پروژه سنسور APDS-9306 با Arduino

نوامبر 24, 2024

پروژه سنسور APDS-9306 با Arduino

متن سربرگ خود را وارد کنید

نوامبر 24, 2024
بازدید:90

پروژه سنسور APDS-9306 با Arduino

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 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 APDS-9306 module	Arduino IDE
Arduino UNO

ابتدا مانند تصویر زیر ماژول GebraBit APDS-9306 را به صورت زیر به آردوینو متصل می کنیم:

سپس کتابخانه GebraBit APDS9306 را دانلود و به نرم افزار آردوینو اضافه کنید.

کتابخانه های مورد نیاز
GebraBit APDS-9306 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 APDS-9306

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_APDS-9306.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 APDS-9306 و کانفیگ های مربوط به هریک از بلوک های داخلی سنسور APDS-9306 به صورت STRUCT با نام GebraBit_APDS-9306 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 :

				
					1. #define APDS9306_MAIN_CTRL  				0x00
 2. #define APDS9306_ALS_MEAS_RATE  			0x04
 3. #define APDS9306_ALS_GAIN 					0x05
 4. #define APDS9306_PART_ID 					0x06
 5. #define APDS9306_MAIN_STATUS 				0x07
 6. #define APDS9306_CLEAR_DATA_0 				0x0A
 7. #define APDS9306_CLEAR_DATA_1 				0x0B
 8. #define APDS9306_CLEAR_DATA_2 				0x0C
 9. #define APDS9306_ALS_DATA_0 				0x0D
10. #define APDS9306_ALS_DATA_1 				0x0E
11. #define APDS9306_ALS_DATA_2 				0x0F
12. #define APDS9306_INT_CFG 					0x19
13. #define APDS9306_INT_PERSISTENCE 			0x1A
14. #define APDS9306_ALS_THRES_UP_0 			0x21
15. #define APDS9306_ALS_THRES_UP_1 			0x22
16. #define APDS9306_ALS_THRES_UP_2 			0x23
17. #define APDS9306_ALS_THRES_LOW_0 			0x24
18. #define APDS9306_ALS_THRES_LOW_1 			0x25
19. #define APDS9306_ALS_THRES_LOW_2 			0x26
20. #define APDS9306_ALS_THRES_VAR 				0x27
21. #define APDS9306_I2C		                &hi2c1	
22. #define APDS9306_ADDRESS 					0x52
23. #define APDS9306_WRITE_ADDRESS 			    ((APDS9306_ADDRESS<<1)|0)
24. #define APDS9306_READ_ADDRESS 				((APDS9306_ADDRESS<<1)|1)
25.

enum APDS-9306_Ability

برای فعال و غیر فعال کردن بخش های مختلف سنسوراز این enum استفاده میشود :

				
					1. typedef enum Ability
2. {  
3. 	Disable = 0 ,                      
4. 	Enable     
5. }APDS9306_Ability;   
6.

enum APDS-9306_ ALS_Gain

برای تنظیم گین سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:

				
					1. typedef enum ALS_Gain 
2. {
3.   ALS_GAIN_1X  = 0,
4.   ALS_GAIN_3X  = 1,
5.   ALS_GAIN_6X  = 2,
6.   ALS_GAIN_9X  = 3,
7.   ALS_GAIN_18X = 4,
8. } APDS9306_ALS_Gain;
9.

enum APDS-9306_Interrupt_Channel

برای تنظیم منبع وقوع وقفه در سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:

				
					1. typedef enum Interrupt_Channel 
2. {  
3. 	CLEAR_CHANNEL = 0 ,                      
4. 	ALS_CHANNEL     
5. }APDS9306_Interrupt_Channel;

enum APDS-9306_Resolution

برای انتخاب وضوح و رزولوشن سنسوراز مقادیر این enum استفاده می شود:

				
					1. typedef enum Resolution
 2. {
 3.   _20_BIT_400_mS,
 4.   _19_BIT_200_mS,
 5.   _18_BIT_100_mS,
 6.   _17_BIT_50_mS ,
 7.   _16_BIT_25_mS ,
 8.   _13_BIT_3P125_mS
 9. } APDS9306_ALS_Resolution;
10.

enum APDS-9306_ Measurement_Rate

نرخ اندازه گیری مقادیر داده توسط سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:

				
					1. typedef enum Measurement_Rate
 2. {
 3.   ALS_MEASRATE_25_mS,
 4.   ALS_MEASRATE_50_mS,
 5.   ALS_MEASRATE_100_mS,
 6.   ALS_MEASRATE_200_mS,
 7.   ALS_MEASRATE_500_mS,
 8.   ALS_MEASRATE_1000_mS,
 9.   ALS_MEASRATE_2000_mS,
10. } APDS9306_Measurement_Rate;
11.

enum APDS-9306_ Data_Status

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;

enum APDS-9306_ Interrupt_Status

برای اگاهی از انجام شدن وقفه در سنسور از مقادیر این Enum استفاده می شود :

				
					1. typedef enum Interrupt_Status 
2. {  
3. 	INTERRUPT_NOT_FULFILLED = 0 ,                      
4. 	INTERRUPT_FULFILLED     
5. }APDS9306_Interrupt_Status;
6.

enum APDS-9306_Interrupt_Mode

با استفاده از این enum نوع وقفه سنسور انتخاب می شود:

				
					1. typedef enum Interrupt_Mode 
2. {  
3. 	ALS_THRESHOLD_INTERRUPT = 0,                      
4. 	ALS_VARIATION_INTERRUPT     
5. }APDS9306_Interrupt_Mode;
6.

enum APDS-9306_ Power_Status

بروز خطا در تغذیه سنسور با استفاده از مقادیر این enum مشخص میشود.

