هدف ما از انجام این پروژه چیست؟
هدف این پروژه، اتصال و استفاده از سنسور محیطی BME280 به توسط آردوینو می باشد که میتوان از آن برای اندازهگیری و پایش دما، رطوبت و فشار هوا در محیطهای مختلف استفاده کرد. این سنسور قادر است شرایط محیطی را با دقت بالا اندازهگیری کرده و دادههای کاربردی ارائه دهد، که آن را برای کاربردهایی مانند پایش آبوهوا، سیستمهای هوشمند کنترل محیطی و پروژههای تحقیقاتی مناسب میسازد. کاربران میتوانند با خواندن مقادیر این سنسور، سیستمهایی توسعه دهند که به تغییرات شرایط محیطی واکنش نشان دهند و در نتیجه عملکرد و کارایی سیستم را بهبود بخشند.
در این آموزش چه چیزهایی یاد میگیریم؟
- چگونه سنسور BME280 را به آردوینو وصل کنید و ارتباط SPI را راهاندازی کنید.
- کتابخانهای را برای استفاده با آردوینو تغییر بدهید و بیشتر با نحوه کار دادههای SPI آشنا بشوید.
- چگونه دما، رطوبت و فشار هوا را بخوانید و از این دادهها برای کاربردهای واقعی استفاده کنید.
- پروژههایی مثل نظارت بر شرایط محیطی، پیشبینی آبوهوا و سیستمهای هوشمند محیطی را با این سنسور اجرا کنید و مهارتهای عملی برای ساخت سیستمهای واکنشگرا بر اساس دادههای محیطی 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، رطوبت و فشار بارومتریک Gebra BME280 |
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 BME280 را به صورت زیر به آردوینو متصل می کنیم:
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
رجیستر ها و کامند های مورد نیاز برای راه اندازی سنسور :
#define BME280_ID (0xD0)
#define BME280_RESET (0xE0)
#define BME280_TEMP_PRESS_CALIB00_CALIB25 (0x88)//0x88 TO 0xA1
#define BME280_HUMIDITY_CALIB26_CALIB41 (0xE1)//0xE1 TO 0xE7
#define BME280_CTRL_MEAS (0xF4)
#define BME280_CTRL_HUM (0xF2)
#define BME280_CONFIG (0xF5)
#define BME280_DATA_ADDR (0xF7)//PRESS_MSB
#define BME280_STATUS (0xF3)
BME280_Ability Enum
توانایی فعال یا غیر فعال کردن بخش های مختلف سنسور در این enum تعریف شده است :
typedef enum Ability
{
Disable = 0 ,
Enable
}BME280_Ability;
BME280_Power_Mode Enum
برای انتخاب حالت کاری تغذیه سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:
typedef enum Power_Mode
{
SLEEP_MODE = 0,
FORCED_MODE = 1,
NORMAL_MODE = 3
} BME280_Power_Mode;
BME280_Sensor_Oversampling Enum
برای انتخاب Oversampling سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:
typedef enum Pressure_Oversampling
{
X1_OVERSAMPLING = 1 ,
X2_OVERSAMPLING = 2 ,
X4_OVERSAMPLING = 3 ,
X8_OVERSAMPLING = 4 ,
X16_OVERSAMPLING = 5
} BME280_Sensor_Oversampling;
BME280_Inactive_Duration Enum
برای انتخاب زمان StandBy سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:
typedef enum Inactive_Duration
{
INACTIVE_DURATION_5_mS = 0 ,
INACTIVE_DURATION_62P5_mS = 1 ,
INACTIVE_DURATION_125_mS = 2 ,
INACTIVE_DURATION_250_mS = 3 ,
INACTIVE_DURATION_500_mS = 4 ,
INACTIVE_DURATION_1000_mS = 5 ,
INACTIVE_DURATION_10_mS = 6 ,
INACTIVE_DURATION_20_mS = 7
} BME280_Inactive_Duration;
BME280_IIR_Filter_Coefficient Enum
برای انتخاب مقادیر مناسب از ضرایب کالیبراسیون سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:
typedef enum IIR_Filter_Coefficient
{
FILTER_OFF = 0 ,
FILTER_COEFFICIENT_2 = 1 ,
FILTER_COEFFICIENT_4 = 2 ,
FILTER_COEFFICIENT_8 = 3 ,
FILTER_COEFFICIENT_16 = 4
} BME280_IIR_Filter_Coefficient;
BME280_Preparation Enum
مقادیر این enum آماده بودن یا نبودن داده را مشخص می کند :
typedef enum Preparation
{
IS_Ready = 0 ,
IS_NOT_Ready
}BME280_Preparation;
BME280_Reset_Status Enum
مقادیر این enum ریست شدن یا نشدن سنسور را مشخص می کند :
typedef enum
{
DONE = 0 ,
FAILED = 1
}BME280_Reset_Status;
BME280 struct
تمام ویژگی های سنسور، ضرایب کالیبراسیون و داده های سنسور در اینStruct 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.
typedef struct BME280
{
uint8_t REGISTER_CACHE;
BME280_Reset_Status RESET;
uint8_t DEVICE_ID;
BME280_Preparation CONVERSION_RESULT;
BME280_Preparation NVM_DATA;
BME280_Power_Mode POWER_MODE;
BME280_Ability TEMPERATURE;
BME280_Ability PRESSURE;
BME280_Ability HUMIDITY;
BME280_Sensor_Oversampling TEMPERATURE_OVERSAMPLING;
BME280_Sensor_Oversampling PRESSURE_OVERSAMPLING;
BME280_Sensor_Oversampling HUMIDITY_OVERSAMPLING;
BME280_IIR_Filter_Coefficient IIR_FILTER_TIME_CONATANT;
BME280_Inactive_Duration INACTIVE_DURATION;
uint8_t PRESS_TEMP_CALIBRATION_DATA[PRESS_TEMP_CALIBRATION_DATA_BUFFER_SIZE];
uint8_t HUMIDITY_CALIBRATION_DATA[HUMIDITY_CALIBRATION_DATA_BUFFER_SIZE];
int32_t dig_t1;
int32_t dig_t2;
int32_t dig_t3;
uint16_t dig_p1;
int16_t dig_p2;
int16_t dig_p3;
int16_t dig_p4;
int16_t dig_p5;
int16_t dig_p6;
int16_t dig_p7;
int16_t dig_p8;
int16_t dig_p9;
int32_t dig_h1;
int32_t dig_h2;
int32_t dig_h3;
int32_t dig_h4;
int32_t dig_h5;
int32_t dig_h6;
int32_t FINE_TEMP_RESOLUTIN;
uint8_t REGISTER_RAW_DATA_BUFFER[REGISTER_RAW_DATA_BYTE_QTY];
uint32_t REGISTER_RAW_PRESSURE;
uint32_t REGISTER_RAW_TEMPERATURE;
uint32_t REGISTER_RAW_HUMIDITY;
double COMPENSATED_TEMPERATURE;
double COMPENSATED_PRESSURE;
double ALTITUDE;
double COMPENSATED_HUMIDITY;
}GebraBit_BME280;
Declaration of functions
در پایان این فایل تمامی توابع جهت خواندن و نوشتن در رجیستر های BME280 ، کانفیک سنسور و دریافت داده از سنسور اعلان شده است:
/********************************************************
*Declare Read&Write BME280 Register Values Functions *
********************************************************/
extern uint8_t GB_BME280_Read_Reg_Data ( uint8_t regAddr,uint8_t* data);
extern uint8_t GB_BME280_Read_Reg_Bits (uint8_t regAddr,uint8_t start_bit, uint8_t len, uint8_t* data);
extern uint8_t GB_BME280_Burst_Read(uint8_t regAddr,uint8_t *data, uint16_t byteQuantity);
extern uint8_t GB_BME280_Write_Reg_Data(uint8_t regAddr, uint8_t data);
extern uint8_t GB_BME280_Write_Reg_Bits(uint8_t regAddr, uint8_t start_bit, uint8_t len, uint8_t data);
extern uint8_t GB_BME280_Burst_Write ( uint8_t regAddr,uint8_t *data, uint16_t byteQuantity);
/********************************************************
* Declare BME280 Configuration Functions *
********************************************************/
extern void GB_BME280_Soft_Reset ( GebraBit_BME280 * BME280 );
extern void GB_BME280_Get_Device_ID(GebraBit_BME280 * BME280);
extern void GB_BME280_Check_NVM_Data(GebraBit_BME280 * BME280 ) ;
extern void GB_BME280_Check_Conversion_Transferred_Register(GebraBit_BME280 * BME280 );
extern void GB_BME280_Turn_Humidity_OFF(GebraBit_BME280* BME280);
extern void GB_BME280_Humidity_OverSampling(GebraBit_BME280* BME280 ,BME280_Sensor_Oversampling hum_over);
extern void GB_BME280_Turn_Temperature_OFF(GebraBit_BME280* BME280);
extern void GB_BME280_Temperature_OverSampling(GebraBit_BME280* BME280 ,BME280_Sensor_Oversampling temp_over);
extern void GB_BME280_Turn_Pressure_OFF(GebraBit_BME280* BME280);
extern void GB_BME280_Pressure_OverSampling(GebraBit_BME280* BME280 ,BME280_Sensor_Oversampling press_over);
extern void GB_BME280_Power_Mode(GebraBit_BME280* BME280 ,BME280_Power_Mode pmode);
extern void GB_BME280_Inactive_Duration(GebraBit_BME280 * BME280 , BME280_Inactive_Duration dur ) ;
extern void GB_BME280_IIR_Filter_Coefficient (GebraBit_BME280 * BME280 , BME280_IIR_Filter_Coefficient filter);
extern void GB_BME280_Power_Mode(GebraBit_BME280* BME280 ,BME280_Power_Mode pmode);
extern void GB_BME280_Calculate_Calibration_Coefficients(GebraBit_BME280 * BME280) ;
extern void GB_BME280_Twos_Complement_Converter(int32_t *value, uint8_t length) ;
extern void GB_BME280_Compensate_Temperature(GebraBit_BME280 * BME280) ;
extern void GB_BME280_Compensate_Pressure(GebraBit_BME280 * BME280) ;
extern void GB_BME280_Compensate_Humidity(GebraBit_BME280 * BME280);
/********************************************************
* Declare BME280 DATA Functions *
********************************************************/
extern void GB_BME280_Get_Register_Raw_Pressure_Temperature_Humidity(GebraBit_BME280 * BME280 );
extern void GB_BME280_Altitude(GebraBit_BME280 * BME280);
extern void GB_BME280_Get_Data(GebraBit_BME280 * BME280 );
/********************************************************
* Declare BME280 HIGH LEVEL Functions *
********************************************************/
extern void GB_BME280_initialize( GebraBit_BME280 * BME280 );
extern void GB_BME280_Configuration(GebraBit_BME280 * BME280);
فایل سورس GebraBit_BME280.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_BME280 > temp-hum-pre
شرح فایل نمونه
در ابتدای فایل ، هدر GebraBit_BME280.h اضافه شده است تا به ساختارها، enumها و توابع مورد نیاز برای ماژول GebraBit BME280 دسترسی فراهم شود. علاوه بر این، عناصر مورد نیاز برای عملکرد این ماژول به این ساختارها افزوده شدهاند. سپس یک متغیر به نام BME280 از نوع ساختار BME280 (این ساختار در هدر GebraBit_BME280 تعریف شده و توضیحات آن در بخش توضیحات کتابخانه GebraBit BME280 آورده شده است) برای پیکربندی ماژول GebraBit BME280 تعریف میشود
GebraBit_BME280 BME280;
در بخش بعدی کد نوشته شده، با استفاده از تابع GB_BME280_initialize(&BME280_Module) ، و GB_BME280_Configuration(&BME280_MODULE) ماژول GebraBit BME280 را مقدار دهی و پیکره بندی می کنیم:
void setup() {
Serial.begin(9600);
SPI.begin();
pinMode(SPI_CS_Pin, OUTPUT);
digitalWrite(SPI_CS_Pin, HIGH);
GB_BME280_initialize(&BME280);
// Check if the device ID matches the expected value
GB_BME280_Get_Device_ID(&BME280);
if (BME280.DEVICE_ID != 0x60) {
Serial.println("Failed to initialize BME280 sensor!");
while (1);
} else {
Serial.println("BME280 sensor initialized successfully.");
}
GB_BME280_Configuration(&BME280);
}
void loop() {
GB_BME280_Get_Data(&BME280);
Serial.print("Temperature: ");
Serial.print(BME280.COMPENSATED_TEMPERATURE);
Serial.println(" °C");
Serial.print("Pressure: ");
Serial.print(BME280.COMPENSATED_PRESSURE);
Serial.println(" hPa");
Serial.print("Humidity: ");
Serial.print(BME280.COMPENSATED_HUMIDITY);
Serial.println(" %");
Serial.print("Altitude: ");
Serial.print(BME280.ALTITUDE);
Serial.println(" m");
delay(1000);
}
متن کد فایل آردوینو:
#include "GebraBit_BME280.h"
#define SPI_CS_Pin 10 // Change this if your CS pin is different
GebraBit_BME280 BME280;
void setup() {
Serial.begin(9600);
SPI.begin();
pinMode(SPI_CS_Pin, OUTPUT);
digitalWrite(SPI_CS_Pin, HIGH);
GB_BME280_initialize(&BME280);
// Check if the device ID matches the expected value
GB_BME280_Get_Device_ID(&BME280);
if (BME280.DEVICE_ID != 0x60) {
Serial.println("Failed to initialize BME280 sensor!");
while (1);
} else {
Serial.println("BME280 sensor initialized successfully.");
}
GB_BME280_Configuration(&BME280);
}
void loop() {
GB_BME280_Get_Data(&BME280);
Serial.print("Temperature: ");
Serial.print(BME280.COMPENSATED_TEMPERATURE);
Serial.println(" °C");
Serial.print("Pressure: ");
Serial.print(BME280.COMPENSATED_PRESSURE);
Serial.println(" hPa");
Serial.print("Humidity: ");
Serial.print(BME280.COMPENSATED_HUMIDITY);
Serial.println(" %");
Serial.print("Altitude: ");
Serial.print(BME280.ALTITUDE);
Serial.println(" m");
delay(1000);
}
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