Wil je je computer uitbreiden met zelfgemaakte hardware zoals extra waarschuwingsledjes of sensoren, dan kan dat eenvoudig met een microcontroller. Die sluit je via usb aan, waarna je de software op je computer met de microcontroller laat communiceren om de leds in en uit te schakelen of de sensordata uit te lezen. In dit artikel tonen we je hoe dat gaat en bouwen we een webinterface voor de seriële communicatie.

Op microcontrollerbordjes zoals een Arduino, Raspberry Pi Pico of ESP32 kun je allerlei leds, knoppen en sensoren aansluiten. Veel van die bordjes hebben een ingebouwde wifi-chip, waardoor je ze op afstand kunt aansturen. Maar soms is wifi niet mogelijk, te lastig of gewoon helemaal niet nodig.

Gelukkig zijn de meeste microcontrollerbordjes uitgerust met een usb-aansluiting en die kunnen we ook gebruiken om vanaf je computer opdrachten naar de microcontroller te sturen of informatie zoals sensordata terug te krijgen.

01 USB CDC

Voor de communicatie tussen microcontroller en computer gebruiken we een seriële interface via USB CDC. Onder Windows is het apparaat dan zichtbaar als een COM-poort, onder Linux als een apparaat zoals /dev/ttyACM0 en onder macOS /dev/cu.usbmodem<ennogiets>. Software op je computer kan dan met de microcontroller communiceren via deze COM-poort of het juiste apparaatbestand.

In de microcontroller moeten we dus een seriële verbinding via USB CDC opzetten. In dit artikel doen we dat met CircuitPython, dat honderden microcontrollerbordjes ondersteunt. Kies wel een bordje met ondersteuning voor USB CDC.

Wij hebben dit met succes getest met de Raspberry Pi Pico (W), Arduino Nano RP2040 Connect, Seeed Studio XIAO SAMD21 en Seeed Studio XIAO nRF52840. In de rest van dit artikel gaan we uit van een Raspberry Pi Pico. Voor de andere bordjes moet je de CircuitPython-code mogelijk lichtjes aanpassen of de firmware op een andere manier installeren.

02 CircuitPython installeren

Download de CircuitPython-firmware voor de Raspberry Pi Pico. Op het moment van schrijven was dat versie 8.2.2. Er is een Nederlandse versie beschikbaar, maar de taal maakt niet zoveel uit. Je ziet dat op de downloadpagina in de lijst met ingebouwde modules usb_cdc staat. Dat bevestigt dat we op dit bordje USB CDC kunnen gebruiken.

Het gedownloade firmwarebestand heeft de extensie .uf2. Houd op de Raspberry Pi Pico de witte knop BOOTSEL ingedrukt, sluit het bordje via een micro-usb-kabel op je computer aan en laat de knop dan los. De interne opslag van het bordje verschijnt nu als een usb-schijf met de naam RPI-RP2 op je computer. Sleep dan het .uf2-bestand naar die schijf. Na het kopiëren verschijnt de schijf onder een andere naam: CIRCUITPY.

03 Mu

De eenvoudigste manier om je bordje in CircuitPython te programmeren is met de code-editor Mu, die zowel voor Windows als voor macOS en Linux bestaat. Start Mu op, klik links bovenaan op Mode en kies CircuitPython uit de lijst. Klik dan op OK. Normaal wordt nu je aangesloten bordje herkend met onderaan de boodschap Detected new CircuitPython device.

In het grote tekstveld kun je nu je code typen die je op je bordje wilt uitvoeren. Om te testen of de hardware werkt, typ je daarin de volgende code die de ingebouwde led doet knipperen:

Klik bovenaan op Save, selecteer code.py en bevestig dat je dit bestand wilt overschrijven. Daarna zie je de ingebouwde led van de Raspberry Pi Pico knipperen. Hiermee weet je dat het bordje werkt.

