پروژه سنسور فشار MS5611 با میکروکنترلر STM32F303

هدف ما از انجام این پروژه چیست؟

در این پروژه قصد داریم با استفاده از ماژولGB640EN، سنسور فشار بارومتریک MS5611 را به کمک میکروکنترلر STM32F از طریق پروتکل SPI راه اندازی کنیم. چون احتمالا ماژول GB640EN را نمیشناسید، جا دارد بگوییم  GB640EN ماژولی شامل سنسور MS5611 و سایر اجزای لازم بوده که به منظور استفاده راحت‌تر شما توسط تیم GebraBit  در قالب یک کیت واحد طراحی و تولید شده است.

در این آموزش چه چیزهایی یاد میگیریم؟

شما در این بخش ضمن راه اندازی و استفاده از سنسور MS5611  ، به طور خلاصه با تمامی رجیسترهای سنسور MS5611، نحوه تنظیم بخش های مختلف میکروکنترلر STM32 برای راه اندازی این سنسور با استفاده از پروتکل SPI، چگونگی استفاده از فایل کتابخانه و درایور مختص ماژول GB640EN، نحوه فراخوانی توابع و در نهایت دریافت داده های سنسور در کامپایلر Keil  نیز آشنا خواهید شد.

برای شروع این پروژه به چه چیزهایی نیاز داریم؟

برای اجرای این پروژه به سخت‌افزار و نرم‌افزار نیاز داریم. عناوین این سخت‌افزارها و نرم‌افزارها در جدول زیر به شما ارائه شده است و می‌توانید با کلیک بر روی هر یک، آن را تهیه/دانلود کرده و برای شروع آماده شوید.

سخت افزارهای مورد نیازنرمافزارهای مورد نیاز
ST-LINK/V2 ProgrammerKeil uVision Programmer
STM32 Microcontroller – ( Gebra STM32f303 )STM32CubeMX Program
ماژول فشارسنج بارومتریک Gebra MS561101BA03-50
Cable and Breadboard

 ابتدا پروتکل ارتباطی SPI را با استفاده از جامپر های روی برد  انتخاب کرده و سپس مانند تصویر زیر ماژول  GebraBit MS5611 را به صورت Pin To Pin بر روی ماژول GebraBit STM32F303 قرار می دهیم:

توجه : تصویر بالا صرفا برای نمایش نحوه قرار گیری ماژول GebraBit MS5611 بر روی ماژول GebraBit STM32F303 می باشد . لذا برای استفاده از پروتکل ارتباطی SPI کاربر باید نسبت به انتخاب صحیح وضعیت جامپر های روی برد اقدام کند.

در نهایت مقادیر دما و فشار و ارتفاع تقریبی را به صورت Real Time در پنجره Watch1 کامپایلر Keil در حالت Debug Session مشاهده خواهیم کرد.

تنظیمات STM32CubeMX

در ادامه تنظیمات مربوط به هریک از بخش های SPI , RCC , Debug , Clock را در میکروکنترلر STM32F303 برای راه اندازی ماژول GebraBit MS5611 را مرور می کنیم.

RCC / Clock تنظیمات

به‌دلیل وجود کریستال خارجی (External Crystal) در برد جبرابیت STM32F303، در بخش “RCC” گزینه “Crystal/Ceramic Resonator” را انتخاب می‌کنیم.

سپس از صفحه Clock Configuration حالت PLLCLK را انتخاب کرده و سایر تنظیمات لازم را انجام می‌دهیم (برای اطلاعات بیشتر کلیک کنید).

Debug & Programming تنظیمات

برای کاهش تعداد پایه‌ها در زمان Debug and Program، در این ماژول گزینه “Serial Wire” را از بخش “Debug” در بلوک “SYS” انتخاب می‌کنیم که مربوط به پایه‌های “SWCLK” و “SWDIO” است.

Project Manager تنظیمات

تنظیمات “Project Manager” به صورت زیر است؛ در اینجا از نسخه “5.32” محیط توسعه “MDK-ARM” استفاده کرده‌ایم. اگر شما برای برنامه‌نویسی از محیط توسعه دیگری استفاده می‌کنید، باید از قسمت Toolchain گزینه مربوط به IDE مورد استفاده خود را انتخاب کنید.





پس از تکمیل تمامی تنظیمات بالا، روی گزینه GENERATE CODE کلیک می‌کنیم.

Source Code

کتابخانه پروژه (Library)

جبرابیت علاوه بر طراحی ماژولار انواع حسگرها و قطعات مجتمع، برای سهولت در نصب و توسعه نرم‌افزار توسط کاربران، مجموعه‌ای از کتابخانه‌های ساختاریافته و مستقل از سخت‌افزار را به زبان C ارائه می‌دهد. در این راستا، کاربران می‌توانند کتابخانه‌ی مربوط به ماژول مورد نظر خود را در قالب فایل‌های “.h” و “.c” دانلود کنند.

با افزودن کتابخانه‌ی ارائه‌شده توسط جبرابیت به پروژه (راهنمای افزودن فایل به پروژه)، می‌توانیم به‌راحتی کد خود را توسعه دهیم. فایل‌های مربوطه را می‌توانید در انتهای پروژه یا در بخش صفحات مرتبط در سمت راست مشاهده کنید.

تمام توابع تعریف‌شده در کتابخانه با جزئیات کامل توضیح داده شده‌اند و کلیه پارامترهای ورودی و مقادیر بازگشتی هر تابع به‌صورت مختصر شرح داده شده است. از آنجا که این کتابخانه‌ها مستقل از سخت‌افزار هستند، کاربر می‌تواند آن‌ها را به‌سادگی به کامپایلر دلخواه خود اضافه کرده و با میکروکنترلر یا برد توسعه مورد نظر خود استفاده کند.

فایل هدر GebraBit_MS5611.h

در این فایل بر اساس دیتاشیت سنسور یا ای سی ، تمامی آدرس رجیسترها، مقادیر هریک از رجیسترها به صورت Enumeration تعریف شده است.همچنین بدنه سنسور MS5611 و کانفیگ های مربوط به هریک از بلوک های داخلی سنسور  MS5611 به صورت STRUCT  با نام  GebraBit_MS5611 نیز تعریف شده است.که نهایتا در محیط  Debug Session تمامی کانفیگ های مربوط به هر بلوک به صورت Real Time قابل مشاهده است.

USER REGISTER MAP

نقشه رجیستری یا Command های سنسور در این بخش تعریف شده است :

C
 #define MS5611_RESET                          		  (0x1E)
 #define MS5611_PRESSURE_SAMPLING_START       		  (0x40)
 #define MS5611_TEMPERATURE_SAMPLING_START		      (0x50)
 #define MS5611_ADC_READ                       		  (0x00)
 #define MS5611_PROM_READ                     		  (0xA0)

MS5611_Output_Sample_Rate Enum

برای انتخاب OSR سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:

C
 typedef enum Output_Sample_Rate
 {
 OSR_256         = 0x00 ,
 OSR_512         = 0x02 ,
 OSR_1024        = 0x04 ,
 OSR_2048        = 0x06 ,
 OSR_4096        = 0x08
 } MS5611_Output_Sample_Rate;

MS5611 struct

تمام ویژگی های سنسور، ضرایب کالیبراسیون و داده های سنسور در این Struct  تعریف شده است و تمامی اطلاعات و کانفیگ اجرا شده بر روی سنسور در این Structure ذخیره شده و می توان تغییرات در هر بخش از سنسور را در محیط Debug Session مشاهده نمود.

