Operácie

Jednoduchá meteostanica s BMP180: Rozdiel medzi revíziami

Z SensorWiki

(Overenie)
(Algoritmus a program)
 
(6 medziľahlých úprav od rovnakého používateľa nie je zobrazených.)
Riadok 83: Riadok 83:
 
[[Súbor:calculation_bmp180.jpg|250px]]
 
[[Súbor:calculation_bmp180.jpg|250px]]
  
 +
 +
''' Priebehy I2C signálov
 +
 +
[[Súbor:i2c_1.jpg|400px]]
 +
 +
[[Súbor:i2c_2.jpg|400px]]
 +
 +
[[Súbor:i2c_3.jpg|400px]]
  
  
Riadok 134: Riadok 142:
 
</source>
 
</source>
  
Zdrojový kód: [[main.py]]
+
Zdrojový kód: [[Médiá:main22.c|main.py]]
  
 
Zobrazovanie načítaných hodnôt v interaktívnej podobe sme realizovali vytvorením jednoduchej Windows Form aplikácie v jayzku C#. Komunikácia prebieha načítavaním dát zo sériového komunikačného portu. Nosná časť programu, kde sa nachádzajú obsluhy udalostí prijatia dát zo sériového komunikačného portu a obsluhy kliknutí myšou na tlačítka sa nachádza v triede Form1.cs.
 
Zobrazovanie načítaných hodnôt v interaktívnej podobe sme realizovali vytvorením jednoduchej Windows Form aplikácie v jayzku C#. Komunikácia prebieha načítavaním dát zo sériového komunikačného portu. Nosná časť programu, kde sa nachádzajú obsluhy udalostí prijatia dát zo sériového komunikačného portu a obsluhy kliknutí myšou na tlačítka sa nachádza v triede Form1.cs.
Riadok 148: Riadok 156:
 
             InitializeComponent();
 
             InitializeComponent();
 
         }
 
         }
 +
 +
        // globalne premenne pre zasobnik
  
 
         int RxString;
 
         int RxString;
 
         List<int> RxBuf = new List<int>();
 
         List<int> RxBuf = new List<int>();
 +
 
         private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
 
         private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
 
         {
 
         {
 +
 +
            // nastavenie transparentnosti obrazka ukazovatela
  
 
             pictureBox1.Controls.Add(pictureBox2);
 
             pictureBox1.Controls.Add(pictureBox2);
Riadok 165: Riadok 178:
 
             pictureBox5.Location = new Point(0, 5);
 
             pictureBox5.Location = new Point(0, 5);
 
             pictureBox5.BackColor = Color.Transparent;
 
             pictureBox5.BackColor = Color.Transparent;
 +
 +
            //predvolene hodnoty
  
 
             textBox1.Text = "9600";
 
             textBox1.Text = "9600";
Riadok 172: Riadok 187:
 
             if (serialPort1.IsOpen)
 
             if (serialPort1.IsOpen)
 
             {
 
             {
 +
                //vycistenie zasobnika serioveho portu(windows zasobnik)
 +
 
                 serialPort1.DiscardInBuffer();
 
                 serialPort1.DiscardInBuffer();
 
                 serialPort1.DiscardOutBuffer();
 
                 serialPort1.DiscardOutBuffer();
Riadok 178: Riadok 195:
 
         }
 
         }
 
         private void serialPort1_DataReceived
 
         private void serialPort1_DataReceived
 +
 +
        //udalost prijatia dat na seriovy port
 +
 
         (object sender, System.IO.Ports.SerialDataReceivedEventArgs e)
 
         (object sender, System.IO.Ports.SerialDataReceivedEventArgs e)
 
             {
 
             {
Riadok 191: Riadok 211:
 
         private void DisplayText(object sender, EventArgs e)
 
         private void DisplayText(object sender, EventArgs e)
 
         {
 
         {
 +
 +
            //funkcia aktualizacie cislenych a analogovych vykreslovanych udajov
 +
 
             if (RxBuf.Count != 4)
 
             if (RxBuf.Count != 4)
 
             {
 
             {
Riadok 210: Riadok 233:
  
 
             Image image1 = new Bitmap("C:\\Users\\Timoransky\\Desktop\\needle_.png");
 
             Image image1 = new Bitmap("C:\\Users\\Timoransky\\Desktop\\needle_.png");
            //Set our picture box to that image
 
 
             pictureBox2.Image = (Bitmap)image1.Clone();
 
             pictureBox2.Image = (Bitmap)image1.Clone();
  
            //Store our old image so we can delete it
 
 
             Image oldImage1 = pictureBox2.Image;
 
             Image oldImage1 = pictureBox2.Image;
             //Pass in our original image and return a new image rotated 35 degrees right
+
 
 +
             //otacanie ukazovatela proporcionalne k vstupnym hodnotam
 +
 
 
             pictureBox2.Image = Class1.RotateImage(image1,new PointF(pictureBox2.Location.X+pictureBox2.Image.Width/2, pictureBox2.Location.Y-8 + pictureBox2.Image.Height / 2),angle1);
 
             pictureBox2.Image = Class1.RotateImage(image1,new PointF(pictureBox2.Location.X+pictureBox2.Image.Width/2, pictureBox2.Location.Y-8 + pictureBox2.Image.Height / 2),angle1);
 
             if (oldImage1 != null)
 
             if (oldImage1 != null)
Riadok 223: Riadok 246:
  
 
             Image image2 = new Bitmap("C:\\Users\\Timoransky\\Desktop\\needle_.png");
 
             Image image2 = new Bitmap("C:\\Users\\Timoransky\\Desktop\\needle_.png");
            //Set our picture box to that image
 
 
             pictureBox4.Image = (Bitmap)image1.Clone();
 
             pictureBox4.Image = (Bitmap)image1.Clone();
  
            //Store our old image so we can delete it
 
 
             Image oldImage2 = pictureBox4.Image;
 
             Image oldImage2 = pictureBox4.Image;
            //Pass in our original image and return a new image rotated 35 degrees right
 
 
             pictureBox4.Image = Class1.RotateImage(image1, new PointF(pictureBox4.Location.X + pictureBox4.Image.Width / 2, pictureBox4.Location.Y-8 + pictureBox4.Image.Height / 2), angle2);
 
             pictureBox4.Image = Class1.RotateImage(image1, new PointF(pictureBox4.Location.X + pictureBox4.Image.Width / 2, pictureBox4.Location.Y-8 + pictureBox4.Image.Height / 2), angle2);
 
             if (oldImage2 != null)
 
             if (oldImage2 != null)
Riadok 236: Riadok 256:
  
 
             Image image3 = new Bitmap("C:\\Users\\Timoransky\\Desktop\\needle_.png");
 
             Image image3 = new Bitmap("C:\\Users\\Timoransky\\Desktop\\needle_.png");
            //Set our picture box to that image
 
 
             pictureBox5.Image = (Bitmap)image1.Clone();
 
             pictureBox5.Image = (Bitmap)image1.Clone();
  
            //Store our old image so we can delete it
 
 
             Image oldImage3 = pictureBox5.Image;
 
             Image oldImage3 = pictureBox5.Image;
            //Pass in our original image and return a new image rotated 35 degrees right
 
 
             pictureBox5.Image = Class1.RotateImage(image1, new PointF(pictureBox5.Location.X + pictureBox5.Image.Width / 2, pictureBox5.Location.Y-8 + pictureBox5.Image.Height / 2), angle3);
 
             pictureBox5.Image = Class1.RotateImage(image1, new PointF(pictureBox5.Location.X + pictureBox5.Image.Width / 2, pictureBox5.Location.Y-8 + pictureBox5.Image.Height / 2), angle3);
 
             if (oldImage3 != null)
 
             if (oldImage3 != null)
Riadok 258: Riadok 275:
 
         }
 
         }
  
         private void comboBox1_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e)
+
         private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
 
         {
 
         {
  
              
+
             //udalost kliknutia na tlacidlo "connect"
        }
 
  
        private void textBox1_TextChanged(object sender, EventArgs e)
 
        {
 
         
 
           
 
        }
 
 
        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
 
        {
 
 
             if (serialPort1.IsOpen)
 
             if (serialPort1.IsOpen)
 
             {
 
             {
Riadok 301: Riadok 309:
 
</source>
 
</source>
  
Výsledok načítania údajov do Windows Form aplikácie vyzerá nasledovne:
+
Zdrojový kód: [[Médiá:main23.cs|Form1.cs]]
 +
 
 +
 
 +
Grafické rozhranie programu:
  
[[Súbor:Form.png]]
+
[[Súbor:Form.png|450px]]
  
 
=== Overenie ===
 
=== Overenie ===

Aktuálna revízia z 16:43, 31. máj 2016

Autori: Martin Valášek, Tomáš Timoranský
Študijný odbor: Aplikovaná mechatronika a elektromobilita 1. Ing. (2016)

Zadanie

Vytvoriť jednoduchú meteorologickú stanicu, ktorá bude merať atmosferický relatívny a absolutný tlak vzduchu a teplotu prostredia. Stanica bude pozostváť z digitálneho tlakového senzora BMP180, ktorý bude komunikovať prostredníctvom I2C rozhrania s embedded systémom RaspberryPI. Pomocou grafického použivateľského rozhrania bude používateľ informovaný o aktuálnej meteorogickej situácii.

Senzor bmp180.jpg


Literatúra: Datasheed BMP180


Analýza

BMP180

Senzor BMP180 vyrába firma Bosch, ide o nástupcu veľmi obľúbeného senzora BMP085. Senzor disponuje meraním atmosferického absolútného tlaku v rozsahu 300 až 1100 hPa. Pre kompenzáciu tepelných vplyvov na meranie atmosferického tlaku, má senzor integrovaný teplomer (merací rozsah -40 až +85°C), ktorý je taktiež možno vyčítať. Komunikácia je digitalná prostredníctvom I2C zbernice.

Jeho základné informácie:

  • Rozsah meracieho tlaku: 300 až 1100hPa (+9000m až -500m nad morom)
  • Napájacie napätie: 1.8 až 3.6 V (VDD), 1.62V až 3.6V (VDDIO)
  • Púzdro: LGA, Small footprint: 3.6mm x 3.8mm
  • Nízka spotreba: 5μA pri 1 vzorke / sekundu (standard mode)
  • Nízky šum:
    • 0.06hPa (0.5m) - ultra low power mode
    • 0.02 hPa (0.17m) - advanced resolution mode


  • Vstavané teplotné čidlo
  • I2C rozhranie
  • plne kalibrovaný
  • Pb-free, halogen-free and RoHS compliant

Typické využitie

  • rozšírenie GPS navigácie
  • vnútorná-vonkajšia navigácia
  • voľnočasové aktivy/ šport
  • vertikálny ukazovateľ rýchlosti


Popis komunikačnej zbernice

Tlakový senzor komunikuje prostredníctvom ľ2C zbernice, jeho adresa je:

  • 0xEF pre režím čitania
  • 0xEE pre režím zápisu

Add bmp180 pins.jpg


Voľba režimov prevodu

Senzor môže pracovať v niekoľkých meracích režimov. Voľbou jednotlivých režimov senzora sa volí presnosť dosiahnutého výslednu (šum signálu) a zároveň sa volí rýchlosť prevodu. Nasledujúci obrázok zobrazuje jednotlivé režímy.

Mode bmp180.jpg

Senzor disponuje vnútornou 176bit EEPROM pamäťou v ktorej je uložených 11 kalibračných koeficientov. Každý senzor má jedinečné koeficienty. Tieto koeficienty sú nahraná do senzora v procese výroby. Algoritmus pred prvým výpočtom tlaku a teploty vyčíta obsah tejto EEPROM pamäte, následne pomocou korečných výpočtov dopočíta korektné výsledky. Nasledujúci obrázok zobrazuje adresu jednotlivých adries kalibračných koeficientov.

Calib bmp180.jpg


Algoritmus merania

Pre výpočet je dostupný ANSI C kód od Bosch Sensortec ("BMP180_API"). Mikrokontrolér najskôr pošle start sekvenciu k inicializácii merania teploty a tlaku. Následne po uplynutí času prevodu, výsledné konštanty (UP alebo UT) sa môžu vyčítat prostredníctvom I2C rozhrania. Pre prepočet tlaku na hPa a teploty na °C, sa využijú kalibračné dáta z EEPROM pamäte. Vzorkovacia perióda senzora je do 128 vzoriek za sekundu (štandartný mód).

Algoritmus bmp180.jpg

Prepočet RAW dát na unifikované jednotky [hPa/ °C]

Nasledujúci obrázok zobrazuje prepočet RAW dát senzora a unifikované jednotky

Calculation bmp180.jpg


Priebehy I2C signálov

I2c 1.jpg

I2c 2.jpg

I2c 3.jpg


Zapojenie vývodov senzora

Senzor bmp180 pins.jpg

Popis riešenia

Senzor BMP180 je osadený na doske plošného spoja spolu so stabilizátorom napätia (7133). Tento stabilizátor stabilizuje vstupné napätie (5 V) na 3,3 V, ktoré napája celý tlakový senzor. Ďalej na doske sú obsiahnuté pull-up rezistory R1, R2 pre I2C rozhranie. Senzor sa pripája k RaspberryPi pomocou konektora J1, ktorý obsahuje napájanie senzora VCC a GND, zbernicovú komunikáciu pre I2C rozhranie - SDA, SDL, signál pre povolenie senzora EOC.

Schéma zapojenia snímača


Zapojenie bmp180.png


Algoritmus a program

Algoritmus pre komunikáciu so senzorom je naprogramovaný v jazyku Python. Najskôr je pripojená knižnica senzora "Adafruit_BMP.BMP085", ďalej systémové knižnice pre podporou sériového rozhrania (UART) - "serial" a knižnica pre systémový časovač "time". Nasleduje otvorenie komunikačného rozhrania "/dev/ttyAMA0" a nastavenie komunikačnej rýchlosti na 9600 Baud, ďalej vytvorenie triedy senzora (BMP180) pre nasledujúcu komunikaciu. Program obsahuje hlavnú cyklickú slučku, ktorá sa neustále vykonáva v 1 sekundovom intervale. V tejto slučke je načítanie teploty a tlaku senzora, ďalej jeho prepočet na celočiselnú sústavu INTEGER a jeho rozdelenie na 2-bajtové čislo. Nakoniec program posiela tieto hodnoty v tvare 5 bajtovej správy na sériový komunikačný port v tvare: <teplota_horný_bajt>, <teplota_dolný_bajt>, <tlak_horný_bajt>, <tlak_dolný_bajt>, <synchronizačný_bajt = vždy 0xff>.

#!/usr/bin/python

import Adafruit_BMP.BMP085 as BMP085
import time
import serial

port = serial.Serial("/dev/ttyAMA0", baudrate=9600)

sensor = BMP085.BMP085()

while 1:
        temp = sensor.read_temperature()*10
        pressure = sensor.read_pressure()/10.0

        print 'Temp = {0:0.2f} *C'.format(temp)
        print 'Pressure = {0:0.2f} Pa'.format(pressure)

        temp_h = int(temp/255)
        temp_l = int(temp%255)
        press_h = int(pressure/255)
        press_l = int(pressure%255)

        port.write("%s" % chr(temp_h) + chr(temp_l) + chr(press_h) + chr(press_l) + chr(255) )
        time.sleep(1)
port.close

Zdrojový kód: main.py

Zobrazovanie načítaných hodnôt v interaktívnej podobe sme realizovali vytvorením jednoduchej Windows Form aplikácie v jayzku C#. Komunikácia prebieha načítavaním dát zo sériového komunikačného portu. Nosná časť programu, kde sa nachádzajú obsluhy udalostí prijatia dát zo sériového komunikačného portu a obsluhy kliknutí myšou na tlačítka sa nachádza v triede Form1.cs.

namespace COM_Reader
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        // globalne premenne pre zasobnik

        int RxString;
        List<int> RxBuf = new List<int>();

        private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
        {

            // nastavenie transparentnosti obrazka ukazovatela

            pictureBox1.Controls.Add(pictureBox2);
            pictureBox2.Location = new Point(0, 5);
            pictureBox2.BackColor = Color.Transparent;

            pictureBox3.Controls.Add(pictureBox4);
            pictureBox4.Location = new Point(0, 5);
            pictureBox4.BackColor = Color.Transparent;

            pictureBox6.Controls.Add(pictureBox5);
            pictureBox5.Location = new Point(0, 5);
            pictureBox5.BackColor = Color.Transparent;

            //predvolene hodnoty

            textBox1.Text = "9600";
            comboBox1.SelectedItem = "COM3";

            
            if (serialPort1.IsOpen)
            {
                //vycistenie zasobnika serioveho portu(windows zasobnik)

                serialPort1.DiscardInBuffer();
                serialPort1.DiscardOutBuffer();

            }
        }
        private void serialPort1_DataReceived

        //udalost prijatia dat na seriovy port

        (object sender, System.IO.Ports.SerialDataReceivedEventArgs e)
            {
                RxString = (serialPort1.ReadByte());
                if((uint)RxString != 255)
                {
                    RxBuf.Add(RxString);
                }
                else this.Invoke(new EventHandler(DisplayText));

        }

        private void DisplayText(object sender, EventArgs e)
        {

            //funkcia aktualizacie cislenych a analogovych vykreslovanych udajov

            if (RxBuf.Count != 4)
            {
                RxBuf.Clear();
                return;
            }

            string first = ((float)(RxBuf[0] * 255 + RxBuf[1])/10).ToString();
            string second = ((float)(RxBuf[2] * 255 + RxBuf[3])/10).ToString();
            string third = ((float)((RxBuf[2] * 255 + RxBuf[3])+250 )/ 10).ToString();

            label1.Text = first;
            label2.Text = second;
            label6.Text = third;

            int angle1 = (int)(((float)(RxBuf[0] * 255 + RxBuf[1]) / 500) * 240);
            int angle2 = (int)(((float)((RxBuf[2] * 255 + RxBuf[3])-9800) / 400) * 240);
            int angle3 = (int)(((float)((RxBuf[2] * 255 + RxBuf[3])+ 250 - 9900) / 400) * 240);

            Image image1 = new Bitmap("C:\\Users\\Timoransky\\Desktop\\needle_.png");
            pictureBox2.Image = (Bitmap)image1.Clone();

            Image oldImage1 = pictureBox2.Image;

            //otacanie ukazovatela proporcionalne k vstupnym hodnotam

            pictureBox2.Image = Class1.RotateImage(image1,new PointF(pictureBox2.Location.X+pictureBox2.Image.Width/2, pictureBox2.Location.Y-8 + pictureBox2.Image.Height / 2),angle1);
            if (oldImage1 != null)
            {
                oldImage1.Dispose();
            }

            Image image2 = new Bitmap("C:\\Users\\Timoransky\\Desktop\\needle_.png");
            pictureBox4.Image = (Bitmap)image1.Clone();

            Image oldImage2 = pictureBox4.Image;
            pictureBox4.Image = Class1.RotateImage(image1, new PointF(pictureBox4.Location.X + pictureBox4.Image.Width / 2, pictureBox4.Location.Y-8 + pictureBox4.Image.Height / 2), angle2);
            if (oldImage2 != null)
            {
                oldImage2.Dispose();
            }

            Image image3 = new Bitmap("C:\\Users\\Timoransky\\Desktop\\needle_.png");
            pictureBox5.Image = (Bitmap)image1.Clone();

            Image oldImage3 = pictureBox5.Image;
            pictureBox5.Image = Class1.RotateImage(image1, new PointF(pictureBox5.Location.X + pictureBox5.Image.Width / 2, pictureBox5.Location.Y-8 + pictureBox5.Image.Height / 2), angle3);
            if (oldImage3 != null)
            {
                oldImage3.Dispose();
            }

            RxBuf.Clear();
            serialPort1.DiscardInBuffer();
            serialPort1.DiscardOutBuffer();

            pictureBox2.Invalidate();
            pictureBox4.Invalidate();
            pictureBox5.Invalidate();
            Application.DoEvents();
        }

        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {

            //udalost kliknutia na tlacidlo "connect"

            if (serialPort1.IsOpen)
            {
                serialPort1.DataReceived -= serialPort1_DataReceived;
                serialPort1.Close();
            }
            serialPort1.PortName = comboBox1.SelectedItem.ToString();

            int speed;
            Int32.TryParse(textBox1.Text.ToString(), out speed);
            serialPort1.BaudRate = speed;
            serialPort1.DtrEnable = false;
            serialPort1.DataReceived +=
            new SerialDataReceivedEventHandler(serialPort1_DataReceived);

            serialPort1.ReadBufferSize = 6;
            label7.Text = "";


            try { serialPort1.Open(); }
            catch (Exception ex)
            {
                label7.Text = ex.Message;
            }
        }

    }
}

Zdrojový kód: Form1.cs


Grafické rozhranie programu:

Form.png

Overenie

Obsluha programu: Po spustení programu je potrebné si zvoliť komunikačný port (COM), zapísať rýchlosť a potvrdiť tlačidlom "connect". Volbu nevhodného portu program hlási. Volbou správných údajov aplikácia po prijatí prvých štyroch bajtov dát začne zobrazovať číselné hodnoty teploty, relatívneho a absolútneho tlaku.