est en charge. Si aucune batterie n'est connectée pour la charge, il exécutera une animation lumineuse respiratoire avec la LED RVB intégrée. La vitesse de l'animation change en fonction de la proximité du capteur de lumière ~ Rapprochez votre main pour ralentir. Éloignez votre main pour accélérer à nouveau ! La LED clignote en bleu ou en vert selon que la carte est alimentée par USB ou par batterie. Si la batterie est en charge, la LED reste bleue statique jusqu'à ce qu'elle soit complètement chargée.

Configuration de votre CodeCell

L'étape suivante consiste à connecter le CodeCell à l'IDE Arduino et à exécuter un croquis :

1. Connexion USB : connectez votre CodeCell à votre PC à l'aide d'un câble USB-C standard. Ce câble permet non seulement d'alimenter la carte, mais également de la reprogrammer.
2. Installez l'IDE Arduino : Si vous êtes nouveau dans le monde Arduino, ne vous inquiétez pas, téléchargez et installez simplement la dernière version gratuite du logiciel IDE Arduino à partir du site officiel d'Arduino .
3. Ajouter l'URL du gestionnaire de cartes ESP32 : si vous n'avez jamais utilisé d'ESP32, ouvrez l'IDE Arduino et accédez à « Fichier > Préférences ». Dans le champ « URL supplémentaires du gestionnaire de cartes », saisissez : ` https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json ` puis cliquez sur OK. Accédez ensuite à « Outils > Carte > Gestionnaire de cartes ». Recherchez « ESP32 » et cliquez sur « Installer ».
4. Sélectionnez la carte : L'étape suivante consiste à sélectionner notre carte. Allez dans « Outils > Carte » et choisissez « ESP32C3 Dev Module ». Dans quelques semaines, vous pourrez rechercher directement « CodeCell », mais pour l'instant, sélectionner « ESP32C3 Dev Module » fonctionne parfaitement, car il s'agit du microcontrôleur utilisé à bord du CodeCell .
5. Sélectionner le port : allez dans « Outils > Port » et sélectionnez le port COM correspondant à votre CodeCell .
6. Autres paramètres : accédez à « Outils > USB_CDC_On_Boot » et assurez-vous qu'il est activé si vous prévoyez d'utiliser le moniteur série. Réglez également la vitesse d'horloge sur 160 MHz.

Une fois votre IDE configuré, nous pouvons maintenant procéder à l'installation de la bibliothèque « CodeCell ». Pour ce faire, allez dans « Sketch > Inclure la bibliothèque > Gérer les bibliothèques » - le « Gestionnaire de bibliothèques » devrait s'ouvrir. Tapez simplement « CodeCell » et cliquez sur « Installer » pour télécharger la dernière version de CodeCell .

Nous mettons continuellement à jour et ajoutons de nouvelles fonctionnalités à cette bibliothèque, alors assurez-vous d'utiliser la dernière version.

Pour vous familiariser rapidement avec cette bibliothèque, accédez à « Fichier > Exemples > CodeCell », où vous trouverez plusieurs exemples que vous pouvez utiliser et modifier pour vos projets. Nous vous recommandons de commencer par l'exemple « GettingStarted », qui ne contient que quelques lignes de code mais explique toutes les fonctionnalités de détection disponibles avec CodeCell .

Une fois que vous avez sélectionné un exemple de croquis, cliquez sur le bouton « Télécharger » pour flasher le code sur votre CodeCell. Après le téléchargement, ouvrez le moniteur série « Outils > Moniteur série » pour voir les données série de votre CodeCell.

Voici quelques tutoriels CodeCell supplémentaires pour vous aider à démarrer avec diverses applications :

• Gestes de profondeur
• Détection de tapotement
• Proximité
• Gradation automatique
• Compteur de pas
• Contrôle d'angle
• Activité personnelle de devinettes
• Télécommande sans fil
• Invite d'IA
• Contrôle de la lumière Alexa

Fonctions de la bibliothèque CodeCell

Pour explorer davantage le code, décomposons toutes les fonctions et expliquons ce que fait chacune d'elles :

Initialisation de CodeCell

La première étape de l'utilisation du CodeCell consiste à l'initialiser. Cela se fait à l'aide de la fonction `myCodeCell.Init()`, qui vous permet de spécifier les capteurs que vous souhaitez activer.

Macros de détection disponibles :

• LUMIÈRE - Active la détection de lumière.
• MOTION_ACCELEROMETRE - Active la détection par accéléromètre.
• MOUVEMENT_GYRO - Active la détection du gyroscope.
• MOTION_MAGNETOMETRE - Permet la détection du magnétomètre.
• MOUVEMENT_LINÉAIRE_ACC - Permet la détection d'accélération linéaire.
• MOUVEMENT_GRAVITÉ - Active la détection de la gravité.
• MOUVEMENT_ROTATION - Active la détection de rotation.
• MOUVEMENT_ROTATION_SANS_MAG - Permet la détection de rotation sans magnétomètre.
• COMPTEUR_DE_PAS_MOUVEMENT - Active le compteur de pas de marche.
• ETAT_MOUVEMENT - Active la détection de l'état de mouvement.
• DÉTECTEUR DE MOUVEMENT_TAP - Active le détecteur de tapotement.
• MOTION_ACTIVITY - Active la reconnaissance de l'activité de mouvement.

Vous pouvez combiner plusieurs macros à l'aide de l'opérateur « + » pour initialiser plusieurs capteurs à la fois.

Gestion du pouvoir

Appelez la fonction myCodeCell.Run(frequency) dans la boucle loop() pour gérer l'état de l'alimentation. Cette fonction gère également la LED intégrée pour indiquer l'état de l'alimentation.

