Operácie

Projekt: Snímač teploty DS18B20: Rozdiel medzi revíziami

Zo stránky SensorWiki

StudentDVPS (diskusia | príspevky)
Balogh (diskusia | príspevky)
Bez shrnutí editace
 
(8 medziľahlých úprav od jedného ďalšieho používateľa nie je zobrazených)
Riadok 3: Riadok 3:


# Zobrazte teplotu z dvoch snímačov teploty pripojených na zbernicu 1-Wire.
# Zobrazte teplotu z dvoch snímačov teploty pripojených na zbernicu 1-Wire.
'''Literatúra:'''
*




Riadok 179: Riadok 182:
=== '''Funkcia zariadenia''' ===
=== '''Funkcia zariadenia''' ===
'''  
'''  
Zariadenie ma za úlohu odmerať teplotu na viacerých snímačoch (v tomto prípade  
Zariadenie ma za úlohu odmerať teplotu na viacerých snímačoch (v tomto prípade dvoch). Následne tieto hodnoty zobraziť na displeji. <br />
 
Snímače sú pripojené k zberici 1-wire. Identifikácia jednotlivých snímačov je základe ich jedinečného sériového čísla. <br />
dvoch). Následne tieto hodnoty zobraziť na displeji. <br />
Snímače sú pripojené k zberici 1-wire. Identifikácia jednotlivých snímačov je  
 
základe ich jedinečného sériového čísla. <br />
Snímače využívajú v zapojení tri vodiče. Dátový vodič, vodič pre napájanie  
Snímače využívajú v zapojení tri vodiče. Dátový vodič, vodič pre napájanie  


Riadok 233: Riadok 232:


(z pohľadu mástra) <br />
(z pohľadu mástra) <br />
- hlavičkové subory k 1wire zbernici a LCD displeju [[Médiá:1wire.h|'''(1wire.h''']] [[Médiá:lcd_2x8.h | '''a lcd.h)''' ]]<br />
- hlavičkové subory k 1wire zbernici a LCD displeju [[Médiá:1wire.h|'''(1wire.h''']] [[Médiá:Lcd2.h | '''a lcd.h)''' ]]<br />




Riadok 438: Riadok 437:
itoa(teplota1%10,desatine,10);                  // Prevedie Desatine cisla na znaky
itoa(teplota1%10,desatine,10);                  // Prevedie Desatine cisla na znaky
     
     
lcd_clrscr();
lcd_clrscr();
     lcd_gotoxy(0,0);
     lcd_gotoxy(0,0);
lcd_puts(cele);                                // vypis na disp v tvare XX.X°C
lcd_puts(cele);                                // vypis na disp v tvare XX.X°C
lcd_puts(".");
lcd_puts(".");
lcd_puts(desatine);
lcd_puts(desatine);
lcd_putc(0b10110010);
lcd_putc(0b10110010);                           // vypis na disp: °
lcd_puts("C");
lcd_puts("C");
//----Vypis zo Senzora 2----
//----Vypis zo Senzora 2----
itoa(teplota2/10,cele,10);       // Prevedie Cele cisla na znaky
itoa(teplota2/10,cele,10);         // Prevedie Cele cisla na znaky
itoa(teplota2%10,desatine,10);               // Prevedie Desatine cisla na znaky
itoa(teplota2%10,desatine,10);                 // Prevedie Desatine cisla na znaky
 
 
lcd_gotoxy(0,1);                       // vypis na disp v tvare XX.X°C
lcd_gotoxy(0,1);                               // vypis na disp v tvare XX.X°C
lcd_puts(cele);  
lcd_puts(cele);                              
lcd_puts(".");
lcd_puts(".");                                
lcd_puts(desatine);
lcd_puts(desatine);
lcd_putc(0b10110010);
lcd_putc(0b10110010);                           // vypis na disp: °
lcd_puts("C");
lcd_puts("C");  
_delay_ms(500);
_delay_ms(500);
Riadok 468: Riadok 467:
'''Súbory na stiahnutie''' <br />
'''Súbory na stiahnutie''' <br />


[[ |main.c]] <br />
[[Médiá: Main.c | main.c]] <br />
[[ |lcd.c]] <br />
[[Médiá: Lcd2.c |lcd.c]] <br />
[[ |1wire.c]] <br />
[[Médiá: 1wire.c | 1wire.c]] <br />
[[ |lcd.h]] <br />
[[Médiá: Lcd2.h | lcd.h]] <br />
[[ |1wire.h]] <br />
[[Médiá: 1wire.h | 1wire.h]] <br />


=== '''Realizácia''' ===
=== '''Realizácia''' ===

Aktuálna revízia z 14:05, 18. november 2013

Zadanie


  1. Zobrazte teplotu z dvoch snímačov teploty pripojených na zbernicu 1-Wire.

Literatúra:


  • Vypracovali
Bc. Ján Baláž
Bc. Jozef Kupčiha
  • Študijný odbor: Aplikovaná mechatronika
  • Ročník: 2. Ing.