04 Afspraken maken

Voordat we nu de Pico gaan programmeren, moeten we een protocol vastleggen voor de communicatie tussen computer en microcontroller. Zo’n protocol is eigenlijk een lijst van afspraken. Welke communicatie verwacht de Pico en wat doet de microcontroller dan? Voor ons voorbeeld houden we het protocol eenvoudig. Elke opdracht die we aan de microcontroller geven, bestaat uit één teken dat bepaalt wat er met de ingebouwde led moet gebeuren:

0 - Schakel led uit

1 - Schakel led aan

2 - Schakel led om

3 - Knipper de led kort

Met de opdracht 2 schakelt de microcontroller de led dus aan als hij uit is en uit als hij aan is. Met opdracht 3 doet de microcontroller hetzelfde, maar schakelt hij de led na een korte pauze terug naar de originele toestand.

We verwachten ook dat de microcontroller na het uitvoeren van elke opdracht de toestand van de led daarna communiceert naar de computer:

0 - Led is uit

1 - Led is aan

Tot slot is het nog belangrijk om te weten dat we hier spreken over tekens (letters of in dit geval cijfers), maar dat seriële communicatie met bytes werkt. Zowel aan de kant van de computer als aan de kant van de microcontroller moeten de juiste tekens dus nog worden omgezet naar de overeenkomende bytes.

05 Wachten op opdrachten

Nu we weten aan welke afspraken de microcontroller zich moet houden, kunnen we de CircuitPython-code hiervoor programmeren. Maak in Mu eerst een nieuw bestand aan en plaats daarin de volgende code om dataoverdracht via USB CDC mogelijk te maken:

Sla dit bestand op onder de naam boot.py. Dit bestand wordt door CircuitPython vlak na het opstarten van de microcontroller uitgevoerd.

Vervang dan de huidige code in code.py door de volgende:

We controleren dus in een oneindige lus (while True) of er invoer op de seriële interface is van de computer. Zo ja, dan lezen we met serial.read(1) één byte in. We vergelijken dit dan met de waardes uit ons protocol. Omdat het om bytes gaat, moeten we de tekens naar bytes omzetten. Daarom vergelijken we bijvoorbeeld met b"0". We stellen dan telkens de juiste waarde van de led in. Met led.value = not led.value schakelen we de led om. En uiteindelijk schrijven we met serial.write de waarde van de led naar de seriële interface, waar de computer die kan uitlezen. Sla dit bestand op onder de naam code.py. De Pico wacht nu op opdrachten.

06 Opdrachten geven

Als je goed hebt opgelet, heb je gezien dat bij het aansluiten van je Pico er een COM-poort in Windows is verschenen en bij het programma uit paragraaf 5 zelfs twee. Dat kun je ook zien in het Apparaatbeheer van Windows. De COM-poort met het hoogste volgnummer is de seriële interface die we nodig hebben om opdrachten aan de Pico te geven.

Hoe geven we nu die opdrachten? Een eenvoudige manier is door in de browser Chrome of Edge de website www.serialterminal.com te bezoeken. Die maakt gebruik van de standaard Web Serial. Klik linksboven op Connect. Je browser toont dan een lijst met seriële interfaces. Selecteer de juiste uit de lijst (er staat de naam Pico bij) en klik dan op Verbinding maken.

Vink de opties send with /r, send with /n en echo uit. Voer dan in het tekstveld de opdrachten uit paragraaf 4 in. Typ bijvoorbeeld 1 in en klik rechts op Send. De led op je Pico gaat nu aan, omdat de code uit paragraaf 5 het teken 1 ziet en daarop reageert. Typ dan bijvoorbeeld 2 in. De led schakelt nu om en gaat dus uit. Je ziet in het grote tekstveld onderaan ook de uitvoer van de microcontroller: 1 als de led aan is en 0 als die uit is.

07 Webinterface

Nu we weten dat de seriële communicatie werkt, kunnen we een handigere interface maken om de led aan te sturen. Dat kan bijvoorbeeld met dezelfde Web Serial-technologie van de website www.serialterminal.com. We maken daarvoor eerst een eenvoudige html-pagina aan:

We maken dus een aantal knoppen: Connect om te verbinden; OFF, ON en TOGGLE om de led uit, aan en om te schakelen; en tot slot FLASH om de led te laten knipperen. Tot slot tonen we ook een icoontje van een gloeilamp (in de vorm van een emoji) voor de status van de lamp.

