USB GPIO Extender 2

GPIO Extender-2

Zero Coding мини-контроллер для ваших проектов

Управление без программирования — просто текстовые команды

Компактный размер. 10 универсальных портов.
Без перепрошивки и IDE.
Только терминал и простые команды.

Ключевые преимущества

Почему GPIO-Extender-2 удобен для небольших проектов?

Никакого программирования
Забудьте о языках программирования и IDE. Управляйте устройством через простые текстовые команды с ПК.

Компактный размер
Устройство помещается на ладони и не требует дополнительной инфраструктуры или монтажа.

Легкое подключение
Просто подсоедините к USB, и устройство готово к работе. Не нужны драйверы или настройки. Питание и управление по одному интерфейсу.

Понятный интерфейс
Текстовые команды с интуитивно понятным синтаксисом, которые легко запомнить даже новичку.

Автономный режим Сохраняйте настройки в памяти и используйте устройство даже без компьютера. Устройство может автономно выполнять несложные сценарии по заданному скрипту.

Для чего нужен USB GPIO Extender-2

Очень простое управление сигналами

GPIO Extender-2 - в первую очередь устройство простого управления сигналами с ПК: позволяет с помощью команд в (виртуальный) последовательный порт USB интерфейса изменять состояние 10 входов-выходов.
Гибкость
GPIO Externder-2 позволяет:
1. сделать 10 выходов, либо 10 входов или как-то разделить их, например как 2 выхода и 8 входов.
2. использовать, как генератор PWM сигналов (4 канала).
3. использовать, как АЦП (9) каналов.
4. использовать режим определения частоты и скважности (2 канала)
5. подключать датчики температуры-влажности DHT22
6. подключать светодиодную ленту WS2812B
И передавать все эти данные по запросу ПК.
Заскриптованная работа

Устройство можно запрограммировать на выполнение своей простой логики.

Характеристики

1. Интерфейс подключения: USB (HID+CDC)
2. Рабочие интерфейсы: GPIO, ADC, PWM
3. Количество выводов: 25, управляемых - 10
4. Габариты: 54х15х10мм
5. Работает в Win7/Linux/macOS и других ОС
6. Поддержка скриптов для самостоятельного задания логики работы в автономном режиме (без ПК).

Графический конфигуратор

Графический конфигуратор - это демонстрационная программа для знакомства с возможностями устройства и источник кода для использования в своих проектах.

Подключите ваше устройство

Подключите GPIO Extender 2 к компьютеру через USB.
Ваш компьютер определит устройство как виртуальный COM-порт и как HID-устройство. Подключите конфигуратор через один из интерфейсов (какой будет доступен). Возможно, вам нужно будет запускать с правами администратора/суперпользователя в зависимости от прав доступа к интерфейсам в вашей ОС.

Настройка

Текстовый терминал

Графики значений

Управление лентой

Подключение датчиков DTH22

Загрузка скриптов

Установка конфигуратора

Конфигуратор написан на Python3, поэтому вы можете запустить программу на любом хосте с работающем Python или посмотреть исходники для своего проекта.
Скачать код можно по ссылке.

Требования:
Установленный Python3

Зависимости:
- `pyserial>=3.5` - для работы с последовательным портом
- `matplotlib>=3.5.0` - для построения графиков
- `hidapi>=0.12.0` - для работы с HID интерфейсом (опционально)

Установка зависимостей из requirements.txt
pip install -r requirements.txt

Запуск программы
python extender2_configurator.py

Собранная через PyInstaller версия под Windows по ссылке.

Текстовый протокол

Краткое руководство по началу работы

Подключите ваше устройство

Подключите GPIO Extender 2 к компьютеру к USB.
Ваш компьютер определит устройство как виртуальный COM-порт и как HID-устройство. Виртуальный последовательный-порт (CDС) нужен для легкой интеграции с вашими программами, а HID позволяет работать без драйверов в системах, где нет доступа к CDC.

Откройте терминал (при работе с CDC)
Запустите любое приложение для работы с последовательным портом:

Windows: PuTTY, TeraTerm, Arduino Serial Monitor, pyserial-miniterm.
macOS: Screen, Serial, CoolTerm, pyserial-miniterm.
Linux: Screen, Minicom, PuTTY, pyserial-miniterm.

