هدف ما از انجام این پروژه چیست؟
هدف این پروژه، اتصال و استفاده از سنسور دما و رطوبت HTU31D توسط آردوینو میباشد که میتوان از آن برای اندازهگیری و پایش دقیق شرایط محیطی استفاده کرد. این سنسور قادر است دما و رطوبت نسبی محیط را تشخیص داده و مقادیر قابل اعتمادی ارائه دهد، که آن را برای کاربردهایی مانند کنترل خودکار تهویه، نظارت بر شرایط گلخانه و مدیریت محیطهای حساس مناسب میسازد. کاربران میتوانند با خواندن مقادیر این سنسور، سیستمهایی توسعه دهند که به تغییرات دما و رطوبت واکنش نشان دهند و در نتیجه بهرهوری انرژی و کارایی سیستم را بهبود بخشند.
در این آموزش چه چیزهایی یاد میگیریم؟
- چگونه سنسور HTU31D را به آردوینو وصل کنید و ارتباط I2C را راهاندازی کنید.
- کتابخانهای را برای استفاده با آردوینو تغییر دهید و بیشتر با نحوه کار دادههای I2C آشنا شوید.
- چگونه مقادیر دما و رطوبت را بخوانید و از این دادهها برای کاربردهای واقعی استفاده کنید.
- پروژههایی مانند کنترل خودکار تهویه و نظارت بر محیط را با این سنسور اجرا کنید و مهارتهای عملی برای ساخت سیستمهای واکنشگرا بر اساس تغییرات دما و رطوبت یاد بگیرید.
این آموزش به شما کمک میکند سنسور را به درستی راهاندازی کنید و دادهها را به صورت لحظهای با آردوینو بخوانید.
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 نیاز | نرمافزارهای مورد نیاز |
---|---|
Arduino Programmer | Arduino IDE |
Arduino Development Board- ( Arduino UNO ) | |
ماژول سنسور دما و رطوبت نسبی GebraBit HTU31D |
GebraMS برای راحتی شما، کتابخانههای ویژهای را برای اکثر پروژههای آردوینو آماده کرده است.
شما باید کتابخانه آماده شده توسط GebraMS را دانلود کرده و آن را به Arduino IDE خود اضافه کنید.
ابتدا مانند تصویر زیر ماژول GebraBit HTU31D را به صورت زیر به آردوینو متصل می کنیم:
سپس کتابخانه GebraBit HTU31D را دانلود و به نرم افزار آردوینو اضافه کنید.
سورس کد
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.
USER REGISTER MAP
نقشه رجیستری یا Command های سنسور در این بخش تعریف شده است :
/************************************************
* USER REGISTER MAP *
************************************************/
#define HTU31D_ADDRESS 0x40
#define HTU31D_CONVERSION 0x40
#define HTU31D_READ_TEMPERATURE_HUMIDITY 0x00
#define HTU31D_READ_HUMIDITY 0x10
#define HTU31D_RESET 0x1E
#define HTU31D_HEATER_ON 0x04
#define HTU31D_HEATER_OFF 0x02
#define HTU31D_READ_SERIAL_NUMBER 0x0A
#define HTU31D_READ_DIAGNOSTIC 0x08
// Processing constants
#define HTU31D_TEMPERATURE_COEFFICIENT (float)(-0.15)
#define HTU31D_CONSTANT_A (float)(8.1332)
#define HTU31D_CONSTANT_B (float)(1762.39)
#define HTU31D_CONSTANT_C (float)(235.66)
// Coefficients for temperature computation
#define TEMPERATURE_COEFF_MUL (175.72)
#define TEMPERATURE_COEFF_ADD (-46.85)
// Coefficients for relative humidity computation
#define HUMIDITY_COEFF_MUL (125)
#define HUMIDITY_COEFF_ADD (-6)
/*----------------------------------------------*
* USER REGISTER MAP End *
*----------------------------------------------*/
HTU31D_Ability Enum
توانایی فعال یا غیر فعال کردن بخش های مختلف سنسور در این enum تعریف شده است :
typedef enum Ability
{
Disable = 0 ,
Enable
}HTU31D_Ability;
HTU31D_Action Enum
برای فعال و غیر فعال کردن بخش های مختلف سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:
typedef enum Action
{
DEACTIVE = 0,
ACTIVE = 1
}HTU31D_Action;
HTU31D_ Humidity_OSR Enum
برای تنظیمات OSR سنسور رطوبت از مقادیر این enum استفاده می شود:
typedef enum Humidity_OSR
{
HUMIDITY_OSR_0 = 0x00 ,
HUMIDITY_OSR_1 = 0x08 ,
HUMIDITY_OSR_2 = 0x10 ,
HUMIDITY_OSR_3 = 0x18
}HTU31D_Humidity_OSR;
HTU31D_ Temperature_OSR Enum
برای تنظیمات OSR سنسور دما از مقادیر این enum استفاده می شود:
typedef enum Temperature_OSR
{
TEMPERATURE_OSR_0 = 0x00 ,
TEMPERATURE_OSR_1 = 0x02 ,
TEMPERATURE_OSR_2 = 0x04 ,
TEMPERATURE_OSR_3 = 0x06
}HTU31D_Temperature_OSR;
HTU31D_Humidity_Conversion_Time Enum
برای انتخاب زمان تبدیل مقادیر رطوبت از مقادیر این enum استفاده می شود:
typedef enum Humidity_Conversion_Time
{
HUMIDITY_OSR_0_MEASUREMENT_TIME = 1 ,
HUMIDITY_OSR_1_MEASUREMENT_TIME = 2 ,
HUMIDITY_OSR_2_MEASUREMENT_TIME = 4 ,
HUMIDITY_OSR_3_MEASUREMENT_TIME = 8
}HTU31D_Humidity_Conversion_Time;
HTU31D_Temperature_Conversion_Time Enum
برای انتخاب زمان تبدیل مقادیر دما از مقادیر این enum استفاده می شود:
typedef enum Temperature_Conversion_Time
{
TEMPERATURE_OSR_0_MEASUREMENT_TIME = 2 ,
TEMPERATURE_OSR_1_MEASUREMENT_TIME = 4 ,
TEMPERATURE_OSR_2_MEASUREMENT_TIME = 7 ,
TEMPERATURE_OSR_3_MEASUREMENT_TIME = 13
}HTU31D_Temperature_Conversion_Time;
enum HTU31D_CRC_Status
با استفاده از این enum وضعیت بررسی CRC مشخص می شود:
typedef enum CRC_Status
{
CRC_ERROR = 0 ,
CRC_OK
}HTU31D_CRC_Status;
HTU31D_Reset_Status Enum
با استفاده از این enum وضعیت ریست سنسورمشخص می شود:
typedef enum
{
FAILED = 0 ,
DONE
}HTU31D_Reset_Status;
HTU31D 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:
/*************************************************
* Defining HTU31D Register & Data As Struct *
**************************************************/
typedef struct HTU31D
{
uint8_t Register_Cache;
HTU31D_Reset_Status RESET;
uint32_t SERIAL_NUMBER;
uint8_t DIAGNOSTIC;
HTU31D_Action NVM_CRC_ERROR;
HTU31D_Action HUMIDITY_UNDER_OVER_RUN;
HTU31D_Action HUMIDITY_ABOVE_120RH_ERROR;
HTU31D_Action HUMIDITY_BELOW_10RH_ERROR ;//-10
HTU31D_Action TEMPERATURE_UNDER_OVER_RUN;
HTU31D_Action TEMPERATURE_ABOVE_150_ERROR;
HTU31D_Action TEMPERATURE_BELOW_50_ERROR ;//-50
HTU31D_Heater ON_CHIP_HEATER;
HTU31D_Humidity_OSR HUMIDITY_OSR;
HTU31D_Temperature_OSR TEMPERATURE_OSR;
HTU31D_Humidity_Conversion_Time HUMIDITY_CONVERSION_TIME;
HTU31D_Temperature_Conversion_Time TEMPERATURE_CONVERSION_TIME;
uint8_t ADC_RAW_DATA[ADC_RAW_DATA_BUFFER_SIZE];
uint16_t RAW_TEMPERATURE;
uint16_t RAW_HUMIDITY;
uint8_t HTU31D_CRC;
HTU31D_CRC_Status CRC_CHECK;
float TEMPERATURE;
float HUMIDITY;
// double PARTIAL_PRESSURE;
// double DEW_POINT;
}GebraBit_HTU31D;
Declaration of functions
در پایان این فایل تمامی توابع جهت خواندن و نوشتن در رجیستر های HTU31D ، کانفیک سنسور و دریافت داده از سنسور اعلان شده است:
/********************************************************
* Declare Read&Write HTU31D Register Values Functions *
********************************************************/
extern void GB_HTU31D_Write_Command( uint8_t cmd);
/********************************************************
* Declare HTU31D Configuration Functions *
********************************************************/
extern void GB_HTU31D_Soft_Reset ( GebraBit_HTU31D * HTU31D ) ;
extern void GB_HTU31D_CRC_Check( GebraBit_HTU31D * HTU31D , uint16_t value, uint8_t crc) ;
extern void GB_HTU31D_On_Chip_Heater ( GebraBit_HTU31D * HTU31D , HTU31D_Heater heater ) ;