08 JavaScript-code

In de webpagina hebben we het bestand usb-led.js als script ingeladen. Hierin komt dan de code om via de Web Serial-API opdrachten naar de aangesloten microcontroller te sturen:

De functie readState leest een byte uit de seriële interface en toont de gloeilamp als dit het teken 1 voorstelt en verbergt de gloeilamp als dit het teken 0 voorstelt. De functie writeCommand schrijft een opdracht naar de seriële interface en leest dan de toestand van de led.

De code erna wordt uitgevoerd nadat de DOM (Document Object Model) volledig is geladen. Dan koppelt die ‘event listeners’ aan alle knoppen. Klik je op Connect, dan wordt de poort gekozen via de Web Serial-API. Een klik op de andere knoppen roept de functie writeCommand aan met de overeenkomende opdracht.

Als je nu de html-pagina in Chrome opent en je Pico is aangesloten, klik dan op Connect. Verbind met de juiste poort en probeer de verschillende knoppen uit om de led van de Pico aan te sturen.

09 Temperatuursensor

Op dezelfde manier kunnen we een temperatuursensor op de Raspberry Pi Pico aansluiten en die via usb zijn sensorwaardes aan de computer laten doorgeven. Voor de temperatuursensor kiezen we de populaire BME280 van Bosch in de uitvoering van Adafruit. Er bestaan ook goedkopere versies van Chinese fabrikanten. Controleer dan dat het om een I²C-versie gaat die op 3,3 V werkt.

Verwijder de usb-kabel van de Pico en prik het bordje op een breadboard. Sluit SDA (bij Adafruit SDI) aan op pin 1 (GP0) van de Pico; SCL (bij Adafruit SCK) op pin 2 (GP1); VCC (bij Adafruit Vin) op 3,3 V; en GND op GND. Twijfel je over de juiste pinnen bij de Raspberry Pi Pico? Bekijk ze dan op https://pico.pinout.xyz. Sluit daarna de Pico weer aan via usb.

Download nu de bundel met Adafruit-bibliotheken voor CircuitPython 8.x. Pak het zip-bestand uit, ga daarin naar de directory lib en kopieer de mappen adafruit_bme280 en adafruit_bus_device naar de directory lib van je CIRCUITPY-station. Hiermee installeer je de CircuitPython-driver voor de BME280.

10 Metingen doorsturen

Verander dan in Mu Editor de code in code.py in de onderstaande code, die continu de temperatuur en luchtvochtigheid van de sensor uitleest en die via de seriële interface doorstuurt:

Eerst zetten we de I²C-bus op, waarbij we GPIO-pin 1 (GP1) als SCL definiëren en GPIO-pin 0 (GP0) als SDA. Daarna initialiseren we de driver voor de Adafruit BME280 en vragen we de dataverbinding voor de seriële interface op. Tot slot starten we in een oneindige lus het uitlezen van de temperatuur, ronden we die af op één cijfer na de komma en schrijven die naar de seriële interface, met telkens een seconde pauze tussen twee opeenvolgende metingen. Als je dit opslaat in code.py en dan op www.serialterminal.com in Chrome met je Pico verbindt, zie je de temperatuurmetingen over je scherm rollen. Dankzij de aanduiding "\n" (een newline) komt elke meting op een nieuwe regel.

11 Webinterface

Hoe tonen we die sensorwaardes nu in een webinterface? Een eenvoudige html-pagina zou er zo uitzien:

Deze bevat alleen een knop om de seriële verbinding op te zetten en een span-element dat de temperatuur toont. Het bijbehorende JavaScript-bestand usb-bme280.js is ook eenvoudig:

We wachten hier dus tot de DOM is geladen en voegen dan een ‘event listener’ toe aan de verbindingsknop. Zodra je daarop klikt en de seriële verbinding is opgezet, blijft de code continu een tekststroom inlezen. Elke keer dat er een regel tekst binnenkomt, wordt die toegekend aan het span-element met de ID temperature. En zo wordt de temperatuur continu bijgewerkt op de webpagina.

