پروژه Arduino با سنسور TSL25721

هدف این پروژه چیست؟

هدف این پروژه، واسط کردن سنسور نور محیطی TSL2572 با Arduino برای اندازه‌گیری و پایش شدت نور در محیط‌های مختلف است. این سنسور می‌تواند سطح نور محیط را تشخیص دهد و مقادیر دقیق لکس را ارائه دهد که آن را برای کاربردهایی مانند کنترل خودکار روشنایی، تنظیم روشنایی صفحه نمایش و پایش محیطی ایده‌آل می‌کند. کاربران می‌توانند با خواندن لحظه‌ای سطح نور، سیستم‌هایی طراحی کنند که به تغییرات شرایط نوری واکنش نشان داده و بهره‌وری انرژی و کاربردپذیری را افزایش دهند.


در این آموزش چه چیزهایی خواهید آموخت؟

  • اتصال سنسور TSL2572 به Arduino و برقراری ارتباط I2C
  • استفاده از یک کتابخانه موجود برای یکپارچه‌سازی بدون نقص و افزایش درک پردازش داده‌های I2C
  • خواندن سطوح نور محیط به واحد لوکس با استفاده از TSL2572 و تفسیر داده‌ها برای کاربردهای عملی
  • پیاده‌سازی پروژه‌های مبتنی بر سنسور برای کنترل خودکار روشنایی و پایش محیطی و کسب مهارت‌های عملی در ایجاد سیستم‌های حساس به شدت نور

این راهنمای عملی، اطلاعات ارزشمندی درباره یکپارچه‌سازی سنسور با Arduino و پایش داده‌های لحظه‌ای ارائه می‌دهد.

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
Arduino ProgrammerArduino IDE
Arduino Development Board- ( Arduino UNO )
ماژول سنسور نور محیط GebraBit TSL2572

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، همان‌طور که در تصویر زیر نشان داده شده است، ماژول Gebra TSL2572 را به این شکل به Arduino UNO متصل می‌کنیم:

سپس کتابخانه GebraBit TSL2572 را دانلود کرده و 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 رجیستر یا دستورات سنسور در این بخش تعریف شده‌اند:

C
/************************************************
 *              USER REGISTER MAP               *
 ***********************************************/
#define TSL25721_ADDRESS               0x39
#define TSL25721_ENABLE                0x00
#define TSL25721_ATIME                 0x01
#define TSL25721_WTIME                 0x03
#define TSL25721_AILTL                 0x04
#define TSL25721_AILTH                 0x05
#define TSL25721_AIHTL                 0x06
#define TSL25721_AIHTH                 0x07
#define TSL25721_PERS                  0x0C
#define TSL25721_CONFIG                0x0D
#define TSL25721_CONTROL               0x0F
#define TSL25721_ID                    0x12
#define TSL25721_STATUS                0x13
#define TSL25721_C0DATA                0x14
#define TSL25721_C0DATAH               0x15
#define TSL25721_C1DATA                0x16
#define TSL25721_C1DATAH               0x17
#define TSL25721_ALS_INTERRUPT_CLEAR   0xE6
#define GLASS_ATTENUATION              1.0f  // 1 because in open air
/*----------------------------------------------*
 *           USER REGISTER MAP End              *
 *----------------------------------------------*/

TSL25721_Ability Enum

این enum برای فعال و غیرفعال کردن بخش‌های مختلف سنسور استفاده می‌شود:

C
typedef enum ALS_Mode
{
	STANDBY = 0 ,
	ACTIVE
}LTR303ALS_ALS_Mode;

TSL25721_Reset_Status Enum

با استفاده از این enum، وضعیت ریست سنسور تعیین می‌شود:

C
typedef enum
{
	FAILED = 0 ,
	DONE
}TSL25721 _Reset_Status;

TSL25721_ALS_Mode Enum

با استفاده از این enum، حالت کاری سنسور انتخاب می‌شود:

C
 typedef enum ALS_Mode
 {
 	STANDBY = 0 ,
 	ACTIVE
 }TSL25721_ALS_Mode;

TSL25721_ALS_Gain Enum

مقادیر این enum برای تنظیم گین (gain) سنسور استفاده می‌شوند:

C
 typedef enum ALS_Gain
 {
   ALS_GAIN_1X   = 0 ,
   ALS_GAIN_8X   = 1 ,
   ALS_GAIN_16X  = 2 ,
   ALS_GAIN_120X = 3
 } TSL25721_ALS_Gain;

TSL25721_ Integration_Time Enum

مقادیر این enum برای انتخاب زمان ادغام داده‌های سنسور (Integration time) استفاده می‌شوند:

C
 typedef enum Integration_Time
 {
   _2P73_mS_INTEGRATION_TIME = 0xFF ,
   _27P3_mS_INTEGRATION_TIME = 0xF6 ,
   _101_mS_INTEGRATION_TIME  = 0xDB ,
   _175_mS_INTEGRATION_TIME  = 0xC0 ,
   _699_mS_INTEGRATION_TIME  = 0x00
 } TSL25721_Integration_Time;

TSL25721_ Measurement_Rate Enum

میزان نرخ نمونه‌برداری داده‌های سنسور توسط مقادیر این enum تعیین می‌شود:

C
 typedef enum Measurement_Rate
  {
    ALS_MEASRATE_50_mS  ,
    ALS_MEASRATE_100_mS ,
    ALS_MEASRATE_200_mS ,
    ALS_MEASRATE_500_mS ,
    ALS_MEASRATE_1000_mS,
    ALS_MEASRATE_2000_mS,
 } TSL25721 _Measurement_Rate;

TSL25721_ Data_Status Enum

مقادیر این enum تعیین می‌کنند که داده‌های خوانده‌شده، مقادیر جدید هستند یا قدیمی:

C
typedef enum Data_Status
{
	OLD_DATA = 0 ,
	NEW_DATA
}TSL25721 _Data_Status;

TSL25721_ Interrupt_Status Enum

مقادیر این enum برای اطلاع‌رسانی درباره وقفه (interrupt) در سنسور استفاده می‌شوند:

C
 typedef enum Interrupt_Status
 {
 	INTERRUPT_INACTIVE = 0 ,
 	INTERRUPT_ACTIVE
 }TSL25721_Interrupt_Status;

TSL25721_Data_Valid Enum

درستی داده‌های سنسور با استفاده از مقادیر این enum تعیین می‌شود:

C
 typedef enum Data_Valid
 {
 	DATA_IS_INVALID = 0 ,
 	DATA_IS_VALID
 }TSL25721_Data_Valid;

TSL25721_Interrupt_Persist Enum

با استفاده از این enum تعیین می‌شود که پس از چند بار تکرار یک حالت، وقفه (interrupt) باید رخ دهد:

C
 typedef enum Interrupt_Persist
  {
      EVERY_ALS_CYCLE,
      CONSECUTIVE_1_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
      CONSECUTIVE_2_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
      CONSECUTIVE_3_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
      CONSECUTIVE_5_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
      CONSECUTIVE_10_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
  	CONSECUTIVE_15_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
 	CONSECUTIVE_20_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
 	CONSECUTIVE_25_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
 	CONSECUTIVE_30_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
 	CONSECUTIVE_35_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
 	CONSECUTIVE_40_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
 	CONSECUTIVE_45_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
 	CONSECUTIVE_50_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
 	CONSECUTIVE_55_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
 	CONSECUTIVE_60_ALS_VALUE_OUT_OF_THR_RANGE,
 } TSL25721_Interrupt_Persistence;

TSL25721 struct

تمام خصوصیات سنسور، ضرایب کالیبراسیون و داده‌های سنسور در این «struct» تعریف شده‌اند و همه اطلاعات و تنظیمات اعمال‌شده روی سنسور در این «structure» ذخیره می‌شوند و می‌توانید تغییرات هر بخش از سنسور را در محیط «Debug Session» مشاهده کنید.

C
 typedef	struct TSL25721
  {
  	  uint8_t                         Register_Cache;
  	  uint8_t			              PART_ID;
  	  TSL25721_Ability 				  ALS;
  	  TSL25721_Ability                OSCILLATOR;
  	  TSL25721_Ability 				  WAIT_TIMER;
  	  TSL25721_Ability	              WAIT_LONG_12X;
  	  float				              WAIT_TIME_mS;
 	  uint8_t						  WAIT_TIME;
 	  float				              WAIT_TIME_STEP;
 	  TSL25721_Ability                INTERRUPT;
 	  TSL25721_Ability			      SLEEP_AFTER_INTERRUPT;
 	  float							  INTEGRATION_TIME_mS;
 	  uint8_t						  INTEGRATION_TIME;
 	  float				              INTEGRATION_TIME_STEP;
 	  TSL25721_Ability                ALS_GAIN_0P16_SCALE;
 	  TSL25721_ALS_Gain               ALS_GAIN;
 	  float		 					  ALS_GAIN_VALUE;
 	  uint8_t			              STATUS_VALUE;
       TSL25721_Interrupt_Status		  INTERRRUPT_STATUS;
       TSL25721_Data_Valid             DATA;
       TSL25721_Interrupt_Persistence  INTERRUPT_PERSISTENCE;
 	  uint16_t                        INTERRUPT_LOW_THRESHOLD;
 	  uint16_t                        INTERRUPT_HIGH_THRESHOLD;
 	  uint8_t 						  ADC_DATA[ADC_DATA_BUFFER_SIZE];
 	  uint16_t                        ALS_DATA_CH0;//Reference to uint16_t where visible+IR data will be stored
 	  uint16_t               		  ALS_DATA_CH1;//Reference to uint16_t where IR-only data will be stored
 	  float      					  COUNTER_PER_LUX;
 	  double 			              ALS_LUX;
 }GebraBit_TSL25721;

Declaration of functions

در انتهای این فایل، تمام توابع مربوط به خواندن و نوشتن در رجیسترهای TSL25721، پیکربندی سنسور و دریافت داده‌ها از سنسور اعلام شده‌اند:

C
 extern void GB_TSL25721_Read_Reg_Data(uint8_t regAddr,  uint8_t *data)	;
  extern void GB_TSL25721_Burst_Read(uint8_t regAddr,  uint8_t *data, uint16_t byteQuantity);
  extern void GB_TSL25721_Read_Reg_Bits (uint8_t regAddr, uint8_t start_bit, uint8_t len, uint8_t* data);
  extern void GB_TSL25721_Write_Command( uint8_t cmd);
  extern void GB_TSL25721_Write_Reg_Data(uint8_t regAddr,  uint8_t data)	;
  extern void GB_TSL25721_Burst_Write(uint8_t regAddr,  uint8_t *data, uint16_t byteQuantity)								;
  extern void GB_TSL25721_Write_Reg_Bits(uint8_t regAddr, uint8_t start_bit, uint8_t len, uint8_t data);
  /********************************************************
   *       Declare TSL25721 Configuration Functions         *
  ********************************************************/
 extern void GB_TSL25721_Internal_Oscillator ( GebraBit_TSL25721 * TSL25721 , TSL25721_Ability osc )  ;
 extern void GB_TSL25721_ALS ( GebraBit_TSL25721 * TSL25721 , TSL25721_Ability als )  ;
 extern void GB_TSL25721_Interrupt ( GebraBit_TSL25721 * TSL25721 , TSL25721_Ability intr )  ;
 extern void GB_TSL25721_Clear_Interrupt ( GebraBit_TSL25721 * TSL25721 )  ;
 extern void GB_TSL25721_Sleep_After_Interrupt ( GebraBit_TSL25721 * TSL25721 , TSL25721_Ability intafs )  ;
 extern void GB_TSL25721_Wait_Timer ( GebraBit_TSL25721 * TSL25721 , TSL25721_Ability timer ) ;
 extern void GB_TSL25721_Integration_Time  (GebraBit_TSL25721 * TSL25721 ,float time ) ;
 extern void GB_TSL25721_Wait_Long_12x ( GebraBit_TSL25721 * TSL25721 , TSL25721_Ability wlong )  ;
 extern void GB_TSL25721_Check_Wait_Long_12x ( GebraBit_TSL25721 * TSL25721  )   ;
 extern void GB_TSL25721_Set_Wait_Time ( GebraBit_TSL25721 * TSL25721 , float wait  );
 extern void GB_TSL25721_ALS_Gain_0p16_Scale ( GebraBit_TSL25721 * TSL25721 , TSL25721_Ability scale )  ;
 extern void GB_TSL25721_Check_ALS_Gain_0p16_Scale( GebraBit_TSL25721 * TSL25721  ) ;
 extern void GB_TSL25721_ALS_Gain ( GebraBit_TSL25721 * TSL25721 , TSL25721_ALS_Gain gain );
 extern void GB_TSL25721_Read_Part_ID ( GebraBit_TSL25721 * TSL25721  );
 extern void GB_TSL25721_Read_STATUS ( GebraBit_TSL25721 * TSL25721 ) ;
 extern void GB_TSL25721_Interrupt_Persistence ( GebraBit_TSL25721 * TSL25721 , TSL25721_Interrupt_Persistence persist ) ;
 extern void GB_TSL25721_Interrupt_Upper_Limitation ( GebraBit_TSL25721 * TSL25721 , uint16_t limit );
 extern void GB_TSL25721_Interrupt_Lower_Limitation ( GebraBit_TSL25721 * TSL25721 , uint16_t limit )  ;
 extern void GB_TSL25721_initialize( GebraBit_TSL25721 * TSL25721 )  ;
 extern void GB_TSL25721_Configuration(GebraBit_TSL25721 * TSL25721)  ;
 extern void GB_TSL25721_Read_CH0_CH1_Raw_Data(GebraBit_TSL25721 * TSL25721);
 extern void GB_TSL25721_Lux_Reading(GebraBit_TSL25721 * TSL25721);
 extern void GB_TSL25721_Get_Data(GebraBit_TSL25721 * TSL25721);

فایل منبع Gebra_TSL25721.c

این فایل که به زبان C نوشته شده است، تمامی توابع را با جزئیات کامل کامنت‌گذاری کرده و پارامترهای ورودی و مقادیر بازگشتی توابع را به‌وضوح توضیح داده است. بنابراین، ما فقط به این توضیحات اکتفا کرده و کاربران را برای کسب اطلاعات بیشتر مستقیماً به این فایل ارجاع می‌دهیم.


برنامه نمونه در Arduino

پس از اتصال ماژول به Arduino و افزودن کتابخانه به IDE، به مسیر زیر بروید:
File > Examples > GebraBit_TSL2572 > Luminosity


توضیح فایل نمونه

enumها و توابع مورد نیاز ماژول Gebra TSL25721 به ساختارها اضافه شده‌اند. در بخش بعدی، یک متغیر به نام TSL25721_Module از نوع ساختار Gebra_TSL25721 (که در هدر Gebra_TSL25721 تعریف شده و در بخش توضیحات کتابخانه شرح داده شده است) برای پیکربندی ماژول Gebra TSL25721 تعریف شده است:

C
GebraBit_TSL25721 TSL25721;

در بخش بعدی کد نوشته شده، با استفاده از توابع
GB_TSL25721_initialize(&TSL25721_Module)
و
GB_TSL25721_Configuration(&TSL25721_Module)
ماژول Gebra TSL25721 را پیکربندی می‌کنیم و در نهایت در بخش حلقه while برنامه، داده‌ها از سنسور خوانده شده و مقادیر ALS و CLEAR به‌طور مداوم دریافت می‌شوند:

C
void setup() {
    Wire.begin();           // Initialize the I2C bus
    Serial.begin(9600);     // Initialize serial communication for debugging

    GB_TSL25721_initialize(&TSL25721); // Initialize the TSL25721 sensor
    GB_TSL25721_Configuration(&TSL25721); // Configure the TSL25721 sensor
}

void loop() {
    GB_TSL25721_Get_Data(&TSL25721); // Read data from the sensor

    Serial.print("luminosity: ");
    Serial.print(TSL25721.ALS_LUX);
    Serial.println(" lx");

    delay(2000); // Delay between readings
}

The Sample file code text:

C
#include "GebraBit_TSL25721.h"

GebraBit_TSL25721 TSL25721;

void setup() {
    Wire.begin();           // Initialize the I2C bus
    Serial.begin(9600);     // Initialize serial communication for debugging

    GB_TSL25721_initialize(&TSL25721); // Initialize the TSL25721 sensor
    GB_TSL25721_Configuration(&TSL25721); // Configure the TSL25721 sensor
}

void loop() {
    GB_TSL25721_Get_Data(&TSL25721); // Read data from the sensor

    Serial.print("luminosity: ");
    Serial.print(TSL25721.ALS_LUX);
    Serial.println(" lx");

    delay(2000); // Delay between readings
}

Arduino خود را به کامپیوتر وصل کنید و برد Arduino خود را انتخاب کنید.

سپس کد نمونه را تأیید (verify) کرده و بارگذاری (upload) کنید.

پس از بارگذاری کد، سریال مانیتور را باز کنید و می‌توانید مقادیر روشنایی را مشاهده کنید.

با نظرات خود به تیم جبرا در بهبود کیفیت کمک کنید

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