هدف ما از انجام این پروژه چیست؟
در این بخش قصد داریم سنسورSHT35 را به وسیله میکروکنترلر آرم، سری STM32F راه اندازی کنیم. به منظور استفاده راحت تر و بهینه تر در این پروژه از دو ماژول آماده GB624EN و GebraBit STM32F303 استفاده میکنیم.
این دو ماژول شامل مینیمم قطعات لازم سنسور SHT35و میکروکنترلر STM32F میباشند که توسط تیم جبرابیت جهت آسان سازی کار فراهم شده اند.
در این آموزش چه چیزهایی یاد میگیریم؟
شما در این بخش ضمن راه اندازی و استفاده از سنسور SHT35، به طور خلاصه با تمامی رجیسترهای سنسور SHT35، نحوه تنظیم بخش های مختلف میکروکنترلرSTM32 برای راه اندازی این سنسور با استفاده از پروتکل I2C، چگونگی استفاده از فایل کتابخانه و درایور مختص ماژول GB624EN، 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 نیاز | نرمافزارهای مورد نیاز |
|---|---|
| ST-LINK/V2 Programmer | Keil uVision Programmer |
| STM32 Microcontroller – ( Gebra STM32f303 ) | STM32CubeMX Program |
| ماژول سنسور رطوبت و دما Gebra SHT35 | |
| Cable and Breadboard |
توجه : با توجه به اینکه پین PA14 ماژول میکروکنترلرGebraBit STM32F303 برای پروگرام کردن میکروکنترلر استفاده میشود،تنظیم I2C بر روی پین های PA14 و PA15 در این ورژن مقدور نمی باشد،لذا در اتصال I2C به ماژول میکروکنترلرGebraBit STM32F303 در این ورژن ، ماژول GebraBit SHT35 نمی تواند به صورت Pin to Pin بر روی آن قرار گیرد.
در نهایت مقادیر دما و رطوبت 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 I2C , RCC , Debug , Clock را در میکروکنترلر STM32F303 برای راه اندازی ماژول GebraBit SHT35 را مرور می کنیم
I2C ayarları
برای برقراری ارتباط I2C بین Gebra STM32F303و ماژول سنسور رطوبت و دما Gebra SHT35، از مسیر Connectivity -> I2C گزینه Fast Mode را انتخاب کرده و پایه‌های PB8 و PB9 را به ترتیب به‌عنوان SCL و SDA تنظیم کنید.
نکته: اگر از میکروکنترلر دیگری استفاده می‌کنید یا می‌خواهید از پایه‌های متفاوتی برای I2C استفاده کنید، کافی است روی پایه دلخواه کلیک کرده و گزینه‌های i2c1_scl و i2c1_sda را انتخاب نمایید.
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_SHT35.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 SHT35 و کانفیگ های مربوط به هریک از بلوک های داخلی سنسور SHT35 به صورت STRUCT با نام GebraBit_SHT35 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 :
/************************************************
* USER REGISTER MAP *
***********************************************/
#define SHT35_I2C &hi2c
#define SHT35_SOFT_RESET_TIME 5
#define SHT35_ADDRESS 0x44
#define SHT35_WRITE_ADDRESS ((SHT35_ADDRESS<<1)|0)
#define SHT35_READ_ADDRESS ((SHT35_ADDRESS<<1)|1)
#define SHT35_READOUT_PERIODIC_MEASUREMENT_RESULT 0xE000
#define SHT35_ART 0x2B32
#define SHT35_BREAK_STOP 0x3093
#define SHT35_SOFT_RESET 0x30A2
#define SHT35_HEATER_ON 0x306D
#define SHT35_HEATER_OFF 0x3066
#define SHT35_READOUT_STATUS_REGISTER 0xF32D
#define SHT35_CLEAR_STATUS_REGISTER 0x3041
/*----------------------------------------------*
* USER REGISTER MAP End *
*----------------------------------------------*/SHT35_Ability Enum
توانایی فعال یا غیر فعال کردن بخش های مختلف سنسور در این enum تعریف شده است :
typedef enum Ability
{
Disable = 0 ,
Enable
}SHT35_Ability;SHT35_Single_Shot_Mode Enum
برای انتخاب حالات مختلف اندازه گیری مختلف سنسور در حالت Single Shot از مقادیر این enum استفاده می شود:
typedef enum Single_Shot_Mode
{
SHT35_HIGH_REPEATABILITY_CLOCK_STRETCHING = 0x2C06 ,
SHT35_MEDIUM_REPEATABILITY_CLOCK_STRETCHING = 0x2C0D ,
SHT35_LOW_REPEATABILITY_CLOCK_STRETCHING = 0x2C10 ,
SHT35_HIGH_REPEATABILITY_NO_CLOCK_STRETCHING = 0x2400 ,
SHT35_MEDIUM_REPEATABILITY_NO_CLOCK_STRETCHING = 0x240B ,
SHT35_LOW_REPEATABILITY_NO_CLOCK_STRETCHING = 0x2416
}SHT35_Single_Shot_Mode;SHT35_Periodic_Data_Acquisition_Mode Enum
برای انتخاب حالات مختلف اندازه گیری مختلف سنسور در حالت Priodic از مقادیر این enum استفاده می شود:
typedef enum Periodic_Data_Acquisition_Mode
{
SHT35_HIGH_REPEATABILITY_0P5_MPS_FREQUENCY = 0x2032 ,
SHT35_MEDIUM_REPEATABILITY_0P5_MPS_FREQUENCY = 0x2024 ,
SHT35_LOW_REPEATABILITY_0P5_MPS_FREQUENCY = 0x202F ,
SHT35_HIGH_REPEATABILITY_1_MPS_FREQUENCY = 0x2130 ,
SHT35_MEDIUM_REPEATABILITY_1_MPS_FREQUENCY = 0x2126 ,
SHT35_LOW_REPEATABILITY_1_MPS_FREQUENCY = 0x212D ,
SHT35_HIGH_REPEATABILITY_2_MPS_FREQUENCY = 0x2236 ,
SHT35_MEDIUM_REPEATABILITY_2_MPS_FREQUENCY = 0x2220 ,
SHT35_LOW_REPEATABILITY_2_MPS_FREQUENCY = 0x222B ,
SHT35_HIGH_REPEATABILITY_4_MPS_FREQUENCY = 0x2334 ,
SHT35_MEDIUM_REPEATABILITY_4_MPS_FREQUENCY = 0x2322 ,
SHT35_LOW_REPEATABILITY_4_MPS_FREQUENCY = 0x2329 ,
SHT35_HIGH_REPEATABILITY_10_MPS_FREQUENCY = 0x2737 ,
SHT35_MEDIUM_REPEATABILITY_10_MPS_FREQUENCY = 0x2721 ,
SHT35_LOW_REPEATABILITY_10_MPS_FREQUENCY = 0x272A
}SHT35_Periodic_Mode;SHT35_ Command_Status Enum
برای اطلاع از وضعیت دستورات ارسال شده به سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:
typedef enum Command_Status
{
LAST_COMMAND_PROCESSED = 0 ,
LAST_COMMAND_NOT_PROCESSED = 1
}SHT35_Command_Status;SHT35_ Checksum_Status Enum
برای اطلاع از وضعیت checksum از این enum استفاده می شود:
typedef enum Checksum_Status
{
ECKSUM_CORRECT = 0 ,
LAST_WRITE_CHECKSUM_FAILED = 1
}SHT35_Checksum_Status;SHT35_Measurement_Time Enum
برای انتخاب زمان تبدیل مقادیر داده از این enum استفاده می شود:
typedef enum Measurement_Time
{
HIGH_REPEATABILITY_15_mS = 15 ,
MEDIUM_REPEATABILITY_6_mS = 6 ,
LOW_REPEATABILITY_4_mS = 4 ,
}SHT35_Measurement_Time;SHT35_ Heater Enum
با استفاده از این enum هیتر داخلی موجود در سنسور خاموش و روشن می شود:
typedef enum Heater
{
HEATER_ENABLE = SHT35_HEATER_ON ,
HEATER_DISABLE = SHT35_HEATER_OFF
}SHT35_Heater;SHT35_Alert_Pending_Status Enum
با استفاده از این enum وضعیت اعلانات و هشدار های سنسور بررسی می شود:
typedef enum Alert_Pending_Status
{
NO_PENDING_ALERT = 0,
AT_LEAST_ONE_PENDING_ALERT = 1
} SHT35_Alert_Pending_Status;SHT35_CRC_Status Enum
با استفاده از این enum وضعیت بررسی CRC مشخص می شود:
typedef enum CRC_Status
{
CRC_ERROR = 0 ,
CRC_OK
}SHT35_CRC_Status;SHT35_Alert Enum
برای هشدار های دما و رطوبت سنسور از این enum استفاده می شود:
typedef enum Alert
{
NO_ALERT = 0,
ALERT = 1
} SHT35_Alert;SHT35_Reset_Status Enum
با استفاده از این enum وضعیت ریست سنسورمشخص می شود:
typedef enum
{
NOT_DETECTED = 0 ,
DETECTED
}SHT35_Reset_Status;
SHT35 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 SHT35
{
uint8_t Register_Cache;
SHT35_Reset RESET;
uint16_t COMMAND;
SHT35_Single_Shot_Mode SINGLE_SHOT_MODE;
SHT35_Periodic_Mode PERIODIC_MODE;
SHT35_Measurement_Time MEASUREMENT_TIME;
HTU31D_Ability ART;