Uiteraard kun je dit nog verder uitwerken. Je kunt bijvoorbeeld ook de luchtvochtigheid van de sensor uitlezen en in een ander blokje tekst tonen op de webpagina. En met een stylesheet is de lay-out natuurlijk veel mooier te maken. Dit laten we allemaal als oefeningen over aan jou.

In de rubriek Waar voor je geld gaan we op zoek naar producten waar je niet de hoofdprijs voor betaalt of die zijn voorzien van bijzondere functies. Een paar keer per week maken we een overzicht van zulke producten. Dit keer: combimagnetrons voor minder dan 200 euro.

Een combimagnetron is een veelzijdig keukenapparaat dat meerdere bereidingswijzen in één toestel combineert, vandaar 'combi'. Waar een gewone magnetron vooral geschikt is voor het opwarmen en ontdooien van eten, kan een combimagnetron veel meer. Je kunt er niet alleen mee magnetronnen, maar ook bakken, grillen en vaak zelfs volledig ovenfuncties gebruiken, zoals hetelucht. Daardoor vervangt een combimagnetron in veel keukens zowel een losse magnetron als een traditionele oven. Wij vonden op kieskeurig.nl vijf combimagnetrons voor minder dan 200 euro.

Samsung MC28H5015CS

Met deze Samsung haal je een stijlvolle keukenhulp in huis die veel meer kan dan alleen opwarmen. Je hebt de beschikking over een ruime inhoud van 28 liter, waardoor ook grotere ovenschalen erin passen. Het draaiplateau kun je stilzetten, wat handig is als je vierkante borden gebruikt die anders tegen de randen zouden stoten. De binnenkant is voorzien van een keramische emaille laag, waardoor vet en vuil nauwelijks hechten en je hem met een doekje zo weer schoon hebt. Dankzij de diverse automatische programma's hoef je niet zelf te gokken hoe lang je groenten of vlees moet garen.

Specificaties:
Inhoud: 28 Liter
Vermogen: 100 - 900 Watt (6 standen)
Maximum temperatuur: 200 °C
Aantal kookprogramma's: 15

Sharp R-843INW

Deze Sharp is een compacte krachtpatser die perfect is voor kleinere keukens. Je bedient hem eenvoudig via het duidelijke digitale display en de draaiknop. Naast de standaard magnetronfunctie beschikt hij over een krachtige grill en een heteluchtoven die tot 230 graden gaat, wat hoog is voor deze prijsklasse. De zogeheten dubbele grill-functie zorgt ervoor dat je gerechten zowel van boven als onderen knapperig worden. Een leuke extra is de speciale pizza-stand, waarmee je diepvriespizza's net dat beetje extra krokantheid geeft.

Specificaties:
Inhoud: 25 Liter
Vermogen: 90 - 900 Watt (5 standen)
Maximum temperatuur: 230 °C
Aantal kookprogramma's: 10

Tomado TMC2302B

Met de TMC2302B haal je een veelzijdig apparaat in huis dat ondanks zijn compacte formaat van 23 liter toch over uitgebreide functies beschikt. Je bedient de combimagnetron eenvoudig via de draaiknop en de druktoetsen onder het digitale display. Naast de standaard magnetronfunctie kun je gebruikmaken van de heteluchtoven en de grill, of een combinatie hiervan om gerechten sneller te bereiden met een krokant resultaat. Er zijn 10 automatische kookprogramma's ingebouwd, zodat je voor veelvoorkomende gerechten zoals pizza of aardappelen niet zelf de tijd en temperatuur hoeft te bedenken. Het draaiplateau zorgt voor een gelijkmatige verwarming van je eten en de binnenverlichting springt automatisch aan zodra je de deur opent. Mocht je kleine kinderen in huis hebben, dan kun je het bedieningspaneel vergrendelen met het kinderslot.

