هدف ما از انجام این پروژه چیست؟
هدف این پروژه، اتصال و استفاده از سنسور نور محیطی APDS-9306 توسط آردوینو می باشد که می توان برای اندازهگیری و پایش شدت نور در محیطهای مختلف استفاده شود. این سنسور قادر است سطح نور محیط را تشخیص داده و مقادیر دقیق لوکس را ارائه دهد، که آن را برای کاربردهایی مانند کنترل خودکار روشنایی، تنظیم روشنایی صفحهنمایش و نظارت بر محیط مناسب میسازد. کاربران میتوانند با خواندن مقادیر این سنسور سیستمهایی توسعه دهند که به تغییرات شرایط نوری واکنش نشان دهند و در نتیجه بهرهوری انرژی و کارایی سیستم را بهبود بخشند.
در این آموزش چه چیزهایی یاد میگیریم؟
- چگونه سنسور APDS-9306 را به آردوینو وصل کنید و ارتباط I2C را راه اندازی کنید.
- کتابخانه ای را برای استفاده با آردوینو تغییر بدهید و بیشتر با نحوه کار دادههای I2C آشنا بشوید.
- چگونه میزان نور محیط را به لوکس بخوانید و از این دادهها برای کاربردهای واقعی استفاده کنید.
- پروژههایی مثل روشنایی خودکار و نظارت بر محیط را با این سنسور اجرا کنید و مهارتهای عملی برای ساخت سیستمهای واکنشگرا بر اساس شدت نور 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 نور محیط دیجیتال لوکس Gebra APDS-9306-065 |
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.
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 APDS9306_MAIN_CTRL 0x00
#define APDS9306_ALS_MEAS_RATE 0x04
#define APDS9306_ALS_GAIN 0x05
#define APDS9306_PART_ID 0x06
#define APDS9306_MAIN_STATUS 0x07
#define APDS9306_CLEAR_DATA_0 0x0A
#define APDS9306_CLEAR_DATA_1 0x0B
#define APDS9306_CLEAR_DATA_2 0x0C
#define APDS9306_ALS_DATA_0 0x0D
#define APDS9306_ALS_DATA_1 0x0E
#define APDS9306_ALS_DATA_2 0x0F
#define APDS9306_INT_CFG 0x19
#define APDS9306_INT_PERSISTENCE 0x1A
#define APDS9306_ALS_THRES_UP_0 0x21
#define APDS9306_ALS_THRES_UP_1 0x22
#define APDS9306_ALS_THRES_UP_2 0x23
#define APDS9306_ALS_THRES_LOW_0 0x24
#define APDS9306_ALS_THRES_LOW_1 0x25
#define APDS9306_ALS_THRES_LOW_2 0x26
#define APDS9306_ALS_THRES_VAR 0x27
#define APDS9306_ADDRESS 0x52
/*----------------------------------------------*
* USER REGISTER MAP End *
*----------------------------------------------*/
APDS-9306_Ability Enum
برای فعال و غیر فعال کردن بخش های مختلف سنسوراز این enum استفاده میشود :
typedef enum Ability
{
Disable = 0 ,
Enable
}APDS9306_Ability;
APDS-9306_ALS_Gain Enum
برای تنظیم گین سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:
typedef enum ALS_Gain
{
ALS_GAIN_1X = 0,
ALS_GAIN_3X = 1,
ALS_GAIN_6X = 2,
ALS_GAIN_9X = 3,
ALS_GAIN_18X = 4,
} APDS9306_ALS_Gain;
APDS-9306_ Interrupt_Channel Enum
برای تنظیم منبع وقوع وقفه در سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:
typedef enum Interrupt_Channel
{
CLEAR_CHANNEL = 0 ,
ALS_CHANNEL
}APDS9306_Interrupt_Channel;
APDS-9306_Resolution Enum
برای انتخاب وضوح و رزولوشن سنسوراز مقادیر این enum استفاده می شود:
typedef enum Resolution
{
_20_BIT_400_mS,
_19_BIT_200_mS,
_18_BIT_100_mS,
_17_BIT_50_mS ,
_16_BIT_25_mS ,
_13_BIT_3P125_mS
} APDS9306_ALS_Resolution;
APDS-9306_ Measurement_Rate Enum
نرخ اندازه گیری مقادیر داده توسط سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:
typedef enum Measurement_Rate
{
ALS_MEASRATE_25_mS,
ALS_MEASRATE_50_mS,
ALS_MEASRATE_100_mS,
ALS_MEASRATE_200_mS,
ALS_MEASRATE_500_mS,
ALS_MEASRATE_1000_mS,
ALS_MEASRATE_2000_mS,
} APDS9306_Measurement_Rate;
APDS-9306_Data_Status Enum
مقادیر این Enum مشخص می کند دیتای خوانده شده مقادیر جدید می باشد یا قدیمی:
typedef enum Data_Status
{
OLD_DATA = 0 ,
NEW_DATA
}APDS-9306_Data_Status;
APDS-9306_ Interrupt_Status Enum
برای اگاهی از انجام شدن وقفه در سنسور از مقادیر این Enum استفاده می شود :
typedef enum Interrupt_Status
{
INTERRUPT_NOT_FULFILLED = 0 ,
INTERRUPT_FULFILLED
}APDS9306_Interrupt_Status;
APDS-9306_Interrupt_Mode Enum
با استفاده از این enum نوع وقفه سنسور انتخاب می شود:
typedef enum Interrupt_Mode
{
ALS_THRESHOLD_INTERRUPT = 0,
ALS_VARIATION_INTERRUPT
}APDS9306_Interrupt_Mode;
APDS-9306_Power_Status Enum
بروز خطا در تغذیه سنسور با استفاده از مقادیر این enum مشخص میشود.
typedef enum Power_Status
{
NO_POWER_ISSUE = 0 ,
POWER_ISSUE
}APDS9306_Power_Status;
APDS-9306_Interrupt_Persist Enum
با استفاده از این enum مشخص می شود که بعد از تکرار چند بار از یک حالت وقفه انجام شود:
typedef enum Interrupt_Persist
{
EVERY_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
CONSECUTIVE_2_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
CONSECUTIVE_3_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
CONSECUTIVE_4_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
CONSECUTIVE_5_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
CONSECUTIVE_6_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
CONSECUTIVE_7_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
CONSECUTIVE_8_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
CONSECUTIVE_9_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
CONSECUTIVE_10_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
CONSECUTIVE_11_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
CONSECUTIVE_12_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
CONSECUTIVE_13_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
CONSECUTIVE_14_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
CONSECUTIVE_15_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
CONSECUTIVE_16_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
} APDS-9306_Interrupt_Persist;
APDS-9306_Reset_Status Enum
با استفاده از این enum وضعیت ریست سنسورمشخص می شود:
typedef enum
{
FAILED = 0 ,
DONE
}APDS-9306_Reset_Status;
APDS-9306 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:
typedef struct APDS9306
{
uint8_t Register_Cache;
uint8_t PART_ID;
APDS9306_Reset_Status RESET;
APDS9306_Ability ALS;
APDS9306_ALS_Gain ALS_GAIN;
float ALS_GAIN_VALUE;
APDS9306_Measurement_Rate MEASUREMENT_RATE;
APDS9306_ALS_Resolution ALS_RESOLUTION;
float ALS_RESOLUTION_TIME;
APDS9306_Power_Status POWER_STATUS;
APDS9306_Data_Status DATA;
APDS9306_Ability INTERRUPT;
APDS9306_Interrupt_Channel INTERRUPT_CHANNEL;
APDS9306_Interrupt_Mode INTERRUPT_MODE;
APDS9306_Interrupt_Persist INTERRUPT_PERSIST;
APDS9306_Interrupt_Status INTERRRUPT_STATUS;
uint32_t INTERRUPT_UPPER_THRESHOLD;
uint32_t INTERRUPT_LOWER_THRESHOLD;
uint8_t REGISTER_DATA[REGISTER_DATA_BUFFER_SIZE];
uint32_t CLEAR_DATA;
uint32_t ALS_DATA;
float LUMINOSITY;
}GebraBit_APDS9306;
Declaration of functions
در پایان این فایل تمامی توابع جهت خواندن و نوشتن در رجیستر های APDS-9306 ، کانفیک سنسور و دریافت داده از سنسور اعلان شده است:
/********************************************************
* Declare Read&Write APDS9306 Register Values Functions *
********************************************************/
extern void GB_APDS9306_Read_Reg_Data(uint8_t regAddr, uint8_t *data) ;
extern void GB_APDS9306_Burst_Read(uint8_t regAddr, uint8_t *data, uint16_t byteQuantity);
extern void GB_APDS9306_Read_Reg_Bits (uint8_t regAddr, uint8_t start_bit, uint8_t len, uint8_t* data);
extern void GB_APDS9306_Write_Command( uint8_t cmd);
extern void GB_APDS9306_Write_Reg_Data(uint8_t regAddr, uint8_t data) ;
extern void GB_APDS9306_Burst_Write(uint8_t regAddr, uint8_t *data, uint16_t byteQuantity) ;
extern void GB_APDS9306_Write_Reg_Bits(uint8_t regAddr, uint8_t start_bit, uint8_t len, uint8_t data);
/********************************************************
* Declare APDS9306 Configuration Functions *
********************************************************/
extern void GB_APDS9306_Soft_Reset ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 ) ;
extern void GB_APDS9306_ALS ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , APDS9306_Ability als );
extern void GB_APDS9306_ALS_Gain ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , APDS9306_ALS_Gain gain ) ;
extern void GB_APDS9306_Measurement_Repeat_Rate ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , APDS9306_Measurement_Rate rate ) ;
extern void GB_APDS9306_ALS_Resolution ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , APDS9306_ALS_Resolution res ) ;
extern void GB_APDS9306_Read_Part_ID ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 ) ;
extern void GB_APDS9306_Read_STATUS ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 ) ;
extern void GB_APDS9306_Interrupt_Channel ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , APDS9306_Interrupt_Channel intr );
extern void GB_APDS9306_Interrupt_Mode ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , APDS9306_Interrupt_Mode mode ) ;
extern void GB_APDS9306_Interrupt( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , APDS9306_Ability intpt ) ;
extern void GB_APDS9306_Interrupt_Persist ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , APDS9306_Interrupt_Persist persist ) ;
extern void GB_APDS9306_Interrupt_Upper_Threshold ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , uint32_t upthr ) ;
extern void GB_APDS9306_Interrupt_Lower_Threshold ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , uint16_t lothr ) ;
extern void GB_APDS9306_initialize( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 ) ;
extern void GB_APDS9306_Configuration(GebraBit_APDS9306 * APDS9306) ;
extern void GB_APDS9306_Get_Raw_Data(GebraBit_APDS9306 * APDS9306);
extern void GB_APDS9306_Luminosity_Reading(GebraBit_APDS9306 * APDS9306);
extern void GB_APDS9306_Get_Data(GebraBit_APDS9306 * APDS9306);
#endif
فایل سورس GebraBit_APDS-9306.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_APDS9306 > Luminosity
شرح فایل نمونه
در ابتدای فایل، هدر GebraBit_APDS9306.h اضافه شده است تا به ساختارها، enum ها و توابع مورد نیاز برای ماژول GebraBit APDS9306 دسترسی فراهم شود. علاوه بر این، عناصر مورد نیاز برای عملکرد این ماژول به این ساختارها افزوده شدهاند. سپس یک متغیر به نام APDS9306 از نوع ساختار GebraBit_APDS9306 (این ساختار در هدر GebraBit_APDS9306 تعریف شده و توضیحات آن در بخش توضیحات کتابخانه GebraBit APDS9306 آورده شده است) برای پیکربندی ماژول GebraBit APDS9306 تعریف میشود.
GebraBit_APDS9306 APDS9306;
در بخش بعدی کد نوشته شده، با استفاده از تابع GB_APDS9306_initialize(&APDS9306_Module) و GB_APDS9306_Configuration(&APDS9306_Module) ماژول GebraBit APDS9306 را مقدار دهی می کنیم و در نهایت در قسمت loop برنامه ،داده را از سنسور خوانده و مقادیر روشنایی به طور پیوسته دریافت میشود:
void setup() {
Wire.begin(); // Initialize the I2C bus
Serial.begin(9600); // Initialize serial communication for debugging
GB_APDS9306_initialize(&APDS9306); // Initialize the APDS9306 sensor
GB_APDS9306_Configuration(&APDS9306); // Configure the APDS9306 sensor
}
void loop() {
GB_APDS9306_Get_Data(&APDS9306); // Read data from the sensor
Serial.print("luminosity: ");
Serial.print(APDS9306.LUMINOSITY);
Serial.println(" lx");
delay(2000); // Delay between readings
}
متن کد فایل آردوینو:
#include "GebraBit_APDS9306.h"
GebraBit_APDS9306 APDS9306;
void setup() {
Wire.begin(); // Initialize the I2C bus
Serial.begin(9600); // Initialize serial communication for debugging
GB_APDS9306_initialize(&APDS9306); // Initialize the APDS9306 sensor
GB_APDS9306_Configuration(&APDS9306); // Configure the APDS9306 sensor
}
void loop() {
GB_APDS9306_Get_Data(&APDS9306); // Read data from the sensor
Serial.print("luminosity: ");
Serial.print(APDS9306.LUMINOSITY);
Serial.println(" lx");
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