Comportement de la fonction Run() :

• Cette fonction renvoie true à la fréquence spécifiée, entre 10 Hz et 100 Hz, selon la valeur transmise, ce qui peut être utilisé pour des opérations basées sur le temps. Par exemple, Run(10) renvoie true tous les 10 Hz et Run(100) renvoie true tous les 100 Hz.
• L'état de la batterie et de l'alimentation est vérifié tous les 10 Hz. Il contrôle la LED embarquée pour indiquer différents états d'alimentation :
• Clignotement rouge (clignotement 10 fois) - Tension de la batterie inférieure à 3,3 V, entrée en mode veille jusqu'à ce que le câble USB soit connecté pour le chargement.
• LED verte (animation de respiration) - Alimenté par batterie
• LED bleue (statique) – La batterie est en charge
• LED verte (statique) - La batterie est complètement chargée
• LED bleue (animation de respiration) - Alimentation USB

Pendant la charge, le CodeCell ferme l'application, allume la LED statique en bleu et attend que la batterie soit complètement chargée. Une fois complètement chargée, elle devient verte statique. Une fois le câble déconnecté, elle démarre une animation de lumière verte avec une vitesse correspondant à la distance de proximité. L'animation s'allume en vert lorsqu'elle est alimentée par la batterie et en bleu lorsqu'elle est alimentée via USB.

Lecture des données du capteur

Après avoir initialisé les capteurs, vous pouvez lire leurs données à l'aide de diverses fonctions fournies par la bibliothèque. Voici un bref aperçu des fonctions disponibles :

Fonctions du capteur de lumière :

• Light_ProximityRead() - Lit la valeur de proximité du capteur de lumière.
• Light_WhiteRead() - Lit l'intensité de la lumière blanche à partir du capteur de lumière.
• Light_AmbientRead() - Lit l'intensité lumineuse ambiante à partir du capteur de lumière.

Fonctions du capteur de mouvement :

• Motion_AccelerometerRead(float &x, float &y, float &z) - Lit les données d'accélération le long des axes x, y et z.
• Motion_GyroRead(float &x, float &y, float &z) - Lit les données de vitesse de rotation le long des axes x, y et z.
• Motion_MagnetometerRead(float &x, float &y, float &z) - Lit les données d'intensité du champ magnétique le long des axes x, y et z.
• Motion_GravityRead(float &x, float &y, float &z) - Lit les données du vecteur de gravité le long des axes x, y et z.
• Motion_LinearAccRead(float &x, float &y, float &z) - Lit les données d'accélération linéaire le long des axes x, y et z.
• Motion_TapRead(uint16_t &x) - Lit le nombre de taps détectés.
• Motion_StepCounterRead(uint16_t &x) - Lit le nombre de pas comptés.
• Motion_RotationRead(float &roll, float &pitch, float &yaw) - Lit les données de rotation angulaire (roulis, tangage, lacet).
• Motion_RotationNoMagRead(float &roll, float &pitch, float &yaw) - Lit les données de rotation angulaire sans utiliser le magnétomètre.
• Motion_StateRead(uint16_t &x) - Lit l'état actuel (par exemple, Sur table, Stationnaire, Mouvement).
• Motion_ActivityRead(uint16_t &x) - Lit l'activité en cours (par exemple, conduite, marche, course).

Exemple d'utilisation :

Fonctions veille, économie d'énergie, diagnostic et LED

Le CodeCell comprend plusieurs fonctions pour gérer les modes veille et économie d'énergie :

• WakeUpCheck() - Vérifie la raison du réveil de l'appareil. Si l'appareil se réveille suite à un événement de minuterie, il renvoie « true » ; sinon, il renvoie « false »
• Sleep(uint16_t sleep_sec) - Met l'appareil en mode veille profonde pendant une durée spécifiée en secondes. Il configure les broches et les capteurs nécessaires pour une faible consommation d'énergie avant de passer en mode veille.
• USBSleep(bool cable_polarity) - Gère le mode veille de l'appareil lorsque le niveau de la batterie est faible ou lorsque l'appareil se charge via l'alimentation USB. Il arrête l'application et prépare l'appareil à la mise en veille pour permettre une reprogrammation si nécessaire.
• PrintSensors() - Imprime les relevés actuels de tous les capteurs initialisés sur le moniteur série. Cette fonction est particulièrement utile pour le débogage et l'enregistrement des données.
• BatteryRead() - Cette fonction lit et renvoie la tension de la batterie lorsque le port USB-C est déconnecté.
• LED_Breathing(uint32_t rgb_color_24bit) - Cette fonction est utilisée dans le gestionnaire Run() pour contrôler la LED intégrée et créer un effet de respiration avec une couleur spécifique. Le paramètre `rgb_color_24bit` est une valeur de couleur 24 bits représentant la couleur RVB. Lorsque vous utilisez cette fonction, soyez prudent car la fonction 'Run' peut écraser la couleur de votre LED.
• LED(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b) - Cette fonction définit la couleur de la LED adressable intégrée à l'aide du modèle RVB où « r », « g » et « b » sont des valeurs 8 bits représentant les composants rouge, vert et bleu de la couleur. Chaque composant est compris entre 0 et 255. Lorsque vous utilisez cette fonction, soyez prudent car la fonction « Exécuter » peut écraser la couleur de votre LED.

Félicitations!

Vous avez maintenant fait vos premiers pas avec CodeCell . Plongez plus profondément dans les exemples de la bibliothèque, explorez les intégrations de capteurs et commencez à donner vie à vos projets innovants avec CodeCell !