Vypracovanie



1-Wire Zbernica


Ako už z názvu vyplýva ide o jednovodičové sériove rozhranie s možnosťou polo duplexnej obojsmernej komunikácie. Zbernica sa skladá v podstate z dvoch vodičov a to dátového a zemiaceho. Dátový vodič slúži zároveň na napájanie zariadeni pripojených na tuto zbernicu.

Oblasti použitia napr:

  • identifikačné systémy
  • senzory (teploty, vlhkosti a podobne )
  • digitálne potenciometre a iné


Vlastnosti:

  • dĺžka vodiča až 100m
  • na jednu linku je možné pripojiť do 150 zariadení s unikátnym sériovým číslom zabezpečenie pomocou 8-bitového CRC kódu
  • obojsmerná poloduplexná prevádzka
  • identifikácia zariadenia na základe 8-bajtového sériového čísla a 1- bajtovej informácie o type zariadenia
  • realizácia prepojenia je pomocou krútenej dvoj linky – twisted pair


Zapojenie: Zariadenia sú trvalo pripojené na napájacie napätie „PullUp“ rezistor obr.1


Komunikacia

Komunikácia je inicializovaná mikropočítačom zmenou úrovne napätia na zbernici na 0 V. Komunikácia je založená na takzvaných „časových slotoch“, čiže od závislosti doby trvania poklesu úrovne napätia je slave zariadením identifikovaný typ operácie (zápis log.1 alebo log.0, čítanie log.1 alebo log.0, reset a identifikácia zariadenia).

Inicializácia

- Na začiatku uPC (master) ztiahne zbernicu k zemi (cez pull up rezistor) na minimálne 480us, potom ju uvoľní.
- Na uvoľnenie zbernice a vrátenie do kľudového stavu je potrebných 60us. Po tejto dobe je možné prečítať stav zbernice.
- Ak je na zbernici pripojené nejaké zariadenie, odpovedá ztiahnutím zbernice na dobu 60 až 240 us. Ak sa na zbernici nenacháda žiadne zariadenie, zbernica ostáva po celú dobu v kľudovom stave.
- Celková dĺžka trvania inicializačného procesu je minimálne 2x480us, teda až po dobe 960us môže prísť ďalší signál od mástra.

Vysielanie

Log 1
- stiahnutie zbernice po dobu mnimálne 1us.
- uvoľnenie zbernice.
- dĺžka slotu pre zápis je v rozsahu 60 až 120us.
Log 0
- stiahnutie zbernice po dobu mnimálne 60us.
- uvoľnenie zbernice.
- dĺžka slotu pre zápis je v rozsahu 60 až 120us.

Čítanie

- čítanie je inicializované mástrom. Ten najprv stiahne zbernicu po dobu minimálne 1us, následne ju uvoľní.
- následuje čítanie zbernice mástrom. To je inicializované po minimálne 15us od začiatku slotu (ten je určený počiatkom stiahnutia zbernice mastrom).
- ak slave chce vyslať log 1, ponechá zbernicu uvoľnenú až do konca slotu (master prečíta log 1 - uvoľnená zbernica).
- ak slave chce vyslať log 0, ztiahne zbernicu (master prečíta log 0 - ztiahnutá zbernica).
- celková dĺžka slotu čítania je 60 až 120us.

V našom prípade sme pracovali so snímačmi teploty s označením DS18B20. Preto sú na obrázkoch vyššie použité pre lepšie pochopenie komunikácie na zbernici informácie z datasheetu snímača DS18B20

Priebeh komunikacie na zbernici 1Wire

Každé zariadenie obsahuje výrobcom nastavenú 64-bitovú informáciu v internej ROM pamäti. Prvých horných 8 bitov slúži na zabezpečenie CRC kódom, potom nasleduje 48-bitové sériové číslo zariadenia a dolných 8 bitov tvorí kód identifikujúci typ zariadenia. Táto 64-bitová informácia je unikátna pre každé vyrobené zariadenie s možnosťou tak jednoznačnej identifikácie aj viacerých zariadení rovnakého typu pripojených na jednu linku.

