DIS(数字化信息系统)实验系统是物理里常用的实验器材,它由三个主要组成部分:1、传感器;2、数据采集器;3、数据显示以及处理终端。传统的DIS实验设备的数据显示以及处理终端往往是计算机上安装的软件,当然也有开发了手机端APP的(例如PASCAL),传感器与数据采集器以及数据采集器与电脑之间往往都是使用有线的方式进行连接,当然也有用蓝牙方式进行连接的。
很多时候我们都是直接使用各个公司(例如朗威、Pascal)的产品,但是随着创客教育、STEM教育的不断普及,其实我们的学生已经可以有能力自己来开发一些DIS实验设备了,博主研究DIS实验已经有10多年了,之前基本都是用Arduino来充当数据采集器,利用电脑上的Flash动画来作为数据显示以及处理终端,但是由于Flash已经逐渐的退出了历史舞台,所以开始研究利用手机端的phyphox来作为数据显示端,本系列博文就是研究如何基于ESP32与phyphox进行DIS实验的制作。
初识ESP32
“ESP32是乐鑫信息科技推出的一块集成了WIFI、蓝牙的芯片。ESP32 集成了天线开关、射频 balun、功率放大器、低噪放大器、过滤器和电源管理模块。2.4 GHz Wi-Fi 加蓝牙双模芯片采用 TSMC 低功耗 40nm 技术,功耗性能和射频性能最佳,安全可靠,易于扩展至各种应用。”
以上是网上搜索来的介绍,想要了解更多的请自行百度。
其实和phyphox可以连接的还有Arduino,但是如果使用Arduino就还需要配一块蓝牙串口模块,某宝上这两样东西加起来估计都要100左右了,而一片ESP32,不仅性能比Arduino好的多,而且还集成了蓝牙与WIFI,价格才不到30,关键是同样可以使用Arduino的IDE来编写程序,使用起来与Arduino一样简单,所以无论怎么看,ESP32都是不二之选!
学编程的第一个程序往往都是“HELLO WORLD!”而学硬件编程的第一个程序往往都是点亮一盏LED灯!所以,就让我们开始进入正式的课程吧!不过在这之前,请去淘宝买一块ESP32!
1、下载Arduino IDE软件
首先先要下载Arduino IDE,也就是用来给ESP32写入程序的软件,我们也会在里面写代码(想着还要写代码,是不是有点恐慌啊,不要担心,这个点灯的课程我最小给小学六年级小朋友上过,但是如果你小学还没有毕业,那么下面内容请不要看了哦!),在万能的百度里输入“Arduino 官网”:
进入官网后点击SOFTWARE(软件)
找到右侧绿色窗口中的 Windows zip file选项,然后点击下载。
下载完后解压开来就可以用了,不需要安装。
2、安装ESP32的驱动
安可信科技家可以选择的ESP32 有两种,一种是CP2102,一种是CH340,当然后一种便宜点。这两种的区别是连接电脑的串口芯片选择不同,功能上前一种稳定点,但是贵不少,我买的自然是便宜的,因为用起来都一样啊。
首先呢将ESP32通过数据线插到电脑的USB端口上,然后电脑应该会跳出自动安装驱动之类的,但是最后会安装失败,不管它。
先打开设备管理器,如果是WIN10,可以直接在左下角的搜索框里直接输入“设备管理器”,进去后如图:
你应该可以看到一个未知设备,这就是我们的ESP32。这时你会发现在“其他设备”里会有一个“未知设备”,右键单击未知设备,在出现的菜单中选择“更新驱动程序”
在之后的页面中选择“浏览计算机以查找驱动程序软件”
单击“在以下位置搜索驱动程序软件”下的“浏览”按钮,找到你下载下来的arduino文件里的drivers文件夹,然后点击确定
然后你的驱动就安装好了,在设备管理器的端口里应该可以看到新的设备了,名字为USB-SERIAL CH340(COM3),请注意,我的电脑中是COM3,但是你的电脑中未必是3号哦,请记住你自己的COM号,之后会一直要用到哦!
3、在Arduino IDE中添加ESP32开发板
现在我们回到下载的arduino文件夹中,双击名为arduino的应用程序打开软件:
点击左上角的文件菜单,并且进入里面的首选项子菜单:
在附加开发板管理器网址内填上:https://raw.githubusercontent.com/espressif/arduino-esp32/gh-pages/package_esp32_index.json
填好后点击“好”确定,然后点击工具菜单,进入开发板管理器:
在里面搜索esp32,然后再搜到的esp32内点击安装,如果中途中断请重复几次,直到安装成功。
安装成功后再次进入工具菜单,点击开发板,就可以看到开发板里多了ESP32 Arduino选项,然后选择里面你所买的板对应的选项,由于我们买了安可信家的NODEMCU-32S,就选择NODEMCU-32S选项。
选好后再次点击工具,选择ESP32对应的COM号,我的是3号,你们填之前记住的号码!
4、编写第一个点灯程序
是不是觉得上面的步骤超级麻烦,不过苦尽甘来,以上步骤只需要设置一次就可以了,之后不再需要了!
当然我假设你完全没有程序的概念,所以第一个点灯的程序用现成的程序就可以了,以后要用到编程的地方也仅仅是在原有程序上修改而已,不需要全部自己编的!
点击实例里的Basics里的Blink,打开点灯的程序:
然后点击文件菜单下的向右的箭头按钮:
之后稍等片刻,程序就会自动写入到ESP32,然后观察一下你的ESP32,是不是里面的一盏蓝灯在闪烁!
好了,我们的第一篇就讲到这里了,简单回顾一下:
(1)简单介绍了自制DIS实验系统的组成以及phyphox。
(2)下载了ARDUINO IDE
(3)在ARDUINO IDE里添加了ESP32板
(4)用自带的例程让ESP32上的蓝色小灯闪烁了起来。