C
 typedef struct MS5611
  {
  	  uint8_t                         Register_Cache1;
  	  MS5611_Output_Sample_Rate       PRESSURE_SAMPLE_RATE;
  	  MS5611_Output_Sample_Rate       TEMPERATURE_SAMPLE_RATE;
  	  uint8_t 		                  PROM_DATA[PROM_DATA_BUFFER_SIZE];
  	  uint16_t                        FACTORY_DATA;
  	  uint16_t                        C1;
  	  uint16_t                        C2;
 	  uint16_t                        C3;
 	  uint16_t                        C4;
 	  uint16_t                        C5;
 	  uint16_t                        C6;
 	  uint16_t                        CRC_SERIAL_CODE;
 	  uint8_t 		                  ADC_DATA[ADC_DATA_BUFFER_SIZE];
 	  uint32_t               	      ADC_RAW_PRESSURE;
       uint32_t               	      ADC_RAW_TEMPERATURE;
 	  int32_t               	      DT;
 	  int64_t               	      T2;
 	  int64_t               	      OFF2;
 	  int64_t               	      SENS2;
 	  int64_t               	      OFF;
 	  int64_t                         SENS;
 	  float                           TEMPERATURE;
 	  float               	          PRESSURE;
 	  double 		                  ALTITUDE;
 }GebraBit_MS5611;

Declaration of functions

در پایان این فایل تمامی توابع جهت خواندن و نوشتن در رجیستر های MS5611 ، کانفیک سنسور و دریافت داده از سنسور اعلان شده است:

C
 /********************************************************
   *Declare Read&Write MS5611 Register Values Functions *
   ********************************************************/
  extern	uint8_t GB_MS5611_Burst_Read(uint8_t regAddr,uint8_t *data, uint16_t byteQuantity);
  extern	uint8_t GB_MS5611_Write_Reg_Data(uint8_t regAddr);
  /********************************************************
   *       Declare MS5611 Configuration Functions       *
   ********************************************************/
  extern void GB_MS5611_Soft_Reset ( GebraBit_MS5611 * MS5611 );
 extern void GB_MS5611_Read_PROM ( GebraBit_MS5611 * MS5611 );
 extern void GB_MS5611_Pressure_Sample_Rate(GebraBit_MS5611 * MS5611 , MS5611_Output_Sample_Rate rate);
 extern void GB_MS5611_Temperature_Sample_Rate(GebraBit_MS5611 * MS5611 , MS5611_Output_Sample_Rate rate);
 extern void	GB_MS5611_Start_Pressure_Sampling(GebraBit_MS5611 * MS5611);
 extern void	GB_MS5611_Start_Temperature_Sampling(GebraBit_MS5611 * MS5611);
 extern void GB_MS5611_Read_ADC ( GebraBit_MS5611 * MS5611 ) ;
 extern void GB_MS5611_Read_ADC_Raw_Pressure(GebraBit_MS5611* MS5611);
 extern void GB_MS5611_Read_ADC_Raw_Temperature(GebraBit_MS5611* MS5611);
 extern void GB_MS5611_initialize( GebraBit_MS5611 * MS5611 );
 extern void GB_MS5611_Calculate_Temperature(GebraBit_MS5611* MS5611);
 extern void GB_MS5611_Calculate_Temperature_Compensated_Pressure(GebraBit_MS5611* MS5611);
 extern void GB_MS5611_Altitude(GebraBit_MS5611 * MS5611);

فایل سورس GebraBit_MS5611.c

در این فایل که به زبان C نوشته شده ، تمامی توابع با جزئیات کامل، کامنت گذاری شده و تمامی پارامتر های دریافتی در آرگومان توابع و مقادیر بازگشتی از آنها ، بطور واضح توضیح داده شده است.از این رو در این قسمت به همین توضیحات اکتفا کرده و کاربران را برای اطلاعات بیشتر به بررسی مستقیم از این فایل دعوت می کنیم.

برنامه نمونه در Keil

بعد از تولید پروژه Keil با استفاده از STM32CubeMX و اضافه کردن کتابخانه GebraBit_MS5611.c ارائه شده توسط GebraBit ، به بررسی قسمت اصلی برنامه آموزشی نمونه، فایل main.c و مشاهده خروجی ماژول GebraBit MS5611 در قسمت watch در محیط Debugging برنامه Keil می پردازیم.