Komunikácia má tri stupne:

  • Inicializácia
Vykonáva sa pri resete PRESENCE pulsom od slave zariadenia
  • ROM príkaz
V prípade, že je na jednej zbernici viac zariadení tak použíjme tieto príkazy 
pre prácu s jednotlivými zariadeniam.
 
Príkazy:

a) Search ROM [F0h] - Vyhladavanie adries zariadení pripojených na zbernicu

b) Read ROM [33h] – tento príkaz môže byť použitý iba pri jednom zariadení na zbernici – umožňuje prečítať 64 bitový ROM kód

c) Match ROM [55h] – tento príkaz spolu so 64 bit ROM kódom umožňuje vybrať to zariadenie s ktorým chceme pracovať.
   Odpovedá iba SLAVE, ktorého  ROM kód sa zhoduje s odoslaným ROM kódom

d) Skip ROM [CCh] – bez adresácie – komunikuje sa s zariadením bez adresácie – iba jedno zariadenie na zbernici

e) Alarm search [ECh] – podobný príkazu Search ROM s tým že odpovedá iba SLAVE s nastaveným alarm bitom 

  • Funkčný príkaz
Tieto príkazy umožňujú čítať, zapisovať do pamäte, merať teplotu a zisťovať (stav) napájanie. 

Napr:

a) CONVERT [44h] – zmeria sa teplota a zapíše do pamäte.
 
b) READ SCRATCHPAD [BEh] - Čítanie pamäte (data o teplote). Čítajú sa postupne bajty od LSB. 

c) A iné

Senzor teploty DS18B20

Popis

  • napájanie je 3,0V – 5,5V
  • rozsah meranej teploty od –55°C do +125°C (-67°F do +257°F)
  • presnosť 0,5°C v rozmedzí –10°C do +85°C
  • rozlíšenie senzora je voliteľné v rozsahu 9 až 12 bit
  • meranie teploty s rozlíšením 12 bit trvá 750ms

Všetky informácie su uvedené v DataSheete obvodu Ktorý si môžte stiahnuť tu

Vyhotovenie senzora

Senzor sa vyrába v troch púzdrach: TO-92, SO-8 a uSOP-8.

Puzdra senzora DS18B20

Pamäť senzora

Pamäť senzora – nazvaná SCRATCHPAD obsahuje 8 bajtov.

Bajt 0 a 1 obsahujú 16 bitové číslo s údajom o teplote. 
Ďalšie Bajty sú vysvetlené v obrázku nižšie

Bajt číslo 4

Nastavenia konfiguračných bitov v Bajte čislo 4


Obsah Bajtu 0 a 1

Vysvetlenie obsahu bajtu 0 a 1

Príklady získania teploty

Zapojenie a Program

Funkcia zariadenia

Zariadenie ma za úlohu odmerať teplotu na viacerých snímačoch (v tomto prípade dvoch). Následne tieto hodnoty zobraziť na displeji.
Snímače sú pripojené k zberici 1-wire. Identifikácia jednotlivých snímačov je základe ich jedinečného sériového čísla.
Snímače využívajú v zapojení tri vodiče. Dátový vodič, vodič pre napájanie

snímača a spoločný neutrálny vodič.

Schéma zapojenia snímača

Schéma celého zapojenia v simulaćnom programe ISIS Proteus

Program

Program je písaný v jazyku C, v AVR Studio 4, určenom pre prácu so zariadeniami firmy Atmel.
Použitý je 8-bitový mikrokontrolér s označením ATmega16.
Pre komunikáciu so snímačmi teploty je použitý pin 0 portu A.
Pre komunikáciu s LCD displejom sú využívané piny 0 až 5 portu C.

Využívané piny

Port A

pin 0: 1-wire komunikacia

Port C

pin 0: treti datovy bit
pin 1: druhy datovy bit
pin 2: prvy datovy bit
pin 3: nulty datovy bit
pin 4: enable pin
pin 5: RS pin

(poznámka: čísla pinov nekorešpondujú s číslami vývodov mikrokontroléra, tie sú uvedené v datasheete)


Štruktúra programu
Program je pre lepšiu prehľadnosť napísaný vo viacerých súboroch. Skladá sa z týchto časti:
- main.c ktorý obsahuje hlavný program
- lcd.c ktorý obsahuje funkcie pre obsluhu a komunkáciu s LCD displejom
- 1wire.c ktorý obsahuje funkcie potrebné pre správnu komunikáciu na zbernici

(z pohľadu mástra)
- hlavičkové subory k 1wire zbernici a LCD displeju (1wire.h a lcd.h)


V následujúcej časti nižšie sú popísané vybrané (najdôležitejšie) časti programu.