Specificaties:
Inhoud: 23 Liter
Vermogen: 90 - 900 Watt (5 standen)
Maximum temperatuur: 200 °C
Aantal kookprogramma's: 10

Etna CMV328ZT

Deze Etna valt op door zijn strakke zwarte design dat in bijna elke moderne keuken past. Je bedient hem met druktoetsen en een draaiknop, wat de bediening intuïtief maakt. Hij heeft een inhoud van 28 liter en combineert magnetron, grill en hetelucht. Een handige feature is de ontdooifunctie op gewicht: je voert in hoeveel gram vlees je hebt en deze magnetron berekent zelf de tijd. De ovenfunctie gaat tot 230 graden, waardoor je er ook prima een cake of lasagne in kunt bereiden.

Specificaties:
Inhoud: 28 Liter
Vermogen: 90 - 900 Watt (5 standen)
Maximum temperatuur: 230 °C
Aantal kookprogramma's: 10

Inventum MN297CB

Inventum staat bekend om degelijke apparatuur en dat zie je terug in dit model. Je hebt de keuze uit diverse kookprogramma's die het leven makkelijker maken. De combinatie van magnetron en hetelucht zorgt ervoor dat je gerechten snel gaar zijn maar toch die lekkere oven-structuur behouden. Het apparaat wordt geleverd met een draaiplateau en een grillrooster, zodat je direct aan de slag kunt met grillen. De timer is digitaal in te stellen tot 95 minuten, wat lang genoeg is voor de meeste ovengerechten.

Specificaties:Inhoud: 29 Liter
Vermogen: 100 - 1000 Watt (5 standen)
Maximum temperatuur: 240 °C
Aantal kookprogramma's: 10

Een terminaal zieke fan van de Grand Theft Auto-reeks heeft mogelijk de kans gekregen om Grand Theft Auto 6 al ruim voor release te spelen.

Ubisoft Toronto-ontwikkelaar Anthony Armstrong plaatste in december een inmiddels verwijderd bericht op LinkedIn. Daarin viel te lezen dat een familielid van hem al jaren tegen kanker streed, en dat de persoon in kwestie nog maar een halfjaar tot jaar te leven had.

'Geweldig nieuws'

In het bericht verduidelijkte Armstrong dat het familielid in kwestie een enorme fan van de Grand Theft Auto-reeks is, en dat het er naar uitzag dat de persoon niet het nieuwste deel in de reeks zou kunnen spelen, dat pas op 19 november uitkomt. Armstrong sprak dan ook de wens uit dat GTA-ontwikkelaar Rockstar Games het op een of andere manier mogelijk zou kunnen maken om de zieke fan alvast GTA 6 te laten spelen.

Enkele weken later gaf Armstrong een update: de ceo van Take-Two Interactive - de uitgever van de GTA-spellen - had contact opgenomen en alleen ontwikkelaar Rockstar moest nog laten weten wat er mogelijk was. In een laatste update voordat het hele bericht werd verwijderd, liet Armstrong weten dat contact met Rockstar inmiddels was gelegd en dat er "geweldig nieuws" uit kwam.

Het lijkt er dus op dat Rockstar Games de terminaal zieke fan tegemoet kwam en hem alvast Grand Theft Auto 6 liet spelen. Het is niet voor het eerst dat de ontwikkelaar iets dergelijks mogelijk maakt: in 2018 mocht een terminaal zieke fan al aan de slag met Rockstars Red Dead Redemption 2, dat een paar weken later pas uit zou komen.

Over Grand Theft Auto 6

De rest van de wereld moet in ieder geval nog tot 19 november wachten tot men met Grand Theft Auto 6 aan de slag kan op PlayStation 5 en Xbox Series X en S. De game draait om twee hoofdpersonages: Lucia Caminos en Jason Duval. Het duo heeft een relatie, en duidelijk is in ieder geval dat Lucia vrijkomt uit de gevangenis en het tweetal vervolgens nog verder het criminele pad op gaat.

De game speelt zich af in Vice City, een fictieve versie van Miami, en omstreken. Dat betekent dat spelers glooiende stranden en met neon verlichte straten kunnen verwachten. Het was ook al de setting van de PlayStation 2-game Grand Theft Auto: Vice City, dat na GTA 3 uitkomt. Naar verwachting zal Grand Theft Auto 6 een ongekende hoeveelheid details vertonen. Lees hier alles over de game.