Analog Digital Wandler ADS1115 einlesen (Meadow)

Meistens, wenn ich ein Modul finde, das ich noch nicht kenne, dann existiert bereits eine Bibliothek, die in C/C++ geschrieben ist.

Schaut man im .NET Umfeld, dann ist wiederum meistens nichts zu finden. Damit ist mein Interesse geweckt, etwas darüber zu schreiben und natürlich ein Beispiel-Code hier auf meinem Blog zu veröffentlichen.

Seit fast einem Jahr liegt bei mir der Meadow und läuft aktuell mit dem Beispielprogramm. Dieser Controller zielt auf ‚Internet of Things‘- Themen ab und ist der direkte Nachfolger vom Netduino. Im Gegensatz zu dem Netduino, kann mit dem Meadow in der aktuellen C# (8.0) und .NET Framework (4.7.3) Version geschrieben werden. Dies bedeutet auch, dass gegenüber dem veraltetem .NET Micro Framework vieles neu aufgebaut wurde und folglich neue Lösungen geschrieben werden können.

 Benötigt:

• Meadow
• Breadboard
• Jumper Leitungen
• Potentiometer (oder alternative ein Widerstand und ein Lichtempfindlicher Widerstand)
• ADS1115

 

Kurzes über den AD Wandler

Bevor ich mit der Zielbeschreibung loslege, müssen einige Details zu dem AD Wandler genannt werden. Beispielsweise, wie hoch darf die Eingangsspannung sein, die auf den vier Eingängen angelegt wird?

Betriebsspannung (VDD)	2V bis 5,5V
Stromaufnahme (Continuous Mode)	150uA
Industrieschnittstelle	I²C
Adresse	0x48 (Kann geändert werden durch Pin Select)
Eingänge	4
Abtastrate	8 bis 860
Eingangsspannung	-0,3V bis +0,3V über der Betriebsspannung (VDD)
Eingangsstrom	10mA bei fortlaufender Messung, 100mA bei einzel Messung

Für manche Anwendung ist auch die Betriebstemperatur wichtig, die hier von -40°C bis +125°C sein darf.

Anforderung

An einem Potitiometer soll die anliegende Teilspannungshöhe geändert werden. Die abgeleitete Teilspannung soll am Eingang A0 eingehen. Über einen Methoden Aufruf soll der Eingang eingelesen und dessen Wert über die Output Konsole ausgegeben werden.

 

Schaltungsaufbau

Im folgendem Bild ist zu sehen, dass ich kein Potitiometer verwende (schlichtweg, weil ich keinen hatte). Alternativ verwende ich einen 10k Ohm Widerstand und einen üblichen Lichtempfindlichen Widerstand (Lichtsensor 30 - 90 KOhm).

Verwenden von bestehenden Informationen

Zuerst wollte ich den bestehenden C++ Code migrieren nach C# und .NET Framework. Das bedeutet im Grunde, dass ich die Methodennamen und die #define Direktiven mit dessen Biteinstellungen (HEX Werte) direkt übernehme. Aber nach und nach stellte ich fest, dass einige Inhalte sich auf andere Module wiederum bezogen und ich immer wieder im Datenblatt nach sehen musste, was eigentlich die einzelne Biteinstellung für das Modul bedeutet. Ein Beispiel ist die Standard Einstellung 128SPS (Samples per second) für den ADS1115 Modul, aber im Adafruit Code steht etwas von 1600SPS.

Das Gute daran ist, man erarbeitet sich selbst eine Lösung, wie die Einstellungen abgebildet werden. Das macht den Aufbau der Klasse einfacher und die Beschreibungen zielgenauer.

Programm code

Im folgenden Beispiel aus dem ‚SimpleCode‘-Branch wurde nur das übernommen, was den Standard- Einstellungen entsprach. Z.B. Bitstellungen, die mit 0 belegt sind (bzw. in HEX 0x00 Wert) mussten nicht sein, da das Anlegen der Konfiguration immer mit 0 beginnt. Der folgende Code ist aus der Klasse ‚SimpleAds1115‘ und hat für den Abruf eine öffentliche Methode ‚ReadSingleInputValue‘ zum Abruf der anliegenden Spannung. Die Parameter-Eingabe bestimmt, welcher Eingang gelesen wird.

 internal class SimpleAds1115 : App<F7Micro, SimpleAds1115>  
 {  
   private readonly II2cPeripheral _i2CPeripheral;  
   public SimpleAds1115()  
   {  
     var i2CBus = Device.CreateI2cBus();  
     this._i2CPeripheral = new I2cPeripheral(i2CBus, 0x48);  
   }  
   internal ushort ReadSingleInputValue(AdsInput input)  
   {  
     // disable the comparator  
     // Single-shot mode (default)  
     // Operational status/single-shot conversion start  
     // - Begin a single conversion  
     ushort config = 0x8103;  
     config |= (ushort)input;  
     byte[] data = new byte[] { (byte)(config >> 8), (byte)(config & 0xff) };  
     this._i2CPeripheral.WriteRegisters(0x01, data);  
     Thread.Sleep(9);  
     var result = this._i2CPeripheral.ReadRegisters(0x00, 2);  
     return (ushort)((result[0] << 8) | result[1]);  
   }  
 }  

Vollumfänglich wird später die Klasse ‚Ads1115‘, die zu dem jetzigen Zeitpunkt nicht fertig ist.

Auf den Meadow schreiben

Sobald die Anwendung über Deploy auf dem Meadow geschrieben wurde, kann über das Fenster 'Output' das Ergebnis der anliegenden Spannung gelesen werden. Mit der Static Methode ‚GetVoltage‘ wird der gelesene Wert umgerechnet in Volt. Den Wert 22610 entnahm ich bei einem Eingangssignal von 5V. An der Stelle könnt Ihr den zu kalibrierenden Wert ersetzen, wenn bei Euch mit 5V ein anderer Wert gemessen wird.

 

Vorsicht mit der maximalen Eingangsspannung

In Standard Einstellungen sind die Eingänge bis 6,144V. Bei dieser Einstellung sollte nicht mehr als 0,3V anliegen, weil dies zur einer Beschädigung des Moduls führen könnte.

Fazit

Zunächst das Offensichtliche:  wenn das eigene Projekt mehr Analog-Digital Wandler benötigt, dann ist dieses Modul genau richtig. In einem I²C Bus können bis zu vier Module adressiert werden. Doch dieses Modul hat noch weitere Funktionen, um sich auf die Bedingungen eines Projektes besser anzupassen. Die Eingänge können auf gezielte Maximal-Spannungen eingestellt werden. Die Anzahl der Messungen pro Sekunde gehen bis zu 860SPS (Samples per second). Die vier Eingänge werden durch ein Multiplex Funktion angesprochen, so das von vier Eingänge auf zwei Eingänge umgestellt werden kann. Mit dem einstellbaren Komparator kann auf spezifische Bedingung reagiert werden.

 

Meadow Code
Github – ExampleAds1115 (SimpleCode Branch)