Подключитесь к последовательному порту

Windows: устройство вида COM3 и т.п.
macOS: устройство вида /dev/tty.usbmodem2073306558472 и т.п.
Linux: устройство вида /dev/ttyACM0 и т.п.

Введите следующую команду и нажмите Enter:

~I

Вы должны увидеть ответ вида:

~IGPIO-Extender-2.0.0;SN:xxxx-xxxx-xxxx

Интерфейс команд

Все команды начинаются с символа ~ и заканчиваются возвратом каретки (\r) и переводом строки (\n).
Ответ также начинается с ~ и символа отправленной команды и символами (\r\n).
По-умолчанию включен режим "эхо", чтобы вы видели печатаемые вами символы.
При интеграции с ПО это неудобно и эхо лучше отключить (сделать это можно в настройках или командой).

Базовые команды

Расширенные команды

Ответы об ошибках
Команды, выполнение которых не удалось, будут возвращать сообщение об ошибке, например
~JError - Ошибка установки значений выводов.
Также, сложные команды могут сообщать о деталях ошибки, например:
~PError:Mode
~PError:Freq

Конфигурация выводов

GPIO Extender 2 имеет 10 выводов, которые могут быть настроены в следующие режимы:

Установка режимов

Для настройки всех выводов одновременно используйте команду ~D, за которой следуют 10 символов режимов. При попытке установить неподдерживаемый пином режим, он будет выставлен в I. Команда в ответ шлет получившийся режим для пинов.
Сложные режимы (не I,O) после деинициализации могут занимать ресурсы, потому устройство после отключения сложного режима устройство следует перезагрузить.

Устанавливаем пины 3-4 как выходы, остальные - как входы.

~DIIOOIIIII

Управление выводами

Цифровой выход

Включить вывод 2:

~S2:1

Выключить вывод 2:

~S2:0

Чтение входов

Считать цифровой вход 2:

~G2

Считать аналоговый вход 3:

~G3

Получить значения всех GPIO за один раз:

~V

Выход ШИМ (P)

Установить вывод в режим ШИМ:

Инициализировать ШИМ с частотой в Гц (пин должен быть настроен в режим P):

~P[pin]:[frequency]
~P3:1000

Установить коэффициент заполнения ШИМ (0-100)%:

~S[pin]:[value]
~S3:50

Пример: установить 50% заполнения при 1 кГц на выводе 3:

~P3:1000
~S3:50

Аналоговый вход (A)

Ответ будет в значениях диапазона 0-4095

Прочитать аналоговое значение (пин должен быть настроен в режим A):

~G[pin]

Измерение частоты и скважности (С)

Прим.: нельзя использовать пины 4 и 5 одновременно в этом режиме

Прочитать значение частоты и скважности (пин должен быть настроен в режим C):

~G[pin]

РАБОТА С ТЕМПЕРАТУРНЫМ ДАТЧИКОМ DHT22

Устройство поддерживает работу с цифровыми датчиками температуры и влажности DHT22/AM2302.
Подключение датчика

VCC → подключите к источнику питания 3.3В или 5В (зависит от модели датчика)
GND → подключите к общей земле устройства
DATA → подключите к любому из пинов 0-9 GPIO-экстендера

ОБЯЗАТЕЛЬНО установите подтягивающий резистор 4.7-10кОм между VCC и DATA, если он не установлен на датчике.

Настройка режима работы

Установите пин для подключения датчика (например, пин 5)

~DIIIIIDIII

Чтение значений с датчика

Команда чтения G с номером пина: ~G5.
В ответ приходит данные вида:

~G24.5С,60.5%

Особенности работы

Минимальный интервал между измерениями: 2 секунды. DHT22 требует времени для стабилизации и корректного считывания данных.
Точность измерений:Температура: ±0.5°C, влажность: ±2-5%
Диапазон измерений:Температура: от -40 до +80°C, влажность: от 0 до 100%

Рекомендации по использованию

Всегда используйте подтягивающий резистор между питанием и линией данных
Располагайте датчик в стороне от источников тепла и прямых солнечных лучей
Избегайте быстрых изменений влажности, которые могут привести к конденсации
При первом включении датчику может потребоваться 1-2 минуты для стабилизации показаний

Управление RGB-светодиодной лентой WS2812

Режим вывода - W
Вывод 9 может управлять лентой длиной до 30 светодиодов WS2812B.
Цвета кодируются палитрой.