1wire.c


Inicializácia na zbernici

Principiálne znázornenie možného riešenia na vývojovom diagrame


(pzn. nekorešponduje úplne s kódom nižšie)

Funkcia pre 1-wire reset:

/*-----------------------------------------------------------------------------
 * Generovanie 1-wire reseru. Vráti 0 ak bol zaznamenaý presence impulz, ináč vráti 1
 */
uint8_t
OWTouchReset(void) {
    _delay_us(1);
    THERM_LOW();				// ztiahnutie zbernice
    THERM_OUTPUT_MODE();		        // nastavenie 1wire pinu ako výstup
    _delay_us(480);				// oneskorenie pre resetovaci impulz
    THERM_INPUT_MODE();			        // nastavenie 1wire pinu ako vstup - uvoľnenie zbernice
    _delay_us(70);

    return(THERM_PIN & _BV(THERM_DQ) ? 1 : 0);  //podmienene vyhodnotenie
}


Čítanie bajtu a bitu

Principiálne znázornenie možného riešenia na vývojovom diagrame


(pzn. nekorešponduje úplne s kódom nižšie)

Funkcia pre čítanie bajtu:

/*-----------------------------------------------------------------------------
 * Čítanie bajtu z 1-wire zbernice
 */
uint8_t
OWReadByte(void) {
    int i, result = 0;			        // result - prijatý bajt
    
    for (i = 0; i < 8; i++) { 	                //cyklus pre načítavanie po bitoch
	result >>= 1;				// rotácia doprava lebo načítava sa od LSB (poslený bit sa zapise na HSB)
	/*testovanie vráteného bitu z funkcie pre čítanie bitu na zbernici*/
	if (OWReadBit())			// volanie funkcie na čítanie bitu zo zbernice (či vráti log 1)
	    result |= 0x80;			// použitie masky (1000 0000) - zapis log 1
    }
    return(result);				// vráti prečítaný bajt 
}

Funkcia pre čítanie bitu:

/*-----------------------------------------------------------------------------
 * Čítanie jedného bitu na 1-wire zbernici a jeho vrátenie
 */
uint8_t
OWReadBit(void) {
    OWdelay();					
	// začiatok slotu čítania bitu
    THERM_LOW();				// ztiahnutie zbernice
    THERM_OUTPUT_MODE();		        // nastavenie 1wire pinu ako výstup
    _delay_us(6);			        // oneskorenie pre uvoľnenie zbernice 
    THERM_INPUT_MODE();			        // uvoľnenie zbernice - nastavenie 1wire pinu ako vstup
    _delay_us(9);				// oneskorenie pre čítanie zo zbernice
    return(THERM_PIN & _BV(THERM_DQ) ? 1 : 0);	// vráti stav na zbernici (log 0 alebo 1)
	/*ak zbernica ostala stiahnutá (drží slave) stav log 0, ináč log 1*/
}

Vysielanie bajtu a bitu

Principiálne znázornenie možného riešenia na vývojovom diagrame


(pzn. nekorešponduje úplne s kódom nižšie)

Funkcia pre zápis bajtu:

/*-----------------------------------------------------------------------------
 * Zápis bajtu na 1-wire zbernicu
 */

void
OWWriteByte(uint8_t data) {		// data - obsahuje vysielaný bajt
    uint8_t i;
    
    /* vyslanie bitu s najnižšou váhou (LSB)*/
    for (i = 0; i < 8; i++) {	        // cyklus pre rotáciu posielaného bitu na najnižsiu úroveň
	OWWriteBit(data & 0x01);	// maska pre určenie či sa posiela log 0 alebo 1
	data >>= 1;			// rotácia (vysielaného bajtu) o jeden bit doprava
    }
}

Funkcia pre zápis bitu:

/*-----------------------------------------------------------------------------
 * Zápis jedneho bitu na 1-wire zbernicu
 */

void
OWWriteBit(uint8_t bit) {
    OWdelay();
    if (bit) {				// testovanie, aký bit sa posiela (0 alebo 1)
	// ak sa posiela log 1
	THERM_LOW();			// ztiahnutie zbernice
	THERM_OUTPUT_MODE();	        // nastavenie 1wire pinu ako výstup
	_delay_us(6);			// oneskorenie pre log 1
	THERM_INPUT_MODE();		// uvoľnenie zbernice - nastavenie 1wire pinu ako vstup 
	_delay_us(64);
    } else {
	// ak sa posiela log 0
	THERM_LOW();			// ztiahnutie zbernice
	THERM_OUTPUT_MODE();	        // nastavenie 1wire pinu ako výstup
	_delay_us(60);			// oneskorenie pre log 0
	THERM_INPUT_MODE();		// uvoľnenie zbernice - nastavenie 1wire pinu ako vstup
	_delay_us(10);
    }
}

main.c

Hlavný program. Načítava adresy snímačov na zbernici, Meria telotu a vypisuje na displej.
Funkcie potrebné k obsluhe displeja sú v súbre lcd.c. Je možné ho stiahnuť nižšie spolu s ostatnými súbormi v jednom archíve.