extern void GB_HTU31D_Read_Serial_Number ( GebraBit_HTU31D * HTU31D ) ;
extern void GB_HTU31D_Read_Diagnostic ( GebraBit_HTU31D * HTU31D ) ;
extern void GB_HTU31D_Humidity_OSR ( GebraBit_HTU31D * HTU31D , HTU31D_Humidity_OSR osr ) ;
extern void GB_HTU31D_Temperature_OSR ( GebraBit_HTU31D * HTU31D , HTU31D_Temperature_OSR osr ) ;
extern void GB_HTU31D_Configuration(GebraBit_HTU31D * HTU31D) ;
extern void GB_HTU31D_Start_Conversion ( GebraBit_HTU31D * HTU31D ) ;
extern void GB_HTU31D_Read_Raw_Temperature_Humidity( GebraBit_HTU31D * HTU31D ) ;
extern void GB_HTU31D_Temperature ( GebraBit_HTU31D * HTU31D ) ;
extern void GB_HTU31D_Humidity ( GebraBit_HTU31D * HTU31D ) ;
extern void GB_HTU31D_Dew_Point( GebraBit_HTU31D * HTU31D ) ;
extern void GB_HTU31D_initialize( GebraBit_HTU31D * HTU31D ) ;
extern void GB_HTU31D_Get_Data(GebraBit_HTU31D * HTU31D);
فایل سورس GebraBit_HTU31D.cpp
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 آردوینو
بعد از اتصال ماژول به آردوینو و اضافه کردن کتابخانه سنسور به نرم افزار آردوینو به مسیر زیر بروید و کد نمونه را باز کنید. File > Examples > GebraBit_HTU31D > Temp-Humid
شرح فایل نمونه
اگر به ابتدای فایل main.c دقت کنید،متوجه می شوید که هدر GebraBit_HTU31D.h برای دسترسی به ساختار ها ، Enum ها و توابع مورد نیاز ماژول GebraBit HTU31D ، اضافه شده است.در قسمت بعدی متغیری به نام HTU31D_Module از نوع ساختار GebraBit_HTU31D (این ساختار در هدر GebraBit_HTU31D بوده و در بخش توضیحات کتابخانه GebraBit_HTU31Dتوضیح داده شد) که برای پیکربندی ماژول GebraBit HTU31D می باشد،تعریف شده است
GebraBit_HTU31D HTU31D;
در بخش بعدی کد نوشته شده، با استفاده از تابع GB_HTU31D_initialize(&HTU31D_Module) و GB_HTU31D_Configuration(&HTU31D_Module) ماژول GebraBit HTU31D را مقدار دهی می کنیم و در نهایت در قسمت while برنامه ،داده را از سنسور خوانده و مقادیر رطوبت و دما به طور پیوسته دریافت میشود:
void setup() {
Wire.begin(); // Initialize the I2C bus
Serial.begin(9600); // Initialize serial communication for debugging
GB_HTU31D_initialize(&HTU31D); // Initialize the HTU31D sensor
GB_HTU31D_Configuration(&HTU31D); // Configure the HTU31D sensor
}
void loop() {
GB_HTU31D_Get_Data(&HTU31D); // Read data from the sensor
Serial.print("Temperature: ");
Serial.print(HTU31D.TEMPERATURE);
Serial.println(" °C");
Serial.print("Humidity: ");
Serial.print(HTU31D.HUMIDITY);
Serial.println(" %");
delay(2000); // Delay between readings
}
متن کد فایل آردوینو:
#include "GebraBit_HTU31D.h"
GebraBit_HTU31D HTU31D;
void setup() {
Wire.begin(); // Initialize the I2C bus
Serial.begin(9600); // Initialize serial communication for debugging
GB_HTU31D_initialize(&HTU31D); // Initialize the HTU31D sensor
GB_HTU31D_Configuration(&HTU31D); // Configure the HTU31D sensor
}
void loop() {
GB_HTU31D_Get_Data(&HTU31D); // Read data from the sensor
Serial.print("Temperature: ");
Serial.print(HTU31D.TEMPERATURE);
Serial.println(" °C");
Serial.print("Humidity: ");
Serial.print(HTU31D.HUMIDITY);
Serial.println(" %");
delay(2000); // Delay between readings
}
آردوینو خود را به کامپیوتر متصل کنید و مدل و پورت آردوینو خود را انتخاب کنید.
سپس نمونه کد را ابتدا Verify و سپس Upload کنید
بعد از Upload کردن کد Serial Monitor را باز کرده و می توانید خروجی های سنسور را مشاهده کنید