Закрасить 3 светодиода (пин должен быть настроен в режим W):

~Y090A0C

UART

Встроенный интерфейс UART для обмена небольшими сообщениями в другим устройством.

Настройка UART (режим 115200,8,N,1 настроен по-умолчанию и его можно не выставлять):

~U115200,8,N,1

Отправка данных (пин 2 должен быть настроен как 'T' через команду ~D):

~S2:Hello

Прием данных (пин 6 должен быть настроен, как 'R' через команду ~D).
Буфер на чтение в устройстве на 256 байт. За раз ~G выдает до 40 байт.

~G6
~GHello

Скриптование - встроенный интерпретатор

Контроллер может работать самостоятельно (без управляющих команд), если загрузить туда скрипт.
Это экспериментальная функция и возможности скриптов относительно основного режима сильно ограничены.

Поддерживаемые команды

+ Установить текущий пин в высокое состояние
- Установить текущий пин в низкое состояние
> Перейти к следующему пину
< Перейти к предыдущему пину
. Прочитать значение текущего пина
: Войти в режим ШИМ для текущего пина
% Установить скважность ШИМ (далее 0-9 для 0-100% с шагом 10%)
# Прочитать аналоговое значение с текущего пина
@ Настроить текущий пин (i=вход, o=выход, p=шим, a=аналоговый)
d[ms] Задержка на [мс] миллисекунд (например, d100 для задержки 100мс)

Базовая конфигурация и управление пинами
(обычно не нужно настраивать конфигурацию скриптом)

@o>@o>@i    // Настроить пин 1 как выход, пин 2 как выход, пин 3 как вход
<<+>+         // Вернуться к пину 1, установить его в 1, перейти к пину 2, установить пин 2 в 1
<<.>.>      // Вернуться к пину 1, прочитать его, перейти к пину 2, прочитать его, перейти к пину 3, прочитать его

Управление ШИМ

>@p:0%5     // Перейти к пину 2, настроить как ШИМ, установить частоту 1Гц, скважность 50%

Возможные частоты ШИМ в режиме интерпретатора

    1,      // '0' - 1 Гц (медленное мигание)
    10,     // '1' - 10 Гц (мигание)
    50,     // '2' - 50 Гц (серво, некоторые моторы)  
    100,    // '3' - 100 Гц (низкочастотная PWM для моторов)
    200,    // '4' - 200 Гц (моторы)
    500,    // '5' - 500 Гц (средняя частота для моторов)
    800,    // '6' - 800 Гц (моторы, вентиляторы)
    1000,   // '7' - 1 кГц (стандарт для светодиодов)
    1500,   // '8' - 1.5 кГц (светодиоды)
    2000,   // '9' - 2 кГц (высокочастотные светодиоды)
    3000,   // 'A'/'a' - 3 кГц (высокочастотные приложения)
    5000,   // 'B'/'b' - 5 кГц (высокочастотные светодиоды)
    8000,   // 'C'/'c' - 8 кГц (очень высокочастотные приложения)
    10000,  // 'D'/'d' - 10 кГц (ультравысокие частоты)
    15000,  // 'E'/'e' - 15 кГц (ультразвуковые приложения)
    20000   // 'F'/'f' - 20 кГц (максимум системы)

Мигание светодиодом

@o      // Пин 1 как выход
+       //  Установить высокий уровень
d500    // Пауза 500 мс
-       // Установить низкий уровень
d500    // Пауза 500 мс
+       // Установить высокий уровень
d500    // Пауза 500 мс
-       // Установить низкий уровень

Команда будет выглядеть так: ~X>@o+d500-d500+d500-

Обновление прошивки

Переведите устройство в режим загрузчика, отправив команду ~B.
Начнет мигать зеленый светодиод. Последовательный порт пропадет.

Файлы прошивок

Скачайте (linux) и запустите OD HID Flasher.
Возможно, в вашей ОС для работы с HID понадобятся права адмнистратора. Перетащите или выберите файл прошивки.

Нажмите прошить и дождитесь окончания.
Подключитесь к устройству по CDC или HID и запросите версию устройства, чтобы убедиться, что она соответствует ожидаемой.