#define F_CPU 8000000L
#include <util/delay.h>
#include <avr/io.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "lcd.h"
#include "1wire.h"
 
 uint8_t ROM1[2][8],pocet_cidel=0;
 int8_t	cidla;
 int16_t teplota1,teplota2;
 char text[16];
 char cele[16];
 char desatine[16];
 int p=0;

int main(void)
 {
	lcd_init(LCD_DISP_ON);  				// inicializácia dipleja
	_delay_ms(100);
	
	/* hľadanie snímačov na zbernici*/
	cidla = OWFirst(ROM1[0],1,0);				// hľadanie prvneho snimaca
	if(cidla)						// ak bol najdeny
		pocet_cidel++;					// počet snímačov + 1

	cidla = OWNext(ROM1[pocet_cidel],1,0);		        // hľanie ďalších snímačov
		if(cidla)					// ak bol najdeny
			pocet_cidel++;				// počet snímačov + 1

	do											
		{	
		cidla = OWNext(ROM1[pocet_cidel],1,0);	        // hľanie ďalších snímačov
		if(cidla)					// ak bol najdeny
			pocet_cidel++; 				// počet snímačov + 1
		}while(cidla);					// dokiaľ boli nájdené dalšie snímače

 	_delay_ms(10);
 

  while(1)
	{  	
	/* Vypis na disp Senzor 1 a senzor 2 */										
	lcd_clrscr();						// zmazanie displeja
    lcd_gotoxy(0,0);						// pozícia kurzora
	lcd_puts("Senzor:1");
	lcd_gotoxy(0,1);					// pozícia kurzora
	lcd_puts("Senzor:2");
	_delay_ms(2000);
	    

	 for (p = 0; p < 10; p++)				// Cyklus pre načítanie a zobrazenie (10krat) 
	 {
	      
  		teplota1=DS18B20_read_temp(ROM1[0]);	        // načítanie teploty1 zo senzora 0
		_delay_ms(100);
		teplota2=DS18B20_read_temp(ROM1[1]);	        // načítanie teploty2 zo senzora 1
		_delay_ms(100);	
		
		//----Vypis zo Senzora 1----
		itoa(teplota1/10,cele,10);	                // Prevedie Cele cisla na znaky
		itoa(teplota1%10,desatine,10);                  // Prevedie Desatine cisla na znaky
	    
		lcd_clrscr();
    		lcd_gotoxy(0,0);
		lcd_puts(cele);                                 // vypis na disp v tvare XX.X°C
		lcd_puts(".");
		lcd_puts(desatine);
		lcd_putc(0b10110010);                           // vypis na disp: °
		lcd_puts("C");
		
		
		//----Vypis zo Senzora 2----
		itoa(teplota2/10,cele,10);		        // Prevedie Cele cisla na znaky
		itoa(teplota2%10,desatine,10);	                // Prevedie Desatine cisla na znaky
		 
		lcd_gotoxy(0,1);                                // vypis na disp v tvare XX.X°C
		lcd_puts(cele);                                
		lcd_puts(".");                                  
		lcd_puts(desatine);
		lcd_putc(0b10110010);                           // vypis na disp: °
		lcd_puts("C"); 
		_delay_ms(500);
					
	
	  }
   }
 }


Súbory na stiahnutie

main.c
‎ lcd.c
1wire.c
lcd.h
1wire.h

Realizácia

Najprv sme overovali spravnosť zapojenia a funkčnosť programu cez simulačný software ISIS Proteus 7. V tomto simulačnom prostredí sme využili možnosti pozorovania zbernice pomocou osciloskopu čo nám veľmi uľahčilo hľadanie chyby pri pri nesprávnej (nefunkčnej) komunikácii. Výsledkom simulácie je zobrazenie teplôt z dvoch senzorov DS18B20, ako je vidieť na obrázku nižšie.


Po úspešnom doladení programu za pomoci simulácie sme zrealizovali aj skutočné zapojenie, kde používame:

  • Procesor ATmega16
  • Dva teplotné snímače DS18B20
  • Displej 16x1 znakov