پروژه سنسور HTU31D با Arduino

نوامبر 25, 2024

پروژه سنسور HTU31D با Arduino

متن سربرگ خود را وارد کنید

نوامبر 25, 2024
بازدید:38

پروژه سنسور HTU31D با Arduino

هدف ما از انجام این پروژه چیست؟

هدف این پروژه، اتصال و استفاده از سنسور دما و رطوبت HTU31D توسط آردوینو می‌باشد که می‌توان از آن برای اندازه‌گیری و پایش دقیق شرایط محیطی استفاده کرد. این سنسور قادر است دما و رطوبت نسبی محیط را تشخیص داده و مقادیر قابل اعتمادی ارائه دهد، که آن را برای کاربردهایی مانند کنترل خودکار تهویه، نظارت بر شرایط گلخانه و مدیریت محیط‌های حساس مناسب می‌سازد. کاربران می‌توانند با خواندن مقادیر این سنسور، سیستم‌هایی توسعه دهند که به تغییرات دما و رطوبت واکنش نشان دهند و در نتیجه بهره‌وری انرژی و کارایی سیستم را بهبود بخشند.

در این آموزش چه چیزهایی یاد میگیریم؟

چگونه سنسور HTU31D را به آردوینو وصل کنید و ارتباط I2C را راه‌اندازی کنید.
کتابخانه‌ای را برای استفاده با آردوینو تغییر دهید و بیشتر با نحوه کار داده‌های I2C آشنا شوید.
چگونه مقادیر دما و رطوبت را بخوانید و از این داده‌ها برای کاربردهای واقعی استفاده کنید.
پروژه‌هایی مانند کنترل خودکار تهویه و نظارت بر محیط را با این سنسور اجرا کنید و مهارت‌های عملی برای ساخت سیستم‌های واکنش‌گرا بر اساس تغییرات 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 HTU31 module	Arduino IDE
Arduino UNO

ابتدا مانند تصویر زیر ماژول GebraBit HTU31D را به صورت زیر به آردوینو متصل می کنیم:

سپس کتابخانه GebraBit HTU31D را دانلود و به نرم افزار آردوینو اضافه کنید.

کتابخانه های مورد نیاز
GebraBit HTU31D 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 HTU31D

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_HTU31D.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 HTU31D و کانفیگ های مربوط به هریک از بلوک های داخلی سنسور HTU31D به صورت STRUCT با نام GebraBit_HTU31D 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 HTU31D_ADDRESS                     0x40
#define HTU31D_CONVERSION                  0x40
#define HTU31D_READ_TEMPERATURE_HUMIDITY   0x00
#define HTU31D_READ_HUMIDITY               0x10
#define HTU31D_RESET                       0x1E
#define HTU31D_HEATER_ON                   0x04
#define HTU31D_HEATER_OFF                  0x02
#define HTU31D_READ_SERIAL_NUMBER          0x0A
#define HTU31D_READ_DIAGNOSTIC             0x08

// Processing constants
#define HTU31D_TEMPERATURE_COEFFICIENT     (float)(-0.15)
#define HTU31D_CONSTANT_A                  (float)(8.1332)
#define HTU31D_CONSTANT_B                  (float)(1762.39)
#define HTU31D_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 HTU31D_Ability

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

				
					typedef enum Ability
{
	Disable = 0 ,
	Enable
}HTU31D_Ability;

enum HTU31D_Action

برای فعال و غیر فعال کردن بخش های مختلف سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:

				
					1. typedef enum Action
2. {
3. 	DEACTIVE = 0,
4. 	ACTIVE   = 1
5. }HTU31D_Action;

enum HTU31D_ Humidity_OSR

برای تنظیمات OSR سنسور رطوبت از مقادیر این enum استفاده می شود:

				
					1. typedef enum Humidity_OSR
2. {
3. 	HUMIDITY_OSR_0  = 0x00 ,
4. 	HUMIDITY_OSR_1  = 0x08 ,
5. 	HUMIDITY_OSR_2  = 0x10 ,
6. 	HUMIDITY_OSR_3  = 0x18
7. }HTU31D_Humidity_OSR;
8.

enum HTU31D_ Temperature_OSR

برای تنظیمات OSR سنسور دما از مقادیر این enum استفاده می شود:

				
					1. typedef enum Temperature_OSR
2. {
3. 	TEMPERATURE_OSR_0  = 0x00 ,
4. 	TEMPERATURE_OSR_1  = 0x02 ,
5. 	TEMPERATURE_OSR_2  = 0x04 ,
6. 	TEMPERATURE_OSR_3  = 0x06
7. }HTU31D_Temperature_OSR;
8.

enum HTU31D_Humidity_Conversion_Time

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

				
					1. typedef enum Humidity_Conversion_Time
2. {
3. 	HUMIDITY_OSR_0_MEASUREMENT_TIME = 1 ,
4. 	HUMIDITY_OSR_1_MEASUREMENT_TIME = 2 ,
5. 	HUMIDITY_OSR_2_MEASUREMENT_TIME = 4 ,
6. 	HUMIDITY_OSR_3_MEASUREMENT_TIME = 8
7. }HTU31D_Humidity_Conversion_Time;
8.

enum HTU31D_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_OSR_0_MEASUREMENT_TIME = 2 ,
4. 	TEMPERATURE_OSR_1_MEASUREMENT_TIME = 4 ,
5. 	TEMPERATURE_OSR_2_MEASUREMENT_TIME = 7 ,
6. 	TEMPERATURE_OSR_3_MEASUREMENT_TIME = 13
7. }HTU31D_Temperature_Conversion_Time;
8.

enum HTU31D_ Heater

با استفاده از این enum هیتر داخلی موجود در سنسور خاموش و روشن می شود:

				
					1. typedef enum Heater
2. {
3. 	HEATER_ON  = HTU31D_HEATER_ON ,
4. 	HEATER_OFF = HTU31D_HEATER_OFF
5. }HTU31D_Heater;
6.

enum HTU31D_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. }HTU31D_CRC_Status;
6.

enum HTU31D_Reset_Status

با استفاده از این enum وضعیت ریست سنسورمشخص می شود:

				
					1. typedef enum
2. {
3. 	FAILED = 0 ,
4. 	DONE
5. }HTU31D_Reset_Status;
6.

struct HTU31D

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. /*************************************************
 2.  *  Defining HTU31D Register & Data As Struct   *
 3.  **************************************************/
 4. typedef	struct HTU31D
 5. {
 6. 	  uint8_t                       	   Register_Cache;
 7. 	  HTU31D_Reset_Status				   RESET;
 8. 	  uint32_t                             SERIAL_NUMBER;
 9. 	  uint8_t							   DIAGNOSTIC;
10. 	  HTU31D_Action						   NVM_CRC_ERROR;
11. 	  HTU31D_Action                        HUMIDITY_UNDER_OVER_RUN;
12. 	  HTU31D_Action						   HUMIDITY_ABOVE_120RH_ERROR;
13. 	  HTU31D_Action						   HUMIDITY_BELOW_10RH_ERROR ;//-10
14. 	  HTU31D_Action                        TEMPERATURE_UNDER_OVER_RUN;
15. 	  HTU31D_Action						   TEMPERATURE_ABOVE_150_ERROR;
16. 	  HTU31D_Action						   TEMPERATURE_BELOW_50_ERROR ;//-50
17. 	  HTU31D_Heater						   ON_CHIP_HEATER;
18. 	  HTU31D_Humidity_OSR                  HUMIDITY_OSR;
19. 	  HTU31D_Temperature_OSR			   TEMPERATURE_OSR;
20. 	  HTU31D_Humidity_Conversion_Time      HUMIDITY_CONVERSION_TIME;
21. 	  HTU31D_Temperature_Conversion_Time   TEMPERATURE_CONVERSION_TIME;
22. 	  uint8_t                              ADC_RAW_DATA[ADC_RAW_DATA_BUFFER_SIZE];
23. 	  uint16_t                             RAW_TEMPERATURE;
24. 	  uint16_t							   RAW_HUMIDITY;
25. 	  uint8_t 							   HTU31D_CRC;
26. 	  HTU31D_CRC_Status 		           CRC_CHECK;
27.       float 							   TEMPERATURE;
28. 	  float 							   HUMIDITY;
29. //	  double							   PARTIAL_PRESSURE;
30. //	  double 							   DEW_POINT;
31. }GebraBit_HTU31D;
32.

