基于Arduino Nano ESP32构建飞行报警LED铃声(单独使用)
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作为飞行员，在空中和地面上，在飞行和飞行前的许多方面保持“安全第一”是很重要的，其中之一就是避免碰撞。过去几年，即使是小型航空、自由飞行的飞机，如滑翔机、滑翔伞、悬挂式滑翔机等，在未来的无人机中，也开始采用仪器来观察和让别人看到。天空将是拥挤的。
一种便宜但有效的仪器是LilyGo公司的T-Echo或T-Beam型号。这些LilyGo可以用来安装各种软件，我最喜欢的是M.Braner的SoftRF版本。SoftRF最初是由Linar Yusupov制作的，但其他一些人决定修改/改进他的项目。
工作原理：
当你在空中时，LilyGo发送和接收其他飞行飞机的无线电数字数据，其中包含有关高度，速度，方向等信息;非常重要的是，你和周围的其他飞机使用相同的通信协议，否则没有正确或没有警告交换!
如果LilyGo接收到正确的数据，并且检测到可能发生碰撞，它通过蓝牙传输，并通过该电路接收到相对的nmea式警告：8个方向蓝色LED中的1个将向您显示被检测飞机的相对位置(上方的LED显示为12:00，表示它在正前方，右侧的LED显示为03:00，表示它在您的右侧90°左右，下方的LED显示为06:00，表示它在您的后方，等等)。另外，5个高度LED中的1个将向您显示飞机的相对高度：中间红色LED表示飞机距离您的高度在-50 +50米之间，白色LED表示飞机距离您的高度在+-51 +-150米之间，绿色LED表示飞机在您上方或下方超过+- 151米。这个独立版本包括一个显示器，以米为单位显示相对距离和警告对象的飞机类型。
本项目使用LilyGo + SoftRF (Moshe Braner版本，使用MB158测试)实现蓝牙- le连接;草图通过LED指示灯电路连接LilyGo，通过蓝牙- le接收nmea类碰撞警告句子，评估警告级别并使用蜂鸣器发出“哔哔”声(3级);此外，8个led中的1个显示相对方向，5个led中的1个显示潜在碰撞飞机的相对高度;还有一个状态LED显示类似nmea的活动，还有一个Oled双色显示屏显示更多信息。
组件列表:
•Arduino Nano ESP32， MCU带蓝牙BLE， 3.3V
•OLED 128x64双色显示屏I2C + 4引脚头公母
•IC 74HC4067版本SOIC-24, 16通道多路复用SMD
•主动蜂鸣器3.3V
•2 x 220欧姆贴片电阻(尺寸1206)
•1个100nF贴片电容器(尺寸1206)
•1个10uF贴片电容器(尺寸1206)
•8 × 3mm LED蓝光亮度(> 5000mcd)
•1 × 3mm LED红光亮度(> 5000mcd)
•3 × 3mm LED绿光亮度(> 5000mcd)
•2 × 3mm LED白光亮度(> 5000mcd)
•2个JST-XH 2.5mm连接器(90°公，直母)
•1 x 200mA自复位保险丝贴片
•1个迷你开关
•3.7V 1350mA/h锂离子电池(CT-3650)
•45x48mm双面PCB
•约40个铜0.8mm铆钉(作为过孔，焊接，连接PCB层)
•若干M2塑料垫片(6 × 5mm mm /f, 6 × 10mm f/f)， 10 × 6mm M2螺钉，6 × 10mm M2螺钉，4 × 1mm环形垫片，10 × M2螺母
•3塑料盒部件(3D打印，见附件)
•简单尼龙绳，可粘合尼龙搭扣，双胶粘带
•15cm黑线，15cm红线，热缩管，卡普顿隔离胶带
•1 × 3mm红色LED
•1个迷你USB PCB连接器
•2 x 10k欧姆1%贴片电阻(尺寸1206)
•1个4.7uF贴片电容(尺寸1206)
•1 x 4.7uF贴片电解电容器(尺寸1206)
•1 x 2.2k欧姆贴片电阻(尺寸1206)
•1 x 470欧姆贴片电阻(尺寸1206)
•MCP73831 SMD充电器IC