شرح فایل main.c

اگر به ابتدای فایل main.c دقت کنید،متوجه می شوید که هدر GebraBit_MS5611.h برای دسترسی به ساختار ها ، Enum ها و توابع مورد نیاز ماژول GebraBit MS5611 ، اضافه شده است.در قسمت بعدی متغیری به نام MS5611_Module از نوع ساختار GebraBit_MS5611 (این ساختار در هدر GebraBit_MS5611 بوده و در بخش توضیحات کتابخانه GebraBit_MS5611توضیح داده شد) که برای پیکربندی ماژول GebraBit MS5611 می باشد،تعریف شده است:

C
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
GebraBit_MS5611 MS5611_Module;
/* USER CODE END PTD */

در بخش بعدی کد نوشته شده، با استفاده از تابع GB_MS5611_initialize(&MS5611_Module) ، ماژول GebraBit MS5611 را مقدار دهی می کنیم و در نهایت در قسمت while برنامه ،داده را از سنسور خوانده و مقادیر فشار و دما و ارتفاع به طور پیوسته دریافت میشود:

C
   while (1)
    {
      /* USER CODE END WHILE */
      /* USER CODE BEGIN 3 */
  	GB_MS5611_Calculate_Temperature(&MS5611_Module);
  	GB_MS5611_Calculate_Temperature_Compensated_Pressure(&MS5611_Module);
  	GB_MS5611_Altitude(&MS5611_Module);
    }
     /* USER CODE END 3 */
 }

The “main.c” file code text:

C
/* USER CODE BEGIN Header */
/*
 * ________________________________________________________________________________________________________
 * Copyright (c) 2020 GebraBit Inc. All rights reserved.
 *
 * This software, related documentation and any modifications thereto (collectively “Software”) is subject
 * to GebraBit and its licensors' intellectual property rights under U.S. and international copyright
 * and other intellectual property rights laws.
 *
 * GebraBit and its licensors retain all intellectual property and proprietary rights in and to the Software
 * and any use, reproduction, disclosure or distribution of the Software without an express license agreement
 * from GebraBit is strictly prohibited.

 * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT
 * NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NON-INFRINGEMENT IN
 * NO EVENT SHALL GebraBit BE LIABLE FOR ANY DIRECT, SPECIAL, INDIRECT, INCIDENTAL, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES,
 * OR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM LOSS OF USE, DATA OR PROFITS, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT,
 * NEGLIGENCE OR OTHER TORTIOUS ACTION, ARISING OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE USE OR PERFORMANCE
 * OF THE SOFTWARE.
 * ________________________________________________________________________________________________________
 */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2022 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "i2c.h"
#include "spi.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "GebraBit_MS5611.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
GebraBit_MS5611 MS5611_Module;
/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_I2C1_Init();
  MX_SPI1_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
GB_MS5611_initialize(&MS5611_Module);
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
    /* USER CODE BEGIN 3 */
		GB_MS5611_Calculate_Temperature(&MS5611_Module);
		GB_MS5611_Calculate_Temperature_Compensated_Pressure(&MS5611_Module);
		GB_MS5611_Altitude(&MS5611_Module);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
  RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit = {0};

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_I2C1;
  PeriphClkInit.I2c1ClockSelection = RCC_I2C1CLKSOURCE_SYSCLK;
  if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

STLINK V2

پس از ایجاد پروژه Keil با استفاده از STM32CubeMX و افزودن کتابخانه، آداپتور STLINKV2 را متصل کرده و برنامه‌نویس STLINK V2 را به برد جبرابیت STM32F303 وصل می‌کنیم.

وقتی برنامه‌نویس STLINK V2 را به برد جبرابیت STM32F303 متصل می‌کنید، نیازی به تغذیه جداگانه ماژول نیست، زیرا ولتاژ تغذیه را مستقیماً از برنامه‌نویس STLINK V2 دریافت می‌کند.

سپس روی گزینه Build (F7) کلیک کرده و پنجره Build Output را برای بررسی خطاهای احتمالی کنترل می‌کنیم.

در نهایت وارد حالت Debug شده و با اضافه کردن MS5611_Module به پنجره  watch و اجرای برنامه ، تغییرات مقادیر دما و فشار ماژول و ارتفاع GebraBit MS5611 را مشاهده می کنیم:

با نظرات خود به تیم جبرا در بهبود کیفیت کمک کنید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سبد خرید
پیمایش به بالا