uint16_t STATUS_REGISTER;
SHT35_Alert_Pending_Status ALERT_PENDING;
SHT35_Heater ON_CHIP_HEATER;
SHT35_Alert HUMIDITY_ALERT;
SHT35_Alert TEMPERATURE_ALERT;
SHT35_Command_Status COMMAND_STATUS;
SHT35_Checksum_Status CHECKSUM;
uint8_t SHT35_CRC;
SHT35_CRC_Status CRC_CHECK;
uint8_t ADC_RAW_DATA[ADC_RAW_DATA_BUFFER_SIZE];
uint16_t RAW_TEMPERATURE;
uint16_t RAW_HUMIDITY;
float TEMPERATURE;
float HUMIDITY;
// double PARTIAL_PRESSURE;
// double DEW_POINT;
}GebraBit_SHT35;Declaration of functions
در پایان این فایل تمامی توابع جهت خواندن و نوشتن در رجیستر های SHT35 ، کانفیک سنسور و دریافت داده از سنسور اعلان شده است:
/********************************************************
* Declare Read&Write SHT35 Register Values Functions *
********************************************************/
extern void GB_SHT35_Write_Command(GebraBit_SHT35 * SHT35 , uint16_t cmd);
/********************************************************
* Declare MS5611 Configuration Functions *
********************************************************/
extern void GB_SHT35_Soft_Reset ( GebraBit_SHT35 * SHT35 ) ;
extern void GB_SHT35_CRC_Check( GebraBit_SHT35 * SHT35 , uint16_t value, uint8_t crc) ;
extern void GB_SHT35_On_Chip_Heater ( GebraBit_SHT35 * SHT35 , SHT35_Heater heater ) ;
extern void GB_SHT35_Read_Serial_Number ( GebraBit_SHT35 * SHT35 ) ;
extern void GB_SHT35_Read_Diagnostic ( GebraBit_SHT35 * SHT35 ) ;
extern void GB_SHT35_Configuration(GebraBit_SHT35 * SHT35) ;
extern void GB_SHT35_Start_Conversion ( GebraBit_SHT35 * SHT35 ) ;
extern void GB_SHT35_Read_Raw_Temperature_Humidity( GebraBit_SHT35 * SHT35 ) ;
extern void GB_SHT35_Temperature ( GebraBit_SHT35 * SHT35 ) ;
extern void GB_SHT35_Humidity ( GebraBit_SHT35 * SHT35 ) ;
extern void GB_SHT35_Dew_Point( GebraBit_SHT35 * SHT35 ) ;
extern void GB_SHT35_initialize( GebraBit_SHT35 * SHT35 ) ;
extern void GB_SHT35_Get_Data(GebraBit_SHT35 * SHT35);فایل سورس GebraBit_SHT35.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_SHT35.c ارائه شده توسط GebraBit ، به بررسی قسمت اصلی برنامه آموزشی نمونه، فایل main.c و مشاهده خروجی ماژول GebraBit SHT35 در قسمت watch در محیط Debugging برنامه Keil می پردازیم.
شرح فایل main.c
به ساختار ها ، Enum ها و توابع مورد نیاز ماژول GebraBit SHT35 ، اضافه شده است.در قسمت بعدی متغیری به نام SHT35_Module از نوع ساختار GebraBit_SHT35 (این ساختار در هدر GebraBit_SHT35 بوده و در بخش توضیحات کتابخانه GebraBit_SHT35توضیح داده شد) که برای پیکربندی ماژول GebraBit SHT35 می باشد،تعریف شده است:
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
GebraBit_SHT35 SHT35_Module;
/* USER CODE END PTD */در بخش بعدی کد نوشته شده، با استفاده از تابع GB_SHT35_initialize(&SHT35_Module) و GB_SHT35_Configuration(&SHT35_Module) ماژول GebraBit SHT35 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:
/* USER CODE BEGIN 2 */
GB_SHT35_initialize(&SHT35_Module);
GB_SHT35_Configuration(&SHT35_Module);
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
GB_SHT35_Get_Data(&SHT35_Module);
}
/* USER CODE END 3 */
}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 SHT35_Module به پنجره watch و اجرای برنامه ، تغییرات مقادیر دما و رطوبت ماژول GebraBit SHT35 را مشاهده می کنیم:
