پروژه سنسور LTR303ALS با Arduino

نوامبر 30, 2024

پروژه سنسور LTR303ALS با Arduino

متن سربرگ خود را وارد کنید

نوامبر 30, 2024
بازدید:36

پروژه سنسور LTR303ALS با Arduino

هدف ما از انجام این پروژه چیست؟

هدف این پروژه، اتصال و استفاده از سنسور LTR303 توسط آردوینو می‌باشد که می‌توان از آن برای اندازه‌گیری و پایش دقیق شدت نور محیط استفاده کرد. این سنسور قادر است شدت نور محیط را تشخیص داده و مقادیر قابل اعتمادی ارائه دهد، که آن را برای کاربردهایی مانند کنترل خودکار روشنایی، نظارت بر شرایط محیطی و بهینه‌سازی مصرف انرژی مناسب می‌سازد. کاربران می‌توانند با خواندن مقادیر این سنسور، سیستم‌هایی توسعه دهند که به تغییرات نور واکنش نشان دهند و در نتیجه بهره‌وری انرژی و کارایی سیستم را بهبود بخشند.

در این آموزش چه چیزهایی یاد میگیریم؟

چگونه سنسور LTR303ALS 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 LTR303ALS module	Arduino IDE
Arduino UNO

ابتدا مانند تصویر زیر ماژول GebraBit LTR303ALS را به صورت زیر به آردوینو متصل می کنیم:

سپس کتابخانه GebraBit LTR303ALS را دانلود و به نرم افزار آردوینو اضافه کنید.

کتابخانه های مورد نیاز
GebraBit LTR303ALS 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 LTR303ALS

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_LTR303ALS.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 LTR303ALS و کانفیگ های مربوط به هریک از بلوک های داخلی سنسور LTR303ALS به صورت STRUCT با نام GebraBit_LTR303ALS 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 LTR303ALS_ALS_CONTR                   0x80
#define LTR303ALS_ALS_MEAS_RATE               0x85
#define LTR303ALS_PART_ID                     0x86
#define LTR303ALS_MANUFAC_ID                  0x87
#define LTR303ALS_ALS_DATA_CH1_0              0x88      ////0xA0 TO 0xAE
#define LTR303ALS_ALS_DATA_CH1_1              0x89
#define LTR303ALS_ALS_DATA_CH0_0              0x8A
#define LTR303ALS_ALS_DATA_CH0_1              0x8B
#define LTR303ALS_ALS_STATUS                  0x8C      /* I2C Address */
#define LTR303ALS_INTERRUPT                   0x8F
#define LTR303ALS_ALS_THRES_UP_0              0x97
#define LTR303ALS_ALS_THRES_UP_1              0x98
#define LTR303ALS_ALS_THRES_LOW_0             0x99
#define LTR303ALS_ALS_THRES_LOW_1             0x9A
#define LTR303ALS_INTERRUPT_PERSIST           0x9E
#define LTR303ALS_ADDRESS                     0x29
/*----------------------------------------------*
 *           USER REGISTER MAP End              *
 *----------------------------------------------*/

enum LTR303ALS_ALS_Mode

برای تغییر حالت کاری سنسور از این enum استفاده میشود :

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

enum LTR303ALS_ALS_Gain

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

				
					typedef enum ALS_Gain
{
  ALS_GAIN_1X  = 0,
  ALS_GAIN_2X  = 1,
  ALS_GAIN_4X  = 2,
  ALS_GAIN_8X  = 3,
  ALS_GAIN_48X = 6,
  ALS_GAIN_96X = 7,
} LTR303ALS_ALS_Gain;

enum LTR303ALS_ Integration_Time

برای انتخاب زمان تبدیل داده های سنسوراز مقادیر این enum استفاده می شود:

				
					typedef enum Integration_Time
{
  ALS_INTEGTIME_100_mS,
  ALS_INTEGTIME_50_mS ,
  ALS_INTEGTIME_200_mS,
  ALS_INTEGTIME_400_mS,
  ALS_INTEGTIME_150_mS,
  ALS_INTEGTIME_250_mS,
  ALS_INTEGTIME_300_mS,
  ALS_INTEGTIME_350_mS,
} LTR303ALS_Integration_Time;

enum LTR303ALS_ Measurement_Rate

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

				
					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,
} LTR303ALS_Measurement_Rate;

enum LTR303ALS_ 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
}LTR303ALS_Data_Status;

enum LTR303ALS_ Interrupt_Status

برای فعال یا غیر فعال سازی وقفه سنسور از این enum استفاده می شود:

				
					typedef enum Interrupt_Status
{
	INTERRUPT_INACTIVE = 0 ,
	INTERRUPT_ACTIVE
}LTR303ALS_Interrupt_Status;

enum LTR303ALS_Interrupt_Mode

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

				
					typedef enum Interrupt_Mode
{
	INT_PIN_INACTIVE = 0 ,
	INT_PIN_TRIG_INTERRUPT
}LTR303ALS_Interrupt_Mode;

enum LTR303ALS_Interrupt_Polarity

با استفاده از این enum سطح لاجیک (active low یا active high بودن) پین وقفه ، هنگام وقوع انتخاب می شود:

				
					typedef enum Interrupt_Polarity
{
	ACTIVE_LOW = 0 ,
	ACTIVE_HIGH
}LTR303ALS_Interrupt_Polarity;

enum LTR303ALS_Reset_Status

با استفاده از این enum وضعیت ریست سنسورمشخص می شود:

				
					typedef enum
{
	FAILED = 0 ,
	DONE
}LTR303ALS_Reset_Status;

struct LTR303ALS

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 LTR303ALS
 2. {
 3. 	  uint8_t                       	Register_Cache;
 4. 	  uint8_t			                PART_ID;
 5. 	  uint8_t							MANUFACTURE_ID;
 6. 	  LTR303ALS_Reset_Status			RESET;
 7. 	  LTR303ALS_ALS_Mode                ALS_MODE;
 8. 	  LTR303ALS_ALS_Gain                ALS_GAIN;
 9. 	  uint8_t	 						ALS_GAIN_VALUE;
10. 	  LTR303ALS_Measurement_Rate        MEASUREMENT_RATE;
11. 	  LTR303ALS_Integration_Time        INTEGRATION_TIME;
12. 	  float								INTEGRATION_TIME_VALUE;
13.       LTR303ALS_Data_Status             DATA_STATUS;
14.       LTR303ALS_Interrupt_Status		INTERRRUPT_STATUS;
15.       LTR303ALS_Data_Valid              DATA;
16. 	  LTR303ALS_Interrupt_Mode          INTERRUPT_MODE;
17. 	  LTR303ALS_Interrupt_Polarity      INTERRUPT_POLARITY;
18.       LTR303ALS_Interrupt_Persist       INTERRUPT_PERSIST;
19. 	  uint16_t                          INTERRUPT_UPPER_THRESHOLD;
20. 	  uint16_t                          INTERRUPT_LOWER_THRESHOLD;
21. 	  uint8_t 							REGISTER_DATA[REGISTER_DATA_BUFFER_SIZE];
22. 	  uint16_t               			ALS_DATA_CH1;//Reference to uint16_t where IR-only data will be stored
23. 	  uint16_t               			ALS_DATA_CH0;//Reference to uint16_t where visible+IR data will be stored
24. 	  double 							RATIO;
25. 	  double 							ALS_LUX;
26. }GebraBit_LTR303ALS;
27.

اعلان توابع

در پایان این فایل تمامی توابع جهت خواندن و نوشتن در رجیستر های LTR303ALS ، کانفیک سنسور و دریافت داده از سنسور اعلان شده است:

				
					1. extern void GB_LTR303ALS_Read_Reg_Data(uint8_t regAddr,  uint8_t *data)	;
 2. extern void GB_LTR303ALS_Burst_Read(uint8_t regAddr,  uint8_t *data, uint16_t byteQuantity);
 3. extern void GB_LTR303ALS_Read_Reg_Bits (uint8_t regAddr, uint8_t start_bit, uint8_t len, uint8_t* data);
 4. extern void GB_LTR303ALS_Write_Command( uint8_t cmd);
 5. extern void GB_LTR303ALS_Write_Reg_Data(uint8_t regAddr,  uint8_t data)	;
 6. extern void GB_LTR303ALS_Write_Reg_Bits(uint8_t regAddr, uint8_t start_bit, uint8_t len, uint8_t data);
 7. /********************************************************
 8.  *       Declare LTR303ALS Configuration Functions         *
 9.  ********************************************************/
10. extern void GB_LTR303ALS_Soft_Reset ( GebraBit_LTR303ALS * LTR303ALS )  ;
11. extern void GB_LTR303ALS_ALS_Mode ( GebraBit_LTR303ALS * LTR303ALS , LTR303ALS_ALS_Mode als ) ;
12. extern void GB_LTR303ALS_ALS_Gain ( GebraBit_LTR303ALS * LTR303ALS , LTR303ALS_ALS_Gain gain )  ;
13. extern void GB_LTR303ALS_Measurement_Repeat_Rate ( GebraBit_LTR303ALS * LTR303ALS , LTR303ALS_Measurement_Rate rate )  ;
14. extern void GB_LTR303ALS_Integration_Time ( GebraBit_LTR303ALS * LTR303ALS , LTR303ALS_Integration_Time intg )  ;
15. extern void GB_LTR303ALS_Read_Part_ID ( GebraBit_LTR303ALS * LTR303ALS  )  ;
16. extern void GB_LTR303ALS_Read_Manufacture_ID ( GebraBit_LTR303ALS * LTR303ALS )  ;
17. extern void GB_LTR303ALS_Read_ALS_STATUS ( GebraBit_LTR303ALS * LTR303ALS )  ;
18. extern void GB_LTR303ALS_Interrupt_Mode ( GebraBit_LTR303ALS * LTR303ALS , LTR303ALS_Interrupt_Mode mode )  ;
19. extern void GB_LTR303ALS_Interrupt_Polarity ( GebraBit_LTR303ALS * LTR303ALS , LTR303ALS_Interrupt_Polarity polar )  ;
20. extern void GB_LTR303ALS_Interrupt_Persist ( GebraBit_LTR303ALS * LTR303ALS , LTR303ALS_Interrupt_Persist persist )  ;
21. extern void GB_LTR303ALS_Interrupt_Upper_Limitation ( GebraBit_LTR303ALS * LTR303ALS , uint16_t limit );
22. extern void GB_LTR303ALS_Interrupt_Lower_Limitation ( GebraBit_LTR303ALS * LTR303ALS , uint16_t limit )  ;
23. extern void GB_LTR303ALS_initialize( GebraBit_LTR303ALS * LTR303ALS )  ;
24. extern void GB_LTR303ALS_Configuration(GebraBit_LTR303ALS * LTR303ALS)  ;
25. extern void GB_LTR303ALS_Get_ALS_CH0_CH1_DATA(GebraBit_LTR303ALS * LTR303ALS);
26. extern void GB_LTR303ALS_Lux_Reading(GebraBit_LTR303ALS * LTR303ALS);
27. extern void GB_LTR303ALS_Get_Data(GebraBit_LTR303ALS * LTR303ALS);

فایل سورس GebraBit_LTR303ALS.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_LTR303ALS > Luminosity

شرح فایل نمونه

اگر به ابتدای فایل main.c دقت کنید،متوجه می شوید که هدر GebraBit_LTR303ALS.h برای دسترسی به ساختار ها ، Enum ها و توابع مورد نیاز ماژول GebraBit LTR303ALS ، اضافه شده است.در قسمت بعدی متغیری به نام LTR303ALS_Module از نوع ساختار GebraBit_LTR303ALS (این ساختار در هدر GebraBit_LTR303ALS بوده و در بخش توضیحات کتابخانه GebraBit_LTR303ALSتوضیح داده شد) که برای پیکربندی ماژول GebraBit LTR303ALS می باشد،تعریف شده است:

				
					GebraBit_LTR303ALS LTR303ALS;

در بخش بعدی کد نوشته شده، با استفاده از تابع GB_LTR303ALS_initialize(&LTR303ALS_Module) و GB_LTR303ALS_Configuration(&LTR303ALS_Module) ماژول GebraBit LTR303ALS را مقدار دهی می کنیم و در نهایت در قسمت while برنامه ،داده را از سنسور خوانده و مقادیر ALS و IR به طور پیوسته دریافت میشود:

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

    GB_LTR303ALS_initialize(&LTR303ALS); // Initialize the HTU2XD sensor
    GB_LTR303ALS_Configuration(&LTR303ALS); // Configure the HTU2XD sensor
}

void loop() {
    GB_LTR303ALS_Get_Data(&LTR303ALS); // Read data from the sensor

    Serial.print("Lux: ");
    Serial.print(LTR303ALS.ALS_LUX);
    Serial.println(" lx");

    delay(2000); // Delay between readings
}

متن کد فایل آردوینو:

				
					#include "GebraBit_LTR303ALS.h"

GebraBit_LTR303ALS LTR303ALS;

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

    GB_LTR303ALS_initialize(&LTR303ALS); // Initialize the HTU2XD sensor
    GB_LTR303ALS_Configuration(&LTR303ALS); // Configure the HTU2XD sensor
}

void loop() {
    GB_LTR303ALS_Get_Data(&LTR303ALS); // Read data from the sensor

    Serial.print("Lux: ");
    Serial.print(LTR303ALS.ALS_LUX);
    Serial.println(" lx");

    delay(2000); // Delay between readings
}

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