اعلان توابع

در پایان این فایل تمامی توابع جهت خواندن و نوشتن در رجیستر های HTU31D ، کانفیک سنسور و دریافت داده از سنسور اعلان شده است:

				
					1. /********************************************************
 2.  *  Declare Read&Write HTU31D Register Values Functions *
 3.  ********************************************************/
 4. extern void GB_HTU31D_Write_Command( uint8_t cmd);
 5. /********************************************************
 6.  *       Declare HTU31D Configuration Functions         *
 7.  ********************************************************/
 8. extern void GB_HTU31D_Soft_Reset ( GebraBit_HTU31D * HTU31D )  ;
 9. extern void GB_HTU31D_CRC_Check( GebraBit_HTU31D * HTU31D , uint16_t value, uint8_t crc) ;
10. extern void GB_HTU31D_On_Chip_Heater ( GebraBit_HTU31D * HTU31D , HTU31D_Heater heater )   ;
11. extern void GB_HTU31D_Read_Serial_Number ( GebraBit_HTU31D * HTU31D  )    ;
12. extern void GB_HTU31D_Read_Diagnostic ( GebraBit_HTU31D * HTU31D  )   ;
13. extern void GB_HTU31D_Humidity_OSR ( GebraBit_HTU31D * HTU31D , HTU31D_Humidity_OSR osr )  ;
14. extern void GB_HTU31D_Temperature_OSR ( GebraBit_HTU31D * HTU31D , HTU31D_Temperature_OSR osr )  ;
15. extern void GB_HTU31D_Configuration(GebraBit_HTU31D * HTU31D)  ;
16. extern void GB_HTU31D_Start_Conversion ( GebraBit_HTU31D * HTU31D   )   ;
17. extern void GB_HTU31D_Read_Raw_Temperature_Humidity( GebraBit_HTU31D * HTU31D )  ;
18. extern void GB_HTU31D_Temperature ( GebraBit_HTU31D * HTU31D )  ;
19. extern void GB_HTU31D_Humidity ( GebraBit_HTU31D * HTU31D )   ;
20. extern void GB_HTU31D_Dew_Point( GebraBit_HTU31D * HTU31D  ) ;
21. extern void GB_HTU31D_initialize( GebraBit_HTU31D * HTU31D )  ;
22. extern void GB_HTU31D_Get_Data(GebraBit_HTU31D * HTU31D);
23.

فایل سورس GebraBit_HTU31D.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_HTU31D > Temp-Humid

شرح فایل نمونه

اگر به ابتدای فایل main.c دقت کنید،متوجه می شوید که هدر GebraBit_HTU31D.h برای دسترسی به ساختار ها ، Enum ها و توابع مورد نیاز ماژول GebraBit HTU31D ، اضافه شده است.در قسمت بعدی متغیری به نام HTU31D_Module از نوع ساختار GebraBit_HTU31D (این ساختار در هدر GebraBit_HTU31D بوده و در بخش توضیحات کتابخانه GebraBit_HTU31Dتوضیح داده شد) که برای پیکربندی ماژول GebraBit HTU31D می باشد،تعریف شده است:

				
					GebraBit_HTU31D HTU31D;

در بخش بعدی کد نوشته شده، با استفاده از تابع GB_HTU31D_initialize(&HTU31D_Module) و GB_HTU31D_Configuration(&HTU31D_Module) ماژول GebraBit HTU31D 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_HTU31D_initialize(&HTU31D); // Initialize the HTU31D sensor
    GB_HTU31D_Configuration(&HTU31D); // Configure the HTU31D sensor
}

void loop() {
    GB_HTU31D_Get_Data(&HTU31D); // Read data from the sensor

    Serial.print("Temperature: ");
    Serial.print(HTU31D.TEMPERATURE);
    Serial.println(" °C");

    Serial.print("Humidity: ");
    Serial.print(HTU31D.HUMIDITY);
    Serial.println(" %");

    delay(2000); // Delay between readings
}

متن کد فایل آردوینو:

				
					#include "GebraBit_HTU31D.h"

GebraBit_HTU31D HTU31D;

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

    GB_HTU31D_initialize(&HTU31D); // Initialize the HTU31D sensor
    GB_HTU31D_Configuration(&HTU31D); // Configure the HTU31D sensor
}

void loop() {
    GB_HTU31D_Get_Data(&HTU31D); // Read data from the sensor

    Serial.print("Temperature: ");
    Serial.print(HTU31D.TEMPERATURE);
    Serial.println(" °C");

    Serial.print("Humidity: ");
    Serial.print(HTU31D.HUMIDITY);
    Serial.println(" %");

    delay(2000); // Delay between readings
}

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