پروژه سنسور HTU2xD با Arduino

نوامبر 25, 2024

پروژه سنسور HTU2xD با Arduino

متن سربرگ خود را وارد کنید

نوامبر 25, 2024
بازدید:43

پروژه سنسور HTU2xD با Arduino

هدف ما از انجام این پروژه چیست؟

هدف این پروژه اتصال و استفاده از سنسور دما و رطوبت HTU2xD با آردوینو است که امکان اندازه‌گیری دقیق شرایط محیطی را فراهم می‌کند. این سنسور قادر است دما و رطوبت نسبی محیط را اندازه‌گیری کرده و اطلاعات قابل اعتمادی ارائه دهد، که آن را برای کاربردهایی همچون کنترل سیستم‌های تهویه مطبوع، نظارت بر گلخانه‌ها و مدیریت شرایط محیطی ایده‌آل می‌سازد. کاربران می‌توانند با استفاده از داده‌های این سنسور، سیستم‌هایی طراحی کنند که به تغییرات دما و رطوبت واکنش نشان دهند و در نتیجه بهره‌وری انرژی و عملکرد کلی را بهبود بخشند.

در این آموزش چه چیزهایی یاد میگیریم؟

چگونه سنسور HTU2xD را به آردوینو وصل کنید و ارتباط I2C را راه‌اندازی کنید.
کتابخانه‌ای را برای استفاده با آردوینو تغییر دهید و با نحوه کار داده‌های I2C آشنا شوید.
چگونه مقادیر دما و رطوبت را بخوانید و از این داده‌ها برای کاربردهای واقعی استفاده کنید.
پروژه‌هایی مثل کنترل تهویه مطبوع خودکار و نظارت بر شرایط محیطی را با این سنسور اجرا کنید و مهارت‌های عملی برای ساخت سیستم‌های واکنش‌گرا بر اساس دما و رطوبت یاد بگیرید.

این آموزش به شما کمک می‌کند سنسور را به درستی راه‌اندازی کنید و داده‌ها را به صورت لحظه‌ای با آردوینو بخوانید.

برای انجام این پروژه به چه چیزهایی نیاز داریم؟

همانطور که احتمالا میدانید برای انجام این پروژه به سخت افزارها و نرم افزارهایی نیاز داریم. عناوین این سخت افزارها و نرم افزارها در جدول زیر در اختیارتان قرار داده شده که میتوانید با کلیک روی هرکدام از آنها، آنها را تهیه/دانلود کنید و برای شروع آماده شوید.

سخت افزارهای مورد نیاز	نرم افزارهای مورد نیاز
GebraBit HTU20D module	Arduino IDE
Arduino UNO

ابتدا مانند تصویر زیر ماژول GebraBit HTU20D را به صورت زیر به آردوینو متصل می کنیم:

سپس کتابخانه GebraBit HTU2XD را دانلود و به نرم افزار آردوینو اضافه کنید.

کتابخانه های مورد نیاز
GebraBit HTU2XD Library

اگر نمی‌دانید چطور کتابخانه‌های GebraBit را به آردوینو اضافه کنید، به لینک آموزشی زیر مراجعه کنید.

نحوه افزودن کتابخانه های GebraBit به آردوینو

کتابخانه و درایور HTU2XD

GebraBit علاوه بر طراحی ماژولار سنسورها و آی سی های مختلف ، پیشرو در ارائه انواع کتابخانه های ساختاریافته و مستقل از سخت افزار به زبان C، جهت سهولت کاربران در راه اندازی و توسعه نرم افزاری آنها نیز بوده است.

بدین منظور پس از تهیه هر یک از ماژول های GebraBit ، کاربر می تواند با مراجعه به بخش آموزش ماژول مربوطه، کتابخانه مختص به آن ماژول که حاوی فایل .h و .c (Header and Source) و یک برنامه نمونه آموزشی تحت سخت افزار های GebraBit STM32F303, GebraBit ATMEGA32A یا Arduino می باشد را دانلود کند.

