Zbernica i2c: SHT11

• Vypracoval: Bc. Tomáš Statečný

• Študijný odbor: Aplikovaná mechatronika

• Ročník: 2.Ing

Zadanie

Prečítajte zo snímača vlhkosti pripojeného na zbernicu i2c aktuálnu teplotu a vlhkosť a zobrazte na LCD.

Literatúra:

• Product page (parallax.com)
• Module datasheet
• Sensor datasheet
• Mitchell Kahn: Programming the i2c interface. Dr. Dobb's Journal, June 1992.
• Example using the two-wire interface (TWI). AVRlibc demo projects.

Modul snímača teploty a vlhkosti

Modul Sensirion SHT11(#28018) je osadený snímačom teploty a vlhkosti Parallax SHT11, pričom prostredníctvom využívania I2C zbernice čip reaguje v krátkom čase s vysokou presnosťou. Modul zahrňuje data-line pull-up čo ho umožňuje pripojiť priamo k programovaciemu prostrediu.

Obr. 1. Modul Sensirion SHT11(#28018)

Základné špecifikácie

• Rozsah merania teploty: -40 °F (-40 °C) to +254.9 °F (+123.8 °C)
• Presnosť merania teploty: +/- 0.5 °C @ 25 °C
• Rozsah merania vlhkosti: 0 to 100% RH
• Presnosť absolútnej vlhkosti: +/- 3.5% RH
• Nízka spotreba (zvyčajne 30 μW)
• Pri vysokej vlhkosti je možné zapnúť ohrievač

Zapojenie modulu

Obr. 2. Zapojenie modulu Sensirion SHT11(#28018)

Poznámka: Piny 2,5,6 a 7 sa nepoužívajú.

Vypracovanie

Na modul je pripojený snímač teploty a vlhkosti Sensirion SHT11. Na komunikáciu a programovanie zariadenia využívam piny SDA a SCL zbernice I2C. Spočiatku zariadenie bolo programované využívajúc protokol I2C, ale vzhľadom na to, že zariadenie porušuje predpisy I2C, musel som ho naprogramovať iným spôsobom. Hlavným problém bol v obdržaní ACK bitu, ktorý vzhľadom k SCL bol obdržaný v nepravidelných intervaloch. Program fungoval po skompilovaní a nahratí do zariadenia, zobrazilo na display aktuálnu teplotu a vlhkosť. Po opätovnom nahratí programu do zariadenia alebo kým prešiel jeden cyklus, ACK bit nebol obdržaný.

Preto je adekvátnejšie nahrávať bity SDA a SCL jednotlivo, aby dátové bity prislúchali danému časovému signálu. Priradil som vstupné a výstupné porty pre potrebné piny I2C zbernice. Vzhľadom na to, že hodinový signál menil amplitúdu v krátkom čase a nebol rozpoznateľný na osciloskope, bolo potrebné pri každej zmene amplitúdy hodinového signálu doplniť oneskorenie. Jednotlivé bity boli zadávané v poradí podľa obr. 4 a podľa výberu v tabuľke na obr. 5 sme nastavovali potrebnú funkciu snímača, pričom sme využívali len meranie teploty a vlhkosti.

Obr. 3. Reset a Start prenosu

Obr. 4. Príklad priebehu merania vlhkosti

Obr. 5. Tabuľka príkazov pre senzor SHT11

Namerané hodnoty teploty a vlhkosti bolo potrebné prepočítať podľa tabuľky zobrazenej na obr. 6.

Obr. 6. Tabuľka špecifikácii senzor SHT11

Zdrojový kód

K projektu je potrebné pripojiť nasledovné súbory: lcd.c, lcd.h, I2C.c, I2C.h

Zdrojový kód merania teploty v vlhkosti:

/*
 * Tep_vlh.c
 *
 * Created: 16.01.2013 23:52:26
 *  Author: Tomáš Statečný
 */

#include <stdlib.h>
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <util/twi.h>
#include <stdio.h>

#include "I2C.h"
#include "lcd.h"

FILE mystdout = FDEV_SETUP_STREAM(lcdDataWrite,NULL,_FDEV_SETUP_WRITE);     //Vypisovanie na display

//Zadefinovanie prikazov ovladania snimaca
#define TEMP   0x03							        //Meranie teploty
#define HUMI   0x05								//Meranie vlhkosti

//Zadefinovanie konstant
const float t1 = -40.1;								//14bit meranie teploty
const float t2 = 0.01;								//14bit meranie teploty
const float h1  = -4.0;							        //12bit meranie vlhkosti
const float h2  = 0.0405;							//12bit meranie vlhkosti
const float h3  = -0.0000028;							//12bit meranie vlhkosti




void main()
{
    i2c_init();								        //Incializacia I2C
    lcdInit4();									//Inicializacia display
          
    stdout = &mystdout;								//Odteraz funguje printf();
   
   //Zadefinovanie premennych
   float temp, humi;
          
    while(1){
		
		//Meranie teploty
		temp = Measure(TEMP);						//Vycitanie hodnoty teploty z SHT11
		temp =t1 + (temp * t2);						//Prepocet vycitanej hodnoty teploty na stupne celsia
		_delay_ms(100);
		
		//Meranie vlhkosti
		humi = Measure(HUMI);						//Vycitanie hodnoty vlhkosti z SHT11
		humi = h1 + (h2 * humi) + (humi * humi * h3);			//Prepocet vycitanej hodnoty vlhkosti na percenta
		_delay_ms(100);
		
		//Vypis na display
                lcdControlWrite(1<<LCD_CLR);					//Nastavenie kurzoru na zaciatok
                lcdControlWrite(0x80);						//Display prvy riadok
		printf("Tep=%.2f °C",temp);					//Vypis teploty v stupnoch celsia
		
		lcdControlWrite(0x80 + 0x40);					//Display druhy riadok
                printf("Vlh=%.2f %RH",humi);					//Vypis vlhkosti v percentach
		_delay_ms(100);

		}
}

Vyhodnotenie

Po nastavení a nahratí potrebných bitov cez SDA a SCL do snímača SHT11 som pre overenie správnosti posielania bitov pripojil k zariadeniu osciloskop s dvoma kanálmi. Žltý kanál zobrazoval hodinový signál (SCL) a modrý zas dátový (SDA). Po ukončení prenosu príkazov dátové bity zostanú nastavené na hodnote jedna a prebehne ešte jeden hodinový impulz, kedy sa dáta čítajú zo snímača. V tento hodinový impulz má zariadenie odoslať ACK bit na potvrdenie prenosu (SDA = 0) a po oneskorení potrebného na odmeranie teploty alebo vlhkosti majú nasledovať dva bity nameraných hodnôt. Vzhľadom na to, že zariadenie neodoslalo ACK bit, celý proces spolu s resetom a start podmienkou pred každým príkazom na meranie sa opakoval, pričom ACK bit nebol nikdy obdržaný. Z toho vyplýva, že zariadenie je chybné alebo poškodené veľkým počtom nahratí odlišných programov.

Obr. 7. Dva pakety dátových a hodinových signálov Obr. 8. Jeden paket - žltý SCL, modrý SDA signál

Obr. 9. Neobdržaný ACK bit