				
					1. typedef enum Power_Status 
2. {  
3. 	NO_POWER_ISSUE = 0 ,                      
4. 	POWER_ISSUE     
5. }APDS9306_Power_Status;
6.

enum APDS-9306_Interrupt_Persist

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;

enum APDS-9306_Reset_Status

با استفاده از این enum وضعیت ریست سنسورمشخص می شود:

				
					typedef enum 
{  
	FAILED = 0 ,                      
	DONE     
}APDS-9306_Reset_Status;

struct APDS-9306

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 APDS9306
 2. {
 3. 	  uint8_t                         Register_Cache;
 4. 	  uint8_t						  PART_ID;
 5. 	  APDS9306_Reset_Status			  RESET;
 6. 	  APDS9306_Ability                ALS;
 7. 	  APDS9306_ALS_Gain               ALS_GAIN;
 8. 	  float				              ALS_GAIN_VALUE;
 9. 	  APDS9306_Measurement_Rate       MEASUREMENT_RATE;
10. 	  APDS9306_ALS_Resolution         ALS_RESOLUTION;
11. 	  float							  ALS_RESOLUTION_TIME;
12.       APDS9306_Power_Status           POWER_STATUS;
13. 	  APDS9306_Data_Status            DATA;
14. 	  APDS9306_Ability                INTERRUPT;
15.       APDS9306_Interrupt_Channel      INTERRUPT_CHANNEL;
16. 	  APDS9306_Interrupt_Mode         INTERRUPT_MODE;
17.       APDS9306_Interrupt_Persist      INTERRUPT_PERSIST;
18. 	  APDS9306_Interrupt_Status		  INTERRRUPT_STATUS;
19. 	  uint32_t                        INTERRUPT_UPPER_THRESHOLD;
20. 	  uint32_t                        INTERRUPT_LOWER_THRESHOLD;
21. 	  uint8_t 						  REGISTER_DATA[REGISTER_DATA_BUFFER_SIZE];
22. 	  uint32_t               		  CLEAR_DATA;
23. 	  uint32_t               		  ALS_DATA;
24.       float 						  LUMINOSITY;
25. }GebraBit_APDS9306;
26.

اعلان توابع

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:

				
					1. extern void GB_APDS9306_Read_Reg_Data(uint8_t regAddr,  uint8_t *data)	;
 2. extern void GB_APDS9306_Burst_Read(uint8_t regAddr,  uint8_t *data, uint16_t byteQuantity);
 3. extern void GB_APDS9306_Read_Reg_Bits (uint8_t regAddr, uint8_t start_bit, uint8_t len, uint8_t* data);	
 4. extern void GB_APDS9306_Write_Command( uint8_t cmd);
 5. extern void GB_APDS9306_Write_Reg_Data(uint8_t regAddr,  uint8_t data)	;
 6. extern void GB_APDS9306_Burst_Write(uint8_t regAddr,  uint8_t *data, uint16_t byteQuantity)								;
 7. extern void GB_APDS9306_Write_Reg_Bits(uint8_t regAddr, uint8_t start_bit, uint8_t len, uint8_t data);
 8. /********************************************************
 9.  *       Declare APDS9306 Configuration Functions         *
10.  ********************************************************/
11. extern void GB_APDS9306_Soft_Reset ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 )  ;
12. extern void GB_APDS9306_ALS ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , APDS9306_Ability als );
13. extern void GB_APDS9306_ALS_Gain ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , APDS9306_ALS_Gain gain )  ;
14. extern void GB_APDS9306_Measurement_Repeat_Rate ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , APDS9306_Measurement_Rate rate )  ;
15. extern void GB_APDS9306_ALS_Resolution ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , APDS9306_ALS_Resolution res ) ;
16. extern void GB_APDS9306_Read_Part_ID ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306  )  ;
17. extern void GB_APDS9306_Read_STATUS ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 )   ;
18. extern void GB_APDS9306_Interrupt_Channel ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , APDS9306_Interrupt_Channel intr );
19. extern void GB_APDS9306_Interrupt_Mode ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , APDS9306_Interrupt_Mode mode )  ;
20. extern void GB_APDS9306_Interrupt( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , APDS9306_Ability intpt )  ;
21. extern void GB_APDS9306_Interrupt_Persist ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , APDS9306_Interrupt_Persist persist )  ;
22. extern void GB_APDS9306_Interrupt_Upper_Threshold ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , uint32_t upthr ) ;
23. extern void GB_APDS9306_Interrupt_Lower_Threshold ( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 , uint16_t lothr )  ;
24. extern void GB_APDS9306_initialize( GebraBit_APDS9306 * APDS9306 )  ;
25. extern void GB_APDS9306_Configuration(GebraBit_APDS9306 * APDS9306)  ;
26. extern void GB_APDS9306_Get_Raw_Data(GebraBit_APDS9306 * APDS9306);
27. extern void GB_APDS9306_Luminosity_Reading(GebraBit_APDS9306 * APDS9306);
28. extern void GB_APDS9306_Get_Data(GebraBit_APDS9306 * APDS9306);
29.

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.