Posts mit dem Label Netduino werden angezeigt. Alle Posts anzeigen
Posts mit dem Label Netduino werden angezeigt. Alle Posts anzeigen

Sonntag, 23. September 2018

PCA9685 PWM Driver Modul mit dem Netduino


Nach etwas längerer Zeit ist eine Thema mit dem Netduino wieder dran. Diesmal ist das PWM Treiber Modul dran, den ich schon etwas länger hier liegen habe und es ist eigentlich zunächst für den Raspberry Pi gedacht, aber da fehlt mir noch eine neue Platine um einen eigenen Motor Treiber zu bauen.

Benötigt wird:
  • Netduino (sollte mit allen Versionen funktionieren)
  • PCA9685 16 Channel PWM Driver (Meins ist nicht von Adafruit)
  • Mindestens ein Servo zum Testen
  • Externe Spannunsquelle mit Maximal 6V


Neues Projekt
Für das Projekt werden die Referenzen Microsoft.SPOT.Hardware und Microsoft.SPOT.Native die für die I²C und Debug Ausgaben verwendet werden. Neben der bestehenden Program.cs Klasse wird eine eigene Klasse für den PWM Treiber hinzugefügt, die dann den Inhalt hat des hier folgenden gezeigten Code. Weitere Kommentare sind im Github Repository zu sehen.

public class Pca9685 : I2CDevice
{
    private readonly byte PCA9685_MODE1 = 0x00;
    private readonly byte PCA9685_PRESCALE = 0xFE;

    private readonly byte LED0_ON_L = 0x06;
    private readonly byte LED0_ON_H = 0x07;

    private readonly byte LED0_OFF_L = 0x08;
    private readonly byte LED0_OFF_H = 0x09;

    private readonly byte ALL_LED_ON_L = 0xFA;
    private readonly byte ALL_LED_ON_H = 0xFB;
       
    private int _period;
       
    public Pca9685(int period) : base(new Configuration(0x40, 100))
    {
        this._period = period * 1000;
    }

    public void Reset()
    {
        this.Write(new byte[]{ PCA9685_MODE1, 0x00 });
        Thread.Sleep(10);
    }

    internal void Start()
    {
        int hz = 1000000 / this._period;

        this.Reset();
        this.SetPwmFrequency(hz);
    }
        
    public void SetPwmFrequency(float frequency)
    {
        frequency *= 0.9f;
        float prescaleval = 25000000;
        prescaleval /= 4096;
        prescaleval /= frequency;
        prescaleval -= 1;

        byte prescale = (byte)(prescaleval + 0.5);

        byte[] buffer = new byte[1] { PCA9685_MODE1 };
           
        if (this.Read(buffer) != 1)
        {
            throw new Exception("can not read mode1");
        }

        byte oldMode = buffer[0];

        byte newMode = (byte)(((byte)oldMode & (byte)0x7F) | (byte)0x10);

        // go to sleep
        this.Write(new byte[] { PCA9685_MODE1, newMode });
        this.Write(new byte[] { PCA9685_PRESCALE, prescale });
        this.Write(new byte[] { PCA9685_MODE1, oldMode });
        Thread.Sleep(5);
        this.Write(new byte[] { PCA9685_MODE1, (byte)(oldMode | 0x80) });

        byte[] bufferRead = new byte[] { PCA9685_MODE1 };
        this.Read(bufferRead);
        Debug.Print("Mode now: " + bufferRead[0].ToString());
    }
       
    internal void SetPwm(byte outputNumber, int on, int off)
    {
        Debug.Print("Output: " + outputNumber.ToString() + ", ON: " + on.ToString() + ", OFF: " + off.ToString());

        byte targetOutput_ON_L = (byte)(LED0_ON_L + 4 * outputNumber);
        byte targetOutput_ON_H = (byte)(LED0_ON_H + 4 * outputNumber);
        byte targetOutput_OFF_L = (byte)(LED0_OFF_L + 4 * outputNumber);
        byte targetOutput_OFF_H = (byte)(LED0_OFF_H + 4 * outputNumber);

        this.Write(new byte[] { targetOutput_ON_L, (byte)on });
        this.Write(new byte[] { targetOutput_ON_H, (byte)(on >> 8) });
        this.Write(new byte[] { targetOutput_OFF_L, (byte)(off) });
        this.Write(new byte[] { targetOutput_OFF_H, (byte)(off >> 8) });
    }

    private int Write(byte[] buffer)
    {
        I2CTransaction[] trans = new I2CTransaction[]
        {
            CreateWriteTransaction(buffer)
        };

        return Execute(trans, 1000);
    }
       
    private int Read(byte[] buffer)
    {
        I2CTransaction[] trans = new I2CTransaction[]
        {
            CreateReadTransaction(buffer)
        };

        return Execute(trans, 1000);
    }
}

Inhalt zur Klasse
Mit der Fertigstellung der Klasse, bzw. ist diese jetzt soweit ausgeführt, dass die einzelnen PWM Ausgänge des Moduls über die I²C gesteuert werden können. Sieht man in das Datenblatt, dann ist zusehen, dass das Modul noch ein paar mehr Sachen kann. Zum einen bin ich hier nicht auf das Kaskadieren des Moduls mit mehreren nicht eingegangen. Dazu komme ich auf ein anderes mal, wenn ich mehrere Module davon besitze.
Der Programmcode selbst habe ich ursprünglich aus öffentlichen C++ Programmcode entnommen und habe deshalb auch die selben Namen für Methoden verwendet wie aus dem Adafruit Programmcode.

Vielleicht verdreht
An der Stelle für SetPwm bin ich mir noch nicht sicher ob die Ansteuerung so richtig ist. Zugegeben, ich bin noch nicht mit dem Datenblatt durch. Da ich selbst weis, wie ein PWM Signal auszusehen hat, sollte auch die Ansteuerung meiner Vorstellung entsprechen. Doch wenn ich den High Puls festlege, dann ist dieser länger als der Low Puls Länge Inherhalb der Periode. Das sollte eigentlich umgekehrt sein.

Verkabeln
Mit vier Leitungen ist das Modul vom Netduino steuerbar. Damit aber auch die Servos später versorgt sind, muss in der Mitte ebenfalls eine Spannungsquelle angeschlossen werden.


Probleme
Falls ihr die Stromversorgung in der Mitte vom Modul mit dem 5V Ausgang vom Netduino versorgt, kann es sein, dass es nicht funktioniert oder instabil reagiert. Bedeutet, kann funktionieren, muss aber nicht. Besser ist immer eine seperate Versorgung anzuschließen. Allein je nach größe des verwendeten Servos und dessen Belastung, könnte die Stromaufnahme zu groß sein (Leider konnte ich keine Information finden, wieviel Strom maximal am 5V Pin abgenommen werden kann vom Netduino).

Die Wesentlichen Technischen Infos:
PWM Signal kann in 4096 Stufen gesteuert werden (12Bit)
PWM Signal kann zwischen 24Hz bis maximal 1526Hz eingestellt werden.
Die 16 Anschlüsse für die Stromversorgung der Servos, können maximal betrieben werden in Abhängigkeit der Angeschlossenen Spannungsversorgung.
PWM Output selbst kann maximal bis 25mA verwendet werden für LEDs
Spannungsversorgung für die Steuerung über I²C darf von 2,3V bis 5,5V liegen.
16 PWM Ausgänge
Kann über einen Externen Clock betrieben werden, der maximal bis 50MHz sein darf.
Intern ist ein 25MHz Ozillator verbaut.
Kann für LEDs oder Servos verwendet werden.


Quellenangaben:
Github Quellcode in C++
Datenblatt:



Sonntag, 11. Februar 2018

Motor Treiber für den Rover (.NETMF)


Was in C geht, geht auch in C#. Einige Zeit ist vergangen als ich das letzte Mal ein Beispiel zu Netduino gepostet habe. Viel hat sich nicht geändert und im Grunde verwendet ich statt .NETMF 4.2 nun .NETMF 4.3. Neu ist der Netduino 3 der in drei Varianten kommt und alle haben drei Go Port Anschlüsse. Zudem kommt dieser mit mehr Flash Speicher, bei den Varianten mit Netzwerk Eigenschaften. Nur der Takt ist weiterhin bei 168MHz, dass jedoch ausreichend ist für die meisten Anwendungen.

Nun zur Hardware
  • Netduino 3 Wifi
  • Motor Shield
  • Externe Spannungsversorgung mit 9V oder einen zwei Zellen Lipo
  • DAGU Rover 5 Chassis 4WD

Antrieb und Motor Shield
Zu meinem vorigen Post mit dem Arduino ändert sich am Antrieb und am Shield nichts. Die Pin Belegung und sowie auch die Betroffenen Signal Ausgänge, sind beim Netduino für diesen Zweck identisch. (Arduino, Motor Treiber für den Rover)

Programmcode
Mit der C# und .NET Micro Framework Variante habe ich weitgehend die Namen der Pin Variablen und auch die Methodennamen direkt übernommen. Ein Punkt ist jedoch anders. Das Ausgegebene Pwm Signal wird beim Initialisieren eingestellt. An der Stelle muss man sich bewusst machen, wie lang die Duration (die Länge des HIGH Level Puls) pro Periode sein darf. Beim Arduino konnte ein Wert von 0 bis 255 zugewiesen werden. