ARM mbed環境を使用してプロトタイプの測定デバイスを作成することに関する一連の出版物を続けています。

今日はセンサーを接続します。



発行サイクルの内容：

• [パート1]使用されるソフトウェアおよびハードウェアソリューションの概要。
• [パート2] FT800グラフィックスコントローラー入門。 周辺機器に既製のmbedライブラリを使用します。
• [パート3] HYT-271センサーの接続。 周辺機器用の独自のライブラリをmbedで作成して公開します。
• [パート4]アプリケーション開発：プログラム構造、タッチスクリーンでの作業。
• [パート5]アプリケーション開発：画像の表示、ロシア化の問題。
• [パート6]ハウジング部品の印刷

3番目の部分はカットの下にあります。

前の記事は、mbed IDEで作成され、RiverdiのTFTディスプレイに2番目のカウンターの出力を実装するプロジェクトの説明で終わりました。

今日、HYTシリーズの温度および相対湿度センサーを接続します。 センサーは完全なデジタルユニットです。湿度を測定するための容量性感知素子、温度センサー、信号処理回路が含まれています。さらに、ほとんどの同様のセンサーと同様に、HYTには工場校正があります。 これはすべて1つのことを意味します。センサーを使用するには、センサーを制御コントローラーに接続し、センサーをポーリングするプロトコルをマスターするだけです。

パッケージの形式と、Cでの対応する関数の実装例については、 この記事で詳しく説明します 。 ここで、既に述べたことの多くを繰り返さないようにし、mbedプロジェクトでHYT-271 *センサーを使用する問題に焦点を当てます。

* HYTシリーズは、HYT-271、HYT-221、およびHYT-939の3つのモデルで構成されています。 ケースのみが異なるため、HYT-271をオンにすることについて私が書いたものはすべて、他のモデルにも関連しています。

包含回路

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HYTシリーズセンサーを接続するには、通常I2Cインターフェイスが使用されます（SPI付きのセンサーはリクエストに応じて利用可能です）。 したがって、センサーを接続するには、次の4つのラインが必要です。

• 電源（3.3 Vと5 Vの両方が適切です）
• 地球
• SDAデータライン
• SLCクロックライン

SDAおよびSLCラインの推奨プルアップ抵抗定格は2.4 kOhmです。

センサーポーリング手順

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HYTシリーズセンサーは、いくつかのタイプのコマンドをサポートしています。 測定要求およびデータフェッチコマンドは、センサーを直接ポーリングするために使用され、残りの命令は、I2Cバス上の標準センサーアドレスを変更する必要がある場合にのみ必要になります。

mbed-library HYTには、I2Cアドレスを変更する機能がないことをすぐに言わなければなりません。 その理由は、私の自然な怠と直接的な必要性の欠如です。ほとんどの場合、単一のセンサーがバスにぶら下がっていて、動作のためにポーリングと測定結果の受信を実装するのに十分です。


したがって、測定要求コマンドを受信すると、HYTセンサーはスリープモードを終了し、測定を行い、温度と湿度のデータを含むパッケージを生成します。 データを受信するには、Data Fetchコマンドをセンサーに送信する必要があり、これら2つのコマンドの送信の間に100ミリ秒の遅延を提供する必要があります。 これは、センサーがパッケージを測定して形成するのにかかる時間です。

測定要求は、ヘッダーバイト（センサーアドレスとレコードフラグ）のみで構成されるパケットです。 対応するMRCommand（）関数は、空のパケットをI2Cに送信します。

Data Fetchコマンドは、読み取りフラグと、コントローラーがセンサーから受信する4バイトのデータを含むヘッダーバイトです。


最初のバイトの最初のビットは、サービスCModeビットです。 「1」に設定されている場合、センサーは特別な動作モードにあり、バス上のアドレスを変更できます。

最初のバイトの2番目のビットは、サービスの古いビットです。 「1」に設定されている場合、次の測定サイクルを実行した後、前のサイクルと同じ温度と湿度の値が取得されます。

次の14桁は相対湿度をエンコードし、次の14桁は温度をエンコードします。 次は2つの重要でないビットです。

対応する関数DFCommand（）は、対応するパケットをI2Cに送信し、センサーから受信したデータをデコードします。 相対湿度と温度は、次の式を使用して計算されます。

RH [％] =（100 /（2 14-1））* RH _in
T [°C] =（165 /（2 14-1））* T _in -40

したがって、HYTセンサーポーリングライブラリは、MRCommand（）とDFCommand（）の2つの関数を実装する必要があります。

mbedでライブラリを作成して公開する

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mbedは、さまざまなARMプラットフォームと関連デバイス （コンポーネント）-ディスプレイ、ドライブ、センサー、トランシーバーなどをサポートしていることを思い出させてください。

当然、マイクロコントローラのメーカーのみが新しいデバッグボードのサポートを提供できますが、新しい周辺コンポーネントのサポートにより、すべてがより興味深いものになります。 数か月前、すべてのユーザーが新しいデバイスを追加し、サポートされているコンポーネントのリストの上に[新しいコンポーネントを追加]ボタンがハングしていました。 現在、ARMはポリシーを変更しています：登録済みのユーザーは新しいコンポーネントのライブラリと説明を公開できますが、サポートされているコンポーネントのリストにドライバーを追加するには、拡張権限が必要です（私はこれらを持っています、hee hee hee）。

周辺機器用のmbedライブラリはすべて、デバイスの操作に必要な機能を含むC ++クラスです。 原則として、そのようなクラスのコンストラクターは、コンポーネントが接続されている入力/出力行を入力として受け取ります。 デバイスの接続時に特定の初期化手順が必要な場合、この手順はクラスコンストラクターに含めることも論理的です。 初期化手順を含むライブラリの例としては、FT800グラフィックスコントローラライブラリがあります。詳細については、 前の記事で説明しました 。

HYTセンサーの場合、すべてがはるかに簡単です。センサーの初期化は不要で、測定結果を取得するために必要な機能は2つだけです。

HYT.hファイル

#define HYT_ADDR 0x50 // 01010000 class HYT { public: /** * HYT constructor. * * @param sda mbed pin to use for SDA line of I2C interface. * @param scl mbed pin to use for SCL line of I2C interface. * * Remember about pull-up resistors on sda and scl. Recommended value is 2.4 kΩ */ HYT(PinName sda, PinName scl); /** * @brief The totals (temperature in Celsius, relative humidity in percentages) */ float humidity; float temperature; /** * @brief Send "Measuring Request" command * @details Initiates a measuring cycle of HYT sensor * @details More information: http://www.ist-ag.com/eh/ist-ag/resource.nsf/imgref/Download_AHHYTM_E2.2.5.pdf/$FILE/AHHYTM_E2.2.5.pdf */ void MRCommand(void); /** * @brief Send "Data Fetch" command & processing the data * @details Fetch the last measured value of humidity and temperature from sensor * @details Calculate values of temperature in Celsius, relative humidity in percentages * @details More information: http://www.ist-ag.com/eh/ist-ag/resource.nsf/imgref/Download_AHHYTM_E2.2.5.pdf/$FILE/AHHYTM_E2.2.5.pdf * @returns 0 if no errors, -1 if no new value received from sensor. */ int DFCommand(void); private: I2C _i2c; }; 

HYT.cppファイル

 #include "HYT.h" #include "mbed.h" HYT::HYT(PinName sda, PinName scl) : _i2c(sda, scl) { } /*************************************************************************************************************************/ void HYT::MRCommand(void) { _i2c.write(HYT_ADDR, 0, 0); } /*************************************************************************************************************************/ int HYT::DFCommand(void) { char dataI2C[4]; int stateBit; int humidityRaw; int temperatureRaw; _i2c.read(HYT_ADDR, dataI2C, 4); stateBit = (dataI2C[0] & 0x40) >> 6; if (stateBit == 0) { humidityRaw = ((dataI2C[0] & 0x3F) << 8) | dataI2C[1]; temperatureRaw = ((dataI2C[2] << 8) | dataI2C[3]) >> 2; if (temperatureRaw < 0x3FFF && humidityRaw < 0x3FFF) { temperature = ((float)(temperatureRaw) * 165.0f / 16383.0f) - 40.0f; humidity = (float)humidityRaw * 100.0f / 16383.0f; } else { // sensor returns wrong data (1111...11) return -1; } } else { // no new value received from sensor return 0; } return 0; } 

独自のプロジェクトでライブラリを使用するには、ページへのリンクにその説明を入力し、ライブラリをオンラインコンパイラにインポートするだけです。



新しいコンポーネントのmbedライブラリを公開するとき、コードを作成して適切に文書化するだけでなく、 さらに、ライブラリにハードウェアモジュール、一般的なデバイススイッチング回路、およびHello Worldプログラムの説明（ライブラリを使用する簡単な例）を提供することが望ましいです。 このような例を作成するために、私はこの発行サイクルの最初の記事のドラフトプロジェクトを再び使用します 。


HYTライブラリーをドラフトプロジェクトに接続し、いくつかの簡単な変更を行います。

• クラスHYTのSENSORオブジェクトを作成し、I2Cインターフェイスが引数として利用可能な結論の名前を渡します
• センサーdataUpdate（）をポーリングする機能を追加し、無限ループで呼び出します
• 2番目のカウンターの代わりに、シリアルインターフェイスに温度と相対湿度のデータを表示します

したがって、作成されたライブラリのデモを取得します。

 #include "mbed.h" #include "HYT.h" Serial pc(USBTX, USBRX); Ticker timeKeeping; HYT SENSOR (PD6, PD7); // sda, scl [SLSTK3400A] //HYT SENSOR (D14, D15); // sda, scl [WIZwiki-W7500P] //HYT SENSOR (PA08, PA09); // sda, scl [ATSAMD21-XPRO] // HYT sensor polling cycle void dataUpdate(void) { SENSOR.MRCommand(); wait_ms(100); SENSOR.DFCommand(); } void secondsCallback(void) { pc.printf("Humidity level: %.1f\r\n%", SENSOR.humidity); pc.printf("Temperature level: %.1f\r\n%", SENSOR.temperature); pc.printf("-------------------------------\r\n%", SENSOR.temperature); } int main() { timeKeeping.attach(&secondsCallback, 1.0f); while(1) { dataUpdate(); } } 

このプロジェクトはdeveloper.mbed.orgで入手でき、ARM mbedでサポートされているさまざまなデバッグボードで正常に動作します。


使用例が公開されると、HYTセンサー用のライブラリを作成するプロセスが終了します。

独自のプロジェクトでライブラリを使用する

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これでメインプロジェクトに戻り、TFTタッチスクリーンに2番目のカウンターではなく、HYT-271センサーから受信したデータを表示します。


これを行うには、mbedで新しいプロジェクトを作成し、そこにHYTおよびFT800_2ライブラリをインポートします。
次に、I2CおよびSPIインターフェースが使用可能なI / Oラインの名前を引数として使用して、HYTおよびFT800クラスのオブジェクトを作成します。

 HYT SENSOR (PD6, PD7); // sda, scl [SLSTK3400A] FT800 TFT (PE10, PE11, PE12, PE13, PB11, PD4); // mosi, miso, sck, ss, int, pd [SLSTK3400A] //HYT SENSOR (D14, D15); // sda, scl [WIZwiki-W7500P] //FT800 TFT (D11, D12, D13, D10, D9, D8); // mosi, miso, sck, ss, int, pd [WIZwiki-W7500P] //HYT SENSOR (PA08, PA09); // sda, scl [ATSAMD21-XPRO] //FT800 TFT (PA18, PA16, PA19, PA17, PA20, PA21); // mosi, miso, sck, ss, int, pd [ATSAMD21-XPRO] 

センサーポーリング機能を追加します。

 void dataUpdate(void) { SENSOR.MRCommand(); wait_ms(100); SENSOR.DFCommand(); } 

表示リストを作成してグラフィックコントローラーに読み込む関数を追加します。

• デフォルトの色として白を設定して、表示シートの始まり
• 黒色の設定、2つのテキスト行の出力
• 設定は濃い緑色で、グラフィックプリミティブ「長方形」の出力です。
• 白い色を設定し、テキスト文字列と数値（相対湿度値）を表示する
• 設定は濃い青で、グラフィックプリミティブ「長方形」の出力です。
• 白い色を設定し、テキスト文字列と数字（温度値）を表示する
• 黒、テキスト文字列出力の設定
• グラフィックプリミティブ「ストレートライン」の結論
• ディスプレイに画像をロードするディスプレイリストの最後

 void drawTimeScreen(void) { TFT.DLstart(); TFT.DL(CLEAR_COLOR_RGB(255, 255, 255)); TFT.DL(CLEAR(1, 1, 1)); TFT.DL(COLOR_RGB(0, 0, 0)); TFT.Text(11, 15, 30, 0, "Demo-project for habrahabr.ru"); TFT.Text(13, 15 + 40, 28, 0, "Using FT800 library and HYT library"); TFT.DL(COLOR_RGB(9, 40, 3)); TFT.DL(BEGIN(RECTS)); TFT.DL(VERTEX2II(11, 105, 0, 0)); TFT.DL(VERTEX2II(11 + 222, 105 + 100, 0, 0)); TFT.DL(COLOR_RGB(255, 255, 255)); TFT.Text(11 + 10, 105 + 10, 28, 0, "Relative humidity, %"); TFT.Number(11 + 10, 105 + 10 + 30, 31, 0, SENSOR.humidity); TFT.DL(COLOR_RGB(9, 3, 40)); TFT.DL(BEGIN(RECTS)); TFT.DL(VERTEX2II(11 + 222 + 14, 105, 0, 0)); TFT.DL(VERTEX2II(11 + 222 + 14 + 222, 105 + 100, 0, 0)); TFT.DL(COLOR_RGB(255, 255, 255)); TFT.Text(11 + 222 + 14 + 10, 105 + 10, 28, 0, "Temperature, C"); TFT.Number(11 + 222 + 14 + 10, 105 + 10 + 30, 31, 0, SENSOR.temperature); TFT.DL(COLOR_RGB(0, 0, 0)); TFT.Text(300, 105 + 100 + 35, 28, 0, "e-mail: xk@efo.ru"); TFT.DL(BEGIN(LINES)); TFT.DL(LINE_WIDTH(8)); TFT.DL(VERTEX2II(11, 15 + 40 + 30, 0, 0)); TFT.DL(VERTEX2II(460, 15 + 40 + 30, 0, 0)); TFT.DL(DISPLAY()); TFT.Swap(); } 

そして、継続的にデータを更新して表示します：

 int main() { while(1) { dataUpdate(); drawTimeScreen(); } } 

プロジェクトはdeveloper.mbed.orgで入手できます。

プロジェクト開発の残りの段階と同様に、SiLabsのSLSTK3400A、AtmelのATSAMD21-XPRO、WiznetのWIZwiki-W7500Pの3つの異なるボードで結果のプログラムを実行します。


前回の記事で、TFTディスプレイに情報を表示するデモ例を見ると、あるボードから別のボードに切り替える必要がありました。
a）ターゲットプラットフォーム（コンパイラの右上隅）を変更します。
b）ディスプレイの接続に使用される結論を（コードで）再割り当てし、
c）ディスプレイを新しいボードに接続します。

移行はスムーズに進み、mbedプログラムはすぐに3つのボードすべてで機能し始めました。 HYTセンサーをポーリングするプログラムには、次のものも必要です。
d）センサーの接続に使用される結論を（コードで）再割り当てし、
d）プルアップ抵抗を忘れずに、センサーを新しいボードに接続します。

センサーが接続されると、デバッグボードの違いがようやく明らかになり始めました。

Wiznetは驚くことなく動作しました。推奨スキームに従ってセンサーを接続し、ファームウェアをダウンロードするだけで十分でした。



SiLabsボードからのデータは、個別の抵抗を使用しなくても取得されました。 実際、すべてのGPIOマイクロコントローラーEFM32にはプルアップ抵抗が組み込まれているため、デスクトップIDE Simplicity Studioで作業する場合、各ラインの動作モード（オープンドレインプッシュプルなど）は手動で構成されます。 どうやら、mbedはSDAとSCLが実装されているラインを自動的にプルしました。



そして今日、Atmelが最も弱いリンクであることを宣言します-ATSAMD21-XPROボードでは、I2Cインターフェイス（TWIとも呼ばれます）は、Atmel Embedded Debuggerが同時に使用する回線で利用できます。 この問題を詳細に理解していませんでしたが、事実は残ります。ボードにUSBから電力が供給されると、2〜3秒後にI2Cデータの受信が停止します。 別の5.0V INコネクタに電源を供給した場合、プログラム全体が正しく動作します。



ただし、ソフトウェアの動作について苦情がなかったことを認める必要があります。つまり、mbedを使用して開発を継続することが理にかなっています。

次の記事では、プログラム構造の簡単な概要と、Riverdi TFTモジュールでタッチ入力を操作するための詳細な手順を説明します。 したがって、私たちは本格的なアプリケーションにどんどん近づいてきており、その動作はビデオで実証されています。

おわりに

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結論として、私は伝統的に読者の注意に感謝し、Habréについて書いている製品の使用に関する質問は、私のプロフィールで指定されたメールアドレスにも送信できることを思い出させます。