Atmega328p & SHT11 Nem ve Sıcaklık Ölçümü

SHT11 Sensörü Sensirion™ firmasının üretmiş olduğu dijital bir sensördür. I2C seri haberleşme protokolüne benzer bir yöntem kullanır. 8 (Nem ve Sıcaklık için) / 12 (Nem için) / 14 (Sıcaklık için) bit çözünürlüğünde nem & sıcaklık ölçümü yapabilir. Varsayılan ölçüm değerleri nem için 12 bit, sıcaklık için 14 bit'tir. Sensör 4 adet pin'e sahiptir. Bunlar VCC (Besleme Pini), GND (-), SCK (Tetik Sinyali Pini) ve DATA pinleridir. Eğer mikroişlemcide dahili pull-up kullanılmayacaksa data hattına 10k ohm değerinde bir pull-up direnci bağlanması gerekir. Örnek devre şeması aşağıdaki gibi verilmiştir. Aşağıdaki devrede mikroişlemcinin dahili pull-up direnci kullanıldığı için sensör data hattına harici bir direnç bağlanmamıştır.

Sensörün I2C'ye benzeyen bir haberleşme protokolüne sahip olduğunu söylemiştik. Bunun sebebi, protokolü tanımlayan lojik yapının neredeyse tamamının standart I2C protokolünden farklı olması. Yani standart I2C protokolündeki  transmission start, acknowledge, transmisson reset, transmission end olaylarını tanımlayan lojik diziler SHT11 sensöründe farklı ifadelerle tanımlanmıştır. Kullanacağımız protokol hakkında genel bir bilgi sahibi olduğumuza göre artık bu yapıyı kodlamaya başlayabiliriz.

Sensör haberleşme yapısı yukarıdaki bahsettiğimiz temel yapıdan oluşmaktadır. Bunlar Transmission Start, Acknowledge, Transmission Reset, Transmission End. Bu olayların tanımlaması aşağıdaki gibi olacaktır;

Transmission Start

Yukarıdaki resimde görüldüğü gibi datasheet'te iletişime başlamak için sensöre başlama durumunu göndermemiz gerekiyor. Bunu ifade eden lojik dizi;

1 - Data hattı lojik 1 durumundayken sck hattı lojik 0 durumundan lojik 1 durumuna,

2 - Data hattı lojik 1 durumundan lojik 0 durumuna ve sck lojik 1 durumundan lojik 0 durumuna

3 - Data hattı lojik 0 iken sck hattı lojik 0 durumundan lojik 1 durumuna

4 - Sck hattı lojik 1 durumundayken Data hattı lojik 0 durumundan lojik 1 durumuna geçmesidir.

pastedGraphic_2.png

Not: Bu işlem eğer i2c modülü tarafından yapılsaydı iletişime başlamak için sadece sck 1 iken data 1 den data 0'a çekilecekti.

ACK & Connection Reset

Acknowledge işlemi için;

1 - Data hattı lojik 0 durumunda iken sck hattı lojik 0 durumundan lojik 1 durumuna,

2 - Data hattı lojik 0 durumunda iken sck hattı lojik 1 durumundan lojik 0 durumuna geçmelidir.

 

Connection Reset için;

 

Data hattı lojik 1 durumunda iken sck hattının 9 kez lojik 0 durumundan lojik 1 durumuna geçtikten sonra transmission start dizisi uygulanmalıdır.

Send Command & Read Data

Yukarıda sensörle haberleşmeye başlamak için gerekli diziyi gönderdik. Şimdi sensör bizden komut beklemekte. Biz ölçüm için gerekli kodları göndereceğiz. Ölçüm için gerekli kodlar nem bilgisi için 0x05hsıcaklık bilgisi için 0x03h'tir. Ölçüm için gerekli komutları gönderdikten sonra ölçümün tamamlanmasını beklemeliyiz. Ölçüm tamamlandığında data hattı sensör tarafından lojik 0 durumuna çekilecektir. Bu doğrulamayı yaptıktan sonra sensörden ölçüm bilgisini okuyabiliriz. Ölçüm bilgisi 2 byte olarak sensörden okunur. Ölçüm bilgisi alınırken her byte'tan sonra ACK durumu sensöre gönderilmelidir. Bu işlemi tanımlayan ifadeler simülasyon ortamında screenshotlar alınarak aşağıdaki gibi ifade edilmiştir. Açıklamalar ilgili screenshotların üzerinde mevcut olup, kaynak kod ekte paylaşılmıştır. Ayrıca sensörden elde edilen ölçüm bilgisinin sıcaklık ve nem değerine dönüşümü için gerekli bilgileri içeren datasheet'e link'ten ulaşabilirsiniz.

pastedGraphic_3.png

pastedGraphic_4.png

pastedGraphic_5.pngpastedGraphic_6.png

 

Kaynak Kod

/*
 *
 * [Atmega328p - SHT11]
 * Temperature & Humidity Measurement Application
 * Author: aercys
 * E-Mail: aercys@gmail.com
 * Date: 10/03/2015
 *
 */
 
#include <stdio.h>
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <util/delay.h>
#include <math.h>
 
 
// Commands for Measurement ------------------------------------------------------------------------------
 
#define temperature 0x03
#define humidity 0x05
#define soft_reset 0x1E
 
// Data and Clock Pin | Ports ----------------------------------------------------------------------------
 
#define SCK 1
#define DATA 0
 
// Data and Clock Modify Macros --------------------------------------------------------------------------
 
#define sck_high PORTB |= (1 << SCK)
#define sck_low PORTB &= ~(1 << SCK)
 
#define data_high PORTB |= (1 << DATA)
#define data_low PORTB &= ~(1 << DATA)
 
#define data_out DDRB = (1 << SCK) | (1 << DATA)
#define data_in DDRB = (1 << SCK) | ~(1 << DATA)
 
 
 
// Function prototypes -----------------------------------------------------------------------------------
 
void initialize_transmisson(void);
void send_command(uint8_t command);
void reset(void);
void serial_init(void);
uint16_t read_data(void);
void send_uart_char(unsigned char serial_data, FILE *stream);
float calculateMeasuredData(uint16_t measuredData, uint8_t value);
 
 
/*
 *
 * Output stream for usage of printf function
 * with send_uart_char
 *
 */
 
FILE uart_output = FDEV_SETUP_STREAM(send_uart_char, NULL, _FDEV_SETUP_WRITE);
 
int main(void) {
    
    float humidity_data, humidity_data_com, temperature_data;
    uint16_t humidityLin;
 
    _delay_ms(11);                  // Wait for sensor initialization
    serial_init();
    stdout = &uart_output;
    
    while (1) {
 
        initialize_transmisson();   // Initilize the sensor to send command
        send_command(temperature);
        
        _delay_us(80);              // Wait for measurement to complete
        
        temperature_data = calculateMeasuredData(read_data(), temperature);
        reset();
        send_command(humidity);
        
        _delay_us(80);
        
        humidityLin = read_data();
        humidity_data = calculateMeasuredData(humidityLin, humidity);
        humidity_data_com = (temperature_data - 25) * (0.01 + 0.00008 * humidityLin) + humidity_data;
        
        printf("Humidity: %.2f (Compansated: %.2f) Temp: %.2f \n",
               (double)humidity_data, (double)humidity_data_com, (double)temperature_data);
        reset();
        
        _delay_ms(1000);
        
    }
    
    return 0; // never reached
}
 
void initialize_transmisson() {
    
    /*
     * SHT11
     * Start Sequence
     *        __    __
     * SCK  _|  |__|  |__
     *      __       ____
     * DATA   |_____|
     *
     */
    
    data_out;
    
    data_high;
    
    _delay_us(2);
    sck_high;
    _delay_us(2);
    data_low;
    _delay_us(2);
    sck_low;
    _delay_us(8);
    sck_high;
    _delay_us(2);
    data_high;
    _delay_us(2);
    sck_low;
    
}
 
 
 
void send_command(uint8_t command) {
    
    _delay_us(4);
    data_out;                               // Enable data as output port
  
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        
        if (0x01 & (command >> (7-i))) {
            data_high;
        } else {
            data_low;
        }
    
        _delay_us(4);
        sck_high;
        _delay_us(4);
        sck_low;
        
        if (i == 7) {
            
            data_in;
            data_high;
            
            while ((PINB & (1 << DATA)));   // Wait for data line low
            
        }
        
    }
    
    _delay_us(4);
    sck_high;
    _delay_us(4);
    sck_low;
}
 
void reset() {
    
    data_out;
    data_high;
    for (int i = 0; i < 9; i++) {
        _delay_us(4);
        sck_high;
        _delay_us(4);
        sck_low;
    }
    
    initialize_transmisson();
}
 
uint16_t read_data() {
    
    uint8_t dataL, dataH;
    uint16_t measured;
    
    dataL = 0x00;
    dataH = 0x00;
    
    data_in;
    data_high;
    
    while (PINB & (1<<DATA));
    
    /*
     *
     * Start receiving first byte
     *
     */
    
    for (int j = 0; j < 8; j++) {
        
        sck_high;
        _delay_us(4);
        
        
        if ((PINB & (1 << PINB0))) {
            dataH |= (1 << (7 - j));
        } else {
            dataH &= ~(1 << (7 - j));
            
        }
        
        sck_low;
        _delay_us(4);
    }
    
    /*
     *
     * First Byte Received and send acknowledge
     * to sensor in order to start receiving
     * second byte
     *
     */
    
    data_out;
    
    data_low;
    _delay_us(4);
    sck_high;
    _delay_us(4);
    sck_low;
    _delay_us(4);
    
    data_in;
    data_high;
    
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        
        sck_high;
        _delay_us(4);
        
        if ((PINB & (1 << PINB0))) {
            dataL |= (1 << (7 - i));
            
        } else {
            dataL &= ~(1 << (7 - i));
        }
        
        sck_low;
        _delay_us(4);
        
    }
 
    measured = (dataH << 8) | dataL;
    
    return measured;
}
 
float calculateMeasuredData(uint16_t measuredData, uint8_t value) {
    
    float humiLin, tempLin;
    
    switch (value) {
            
        case humidity:
            humiLin = measuredData * 0.0405 - 2.8 * pow(10, -6) * pow(measuredData, 2) - 4;
            return humiLin;
            break;
            
        case temperature:
            tempLin = -40.00 + 0.01 * measuredData;
            return tempLin;
            break;
            
    }
    
    return 1;
}
 
 
 
void serial_init() {
    
    /*
     *
     * Initialize UART,
     * 8 bit frame, 1 Stop Bit
     * No Parity
     *
     */
    
    UCSR0B = (1 << TXEN0);
    UBRR0L = 51;
    UCSR0C = (1 << UCSZ01) | (1 << UCSZ00);
    
}
 
void send_uart_char(unsigned char serial_data, FILE *stream) {
    
    /*
     *
     * Send each byte until reached \n character
     *
     */
    
    if (serial_data == '\n') {
        send_uart_char('\r', stream);
    }
    
    while (!(UCSR0A & (1 << UDRE0)));
    
    UDR0 = serial_data;
    
}
 



Tarih:
Hit: 2474
Yazar: aercys

Taglar: avr sht11 i2c atmega humidity temperature


Yorumlar


Yorum yapabilmek için üye girişi yapmalısınız.

Yorumlar

WarHead tarafından yazıldı. Tarih: 29/Tem/15 17:17
Ellerine sağlık hocam devrelerden pek anlamazsamda göz attım
ZoRKaYa tarafından yazıldı. Tarih: 10/Haz/15 22:36
Basitçe açıklanmış eline sağlık.