电路:
该电路以Arduino Nano ESP32单片机为核心，提供了通过蓝牙- le方式连接LilyGO，驱动主动蜂鸣器和类似nmea的绿色LED，指示16通道74HC4067多路复用器驱动LED，驱动显示。我在市场上发现74HC4067 IC有两种格式，一种是非常小的SSOIP24，一种是较小的SOIC-24;让我们为这个电路买一个小的和手工焊接。我有一个不愉快的经历，坏保险丝的电阻为1欧姆，而不是接近0(零)欧姆：有了这个电阻，电路在4.0V中损失约0.1V。
关于led，让我们选择3mm高效率的发光效果非常好(bbb50 5000mcd)，功耗低，最大在2-6mA左右;我建议用蓝色表示方向，红/白/绿表示高度，绿色表示nmea式接收。充电器的红色LED可以是正常的3mm LED。8环led是通过孔安装，对于其他人，你必须弯曲和切割在适当的长度引脚。
尽管Nano ESP32手册建议以最小6.0V为VIN引脚供电，但我在3.4V下进行了测试，取得了良好的结果，获得了所需的3.3V，使用内部稳压器为其余电路供电;BLE通信和一个LED闪烁时的功耗在110mA左右，建议安装1350mA/h左右的3.7V Li-Ion电池;
电池通过MCP73831 IC通过mini-USB接口和周围的一些组件进行充电。草图提供了检查电池电量，当低于3.4v时，它会产生一些声音提醒您尽快充电。如果你决定改变电池功率不同于1350mA/h，我建议根据充电率改变电阻R6。公式为：R6=1000000/mA，因此在本电路中，使用2.2K欧姆电阻，充电速率为455mA(1000000/455=2200欧姆)。较小的电池应以较小的速率充电。我会计算充电电流大约是电池功率的1/3：即如果你安装一个800mA/h的电池，你应该计算800/3=267，所以1000000/267=3745欧姆(3900欧姆作为R6替代品是可以的)。
如果显示器是双色的就好了：他们出售128x64的显示器，上面16行是黄色，剩下48行是青色;在这个项目中，显示器颠倒工作，以青色表示距离，黄色表示飞机类型。当然单色显示也很好，可能是白色，这样在白天更亮，可读性更强。
印刷电路板(PCB)：
您可以选择制作45x48mm双面PCB并焊接40个铜铆钉作为过孔，就像我通常至少为第一个原型版本所做的那样。即使大多数组件是SMD，也有很多孔要做。我的技术是通过“蓝片和熨烫”的方式生产PCB，以及“蚀刻PCB与Press'n'Peel”。
蓝色床单和熨烫?!(谷歌用我的评论回答…)
在PCB(印刷电路板)生产中，“蓝片”和熨烫是指使用碳粉转移技术创建原型或小型PCB的特定方法。“蓝色纸张”是一种光滑的纸张，上面有一层可接受墨粉的涂层，通常用于激光打印机和复印机。“熨烫”部分是指使用家用熨斗将电路设计的碳粉图像从蓝片转移到覆铜板上。
下面是这个过程的细分：
1. 设计和打印：使用CAD软件(即easyeda.com)创建电路设计，并使用激光打印机打印到蓝色纸张上。墨粉附着在蓝纸上的特殊涂层上。
2. 准备工作：对覆铜板(通常为FR-4，单或双铜层/s)进行清洗，以确保碳粉的良好附着力。
3. 转印：将印刷好的蓝片面朝下放到PCB的铜表面上。熨斗用于加热纸张，熔化碳粉并将其转移到铜表面(只需将一张A4纸放在PCB/蓝色板材和热熨斗之间，让它在上面停留5分钟)。
4. 冷却和去除：让PCB冷却(在热熨烫5分钟后，迅速将其置于水中)。然后小心地剥去或浸湿纸，留下代表铜片上线路的碳粉图像(一些缺陷必须用适当的永久标记来纠正)。
5. 蚀刻：将PCB放置在蚀刻溶液(如氯化铁)中，蚀刻掉未受保护的铜，留下由碳粉定义的所需电路图案。
6. 涂饰：除去剩余的碳粉，然后用阻焊、钻孔和其他涂饰步骤对电路板进行进一步处理。
这种调色剂转移方法是一种相对便宜和容易获得的方法，可以在家中或小批量生产pcb，特别是用于原型制作。
(为了连接PCB的两个面，我建议在上下面之间做3或5个孔作为连接点)
蓝牙- le怎么简单又怎么困难?
正如我已经说过的，经典蓝牙更容易管理，但这里我们必须使用蓝牙- le，它与经典蓝牙完全不同，不兼容，所以忘记HC-05， HM-10或类似的模块。
我认为我的代码是简单和线性足够的可读和可理解的部分关于蓝牙。这里是一个简短的描述。看看deviceConnect()函数：首先是用BLE.scanForName(deviceName)找到并连接LilyGo (T-Echo或T-Beam)，然后用peripheral.connect()连接它;接下来是执行peripheral.discoverAttributes()，它似乎什么也不做，但对接下来的步骤是必需的。现在我们必须使用peripheral.hasService(serUUID)验证服务的存在性，并使用datasservice . hascharacteristic (charUUID)验证其特性，然后使用datachcharacteristic .subscribe()订阅它。回到主循环()，每次接收到数据时，我们都会在datachcharacteristic . valueupdated()中得到通知，因此我们必须使用datachcharacteristic . readvalue()进行读取。
软件代码：
当然，最困难的任务是蓝牙- le连接，我真的更喜欢老式的经典蓝牙，简单，容易，只需几分钟的编程就可以工作。不管怎样，代码已经写好并且运行良好。唯一包含的BLE管理库是ArduinoBLE.h。
在开始时，草图尝试10次连接LilyGo，如果它已经打开，只需要几秒钟，所以在第二次尝试连接完成。然后，草图等待带有标识头“$PFLAU”和“$PFLAA”的类似nmea的句子。LilyGO甚至提供了这个电路不需要的其他句子。所有被接受的句子都是具有正确校验和的句子。编制内部表数据结构，将飞机数据、ID和类型组合在一起;从“$PFLAU”和“$PFLAA”句子中我们得到以下数据(其他数据字段未使用)：
•int nmi_gps // GPS 0=无GPS定位，1=地面3D定位，2=空中GPS定位
•int nmi_alarm //告警级别0=none, 1=15-20" to impact, 2=10-15" to impact, 3=0-10" to impact
•int nmi_relBearing //相对冲击方位，0=前方，180/-180=后方，-45=左侧，45=右侧，等等。
•int nmi_alarmType //报警类型0=none, 2=aircraft, 3=obstacle/zone, 4=traffic advisory， 10-FF other忽略
•int nmi_relVertical //以米为单位的相对垂直距离，正数=OVER，负数=BELOW
•long nml_relHorizontal //相对水平距离，单位为米
•字符串nms_ID_LAU //来自PFLAU句子的飞机ID
•字符串nms_ID_LAA //来自PFLAA句子的飞机ID
•int nmi_AcftType //飞机类型
•字符串nms_aircraftType //飞机类型描述(由函数生成)
我们可以设置3个警报级别：1=较低=较容易，2=中等，3=较高=较困难。草图在第一级报警时播放1个电平和没有太多快速开关led，在第二级播放2个电平和中等快速开关led，在第3级报警时播放3个电平和快速开关led。
LED状态(无活动报警)：
•全部关闭=电路关闭
•nmea-like on = LilyGO连接
•nmea-like 1“闪烁= nmea接收ok
•红色5"闪烁=搜索LilyGO但未找到(尝试10次)
•红色0.5“闪烁= LilyGO在10次尝试后未找到(再次尝试搜索请重新启动，关闭/打开电源)。
在LilyGO设置中，您必须激活蓝牙NMEA-like输出，然后使用计算机或手机查看他的广播名称，应该是“SoftRF8605a6-LE”之类的东西，因此将名称放在代码中而不是我的，deviceName[] =“…”，保存，验证并编译它，通过Arduino在线云的方式传输草图。云对正常使用是免费的，并且每天的编译次数是有限的。要激活Arduino SerialMonitor上的调试代码输出，您必须将这行设置为“const boolean isDebug=true”。为了模拟不同级别的警告，当你在家的时候，你必须取消226 - 290左右的注释代码行，它们将覆盖nmea类句子，模拟警报，这样你就可以听到蜂鸣器并看到led工作;您可以更改警报内的暂停更改行“prevTest=millis()+10000;”;在开始飞行之前，请记住注释回模拟代码的部分!
3D视图图片：
后盖为最后一步：将电池插入后盖，将开关插入后盖，通过线环，现在可以焊接开关与PCB点之间的电线。最后把所有放在一起，拧紧最后6 × 2mm螺钉。
现在是时候打开开关，看到飞行警报开始与LED环做初始显示，并尝试通过蓝牙连接LilyGo，你之前已经打开;一会儿，你会在显示器上看到实际的电池电压。几秒钟后，BLE连接完成，你会看到nmea一样的绿色LED闪烁：它工作了!
本文编译自hackster.io
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