تمامی توابع و Structure های تعریف شده در کتابخانه ، با جزئیات کامل، کامنت گذاری شده و تمامی پارامتر های دریافتی در آرگومان توابع و مقادیر بازگشتی از آنها ، به اختصار توضیح داده شده است.با توجه به مستقل از سخت افزار بودن کتابخانه ها،کاربر به راحتی می تواند آن را در هر یک از کامپایلر های دلخواه اضافه کرده و با میکروکنترلر و برد توسعه مورد علاقه خود، آن را توسعه دهد.

فایل هدر GebraBit_HTU2XD.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 HTU2XD و کانفیگ های مربوط به هریک از بلوک های داخلی سنسور HTU2XD به صورت STRUCT با نام GebraBit_HTU2XD 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 :

				
					#define HTU2XD_ADDRESS                                       0x40
#define HTU2XD_WRITE_USER_REGISTER_CMD                       0xE6
#define HTU2XD_READ_USER_REGISTER_CMD                        0xE7
#define HTU2XD_RESET_CMD                                     0xFE
#define HTU2XD_TRIGGER_TEMPERATURE_MEASUREMENT_CMD           0xE3  /// Hold Master
#define HTU2XD_TRIGGER_HUMIDITY_MEASUREMENT_CMD              0xE5  /// Hold Master
#define HTU2XD_USER_REGISTER_RESOLUTION_BIT_MASK             0x81

// Processing constants
#define HTU2XD_TEMPERATURE_COEFFICIENT                       (float)(-0.15)
#define HTU2XD_CONSTANT_A                                    (float)(8.1332)
#define HTU2XD_CONSTANT_B                                    (float)(1762.39)
#define HTU2XD_CONSTANT_C                                    (float)(235.66)

// Coefficients for temperature computation
#define TEMPERATURE_COEFF_MUL                                (175.72)
#define TEMPERATURE_COEFF_ADD                                (-46.85)

// Coefficients for relative humidity computation
#define HUMIDITY_COEFF_MUL                                   (125)
#define HUMIDITY_COEFF_ADD                                   (-6)

/*----------------------------------------------*
 *           USER REGISTER MAP End              *
 *----------------------------------------------*/

enum HTU2XD_Ability

توانایی فعال یا غیر فعال کردن بخش های مختلف سنسور در این enum تعریف شده است :

				
					typedef enum Ability
{
	Disable = 0 ,
	Enable
}HTU2XD_Ability;

enum HTU2XD_Battery_Status

برای مشخص شدن وضعیت سطح ولتاژ سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:

				
					1. typedef enum Battery_Status
2. {
3.  HTU2XD_BATTERY_VDD_OK,
4.  HTU2XD_BATTERY_VDD_LOW
5. }HTU2XD_Battery_Status;
6.

enum HTU2XD_OTP

برای تنظیمات OTP سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:

				
					1. typedef enum OTP
2. {
3. 	OTP_DISABLE = 1 ,
4. 	OTP_ENABLE  = 0
5. }HTU2XD_OTP;
6.

enum HTU2XD_Measurement_Resolution

برای انتخاب رزولوشن سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:

				
					1. typedef enum Measurement_Resolution
2. {
3. 	HTU2XD_HUMIDITY_12BIT_TEMPERATURE_14BIT = 0x00 ,
4. 	HTU2XD_HUMIDITY_8BIT_TEMPERATURE_12BIT  = 0x01 ,
5. 	HTU2XD_HUMIDITY_10BIT_TEMPERATURE_13BIT = 0x80 ,
6. 	HTU2XD_HUMIDITY_11BIT_TEMPERATURE_11BIT = 0x81
7. }HTU2XD_Measurement_Resolution;
8.

enum HTU2XD_Humidity_Conversion_Time

برای انتخاب زمان تبدیل مقادیر رطوبت از مقادیر این enum استفاده می شود:

				
					typedef enum Humidity_Conversion_Time
{
	HUMIDITY_12BIT_MEASUREMENT_TIME = 16,
	HUMIDITY_11BIT_MEASUREMENT_TIME = 8 ,
	HUMIDITY_10BIT_MEASUREMENT_TIME = 5 ,
	HUMIDITY_8BIT_MEASUREMENT_TIME  = 3
}HTU2XD_Humidity_Conversion_Time;

enum HTU2XD_Temperature_Conversion_Time

برای انتخاب زمان تبدیل مقادیر دما از مقادیر این enum استفاده می شود:

				
					1. typedef enum Temperature_Conversion_Time
2. {
3. 	TEMPERATURE_14BIT_MEASUREMENT_TIME = 50 ,
4. 	TEMPERATURE_13BIT_MEASUREMENT_TIME = 25 ,
5. 	TEMPERATURE_12BIT_MEASUREMENT_TIME = 13 ,
6. 	TEMPERATURE_11BIT_MEASUREMENT_TIME = 7
7. }HTU2XD_Temperature_Conversion_Time;
8.

enum HTU2XD_CRC_Status

با استفاده از این enum وضعیت بررسی CRC مشخص می شود:

				
					1. typedef enum CRC_Status
2. {
3. 	CRC_ERROR = 0,
4. 	CRC_OK
5. }HTU2XD_CRC_Status;
6.

enum HTU2XD_Reset_Status

با استفاده از این enum وضعیت ریست سنسورمشخص می شود:

				
					1. typedef enum
2. {
3. 	FAILED = 0 ,
4. 	DONE
5. }HTU2XD_Reset_Status;
6.

struct HTU2XD

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.

				
					1. typedef	struct HTU2XD
 2. {
 3. 	  uint8_t                       	   Register_Cache;
 4. 	  HTU2XD_Reset_Status				   RESET;
 5. 	  HTU2XD_Battery_Status                BATTERY_VDD;
 6. 	  HTU2XD_OTP				           OTP;
 7. 	  HTU2XD_Ability					   ON_CHIP_HEATER;
 8. 	  HTU2XD_Measurement_Resolution        MEASUREMENT_RESOLUTION;
 9. 	  HTU2XD_Humidity_Conversion_Time      HUMIDITY_MEASUREMENT_TIME;
10. 	  HTU2XD_Temperature_Conversion_Time   TEMPERATURE_MEASUREMENT_TIME;
11. 	  uint8_t                              ADC_TEMPERATURE[REGISTER_DATA_BUFFER_SIZE];
12. 	  uint16_t                             ADC_TEMPERATURE_DATA;
13. 	  uint8_t                              ADC_HUMIDITY[REGISTER_DATA_BUFFER_SIZE];
14. 	  uint16_t							   ADC_HUMIDITY_DATA;
15. 	  uint8_t 							   HTU2XD_CRC;
16. 	  HTU2XD_CRC_Status 				   CRC_CHECK;
17.       float 							   TEMPERATURE;
18. 	  float 							   HUMIDITY;
19. 	  float 							   COMPANSATED_HUMIDITY;
20. //	  double							   PARTIAL_PRESSURE;
21. //	  double 							   DEW_POINT;
22. }GebraBit_HTU2XD;
23.

اعلان توابع

در پایان این فایل تمامی توابع جهت خواندن و نوشتن در رجیستر های HTU2XD ، کانفیک سنسور و دریافت داده از سنسور اعلان شده است:

				
					1. /********************************************************
 2.  *  Declare Read&Write HTU2XD Register Values Functions *
 3.  ********************************************************/
 4. extern void GB_HTU2XD_Read_User_Register(uint8_t *data)		;
 5. extern void GB_HTU2XD_Burst_Read(uint8_t regAddr,  uint8_t *data, uint16_t byteQuantity);
 6. extern void GB_HTU2XD_Read_User_Register_Bits ( uint8_t start_bit, uint8_t len, uint8_t* data);
 7. extern void GB_HTU2XD_Write_User_Register(uint8_t data)	;
 8. extern void GB_HTU2XD_Burst_Write(uint8_t regAddr,  uint8_t *data, uint16_t byteQuantity)								;
 9. extern void GB_HTU2XD_Write_User_Register_Bits( uint8_t start_bit, uint8_t len, uint8_t data);
10. /********************************************************
11.  *       Declare MS5611 Configuration Functions         *
12.  ********************************************************/
13. extern void GB_HTU2XD_Soft_Reset ( GebraBit_HTU2XD * HTU2XD )  ;
14. extern void GB_HTU2XD_Check_Battery_Voltage_VDD ( GebraBit_HTU2XD * HTU2XD  ) ;
15. extern void GB_HTU2XD_On_Chip_Heater ( GebraBit_HTU2XD * HTU2XD , HTU2XD_Ability heater )  ;
16. extern void GB_HTU2XD_Read_On_Chip_Heater_Status ( GebraBit_HTU2XD * HTU2XD , HTU2XD_Ability heater )    ;
17. extern void GB_HTU2XD_OTP ( GebraBit_HTU2XD * HTU2XD , HTU2XD_OTP otp )  ;
18. extern void GB_HTU2XD_Read_OTP ( GebraBit_HTU2XD * HTU2XD , HTU2XD_OTP otp ) ;
19. extern void GB_HTU2XD_Measurement_Resolution ( GebraBit_HTU2XD * HTU2XD , HTU2XD_Measurement_Resolution res ) ;
20. extern void GB_HTU2XD_Read_Measurement_Resolution ( GebraBit_HTU2XD * HTU2XD   )   ;
21. extern void GB_HTU2XD_CRC_Check( GebraBit_HTU2XD * HTU2XD , uint16_t value, uint8_t crc)  ;
22. extern void GB_HTU2XD_ADC_Temperature_Raw_Data ( GebraBit_HTU2XD * HTU2XD )  ;
23. extern void GB_HTU2XD_ADC_Humidity_Raw_Data ( GebraBit_HTU2XD * HTU2XD )   ;
24. extern void GB_HTU2XD_initialize( GebraBit_HTU2XD * HTU2XD )  ;
25. extern void GB_HTU2XD_Configuration(GebraBit_HTU2XD * HTU2XD)  ;
26. extern void GB_HTU2XD_Get_Data(GebraBit_HTU2XD * HTU2XD);
27.

فایل سورس GebraBit_HTU2XD.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_HTU2XD > Temp-Humid

شرح فایل نمونه

اگر به ابتدای فایل دقت کنید، متوجه می شوید که هدر GebraBit_HTU2XD.h برای دسترسی به ساختار ها ، Enum ها و توابع مورد نیاز ماژول GebraBit HTU2XD ، اضافه شده است.در قسمت بعدی متغیری به نام HTU2XD_Module از نوع ساختار GebraBit_HTU2XD (این ساختار در هدر GebraBit_HTU2XD بوده و در بخش توضیحات کتابخانه GebraBit_HTU2XDتوضیح داده شد) که برای پیکربندی ماژول GebraBit HTU2XD می باشد، تعریف شده است:

				
					GebraBit_HTU2XD HTU2XD;

در بخش بعدی کد نوشته شده، با استفاده از تابع GB_HTU2XD_initialize(&HTU2XD_Module) و GB_HTU2XD_Configuration(&HTU2XD_Module) ماژول GebraBit HTU2XD 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:

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

    GB_HTU2XD_initialize(&HTU2XD); // Initialize the HTU2XD sensor
    GB_HTU2XD_Configuration(&HTU2XD); // Configure the HTU2XD sensor
}

void loop() {
    GB_HTU2XD_Get_Data(&HTU2XD); // Read data from the sensor

    Serial.print("Temperature: ");
    Serial.print(HTU2XD.TEMPERATURE);
    Serial.println(" °C");

    Serial.print("Humidity: ");
    Serial.print(HTU2XD.HUMIDITY);
    Serial.println(" %");

    delay(2000); // Delay between readings
}

متن کد فایل آردوینو:

				
					#include "GebraBit_HTU2XD.h"

GebraBit_HTU2XD HTU2XD;

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

    GB_HTU2XD_initialize(&HTU2XD); // Initialize the HTU2XD sensor
    GB_HTU2XD_Configuration(&HTU2XD); // Configure the HTU2XD sensor
}

void loop() {
    GB_HTU2XD_Get_Data(&HTU2XD); // Read data from the sensor

    Serial.print("Temperature: ");
    Serial.print(HTU2XD.TEMPERATURE);
    Serial.println(" °C");

    Serial.print("Humidity: ");
    Serial.print(HTU2XD.HUMIDITY);
    Serial.println(" %");

    delay(2000); // Delay between readings
}

آردوینو خود را به کامپیوتر متصل کنید و مدل و پورت آردوینو خود را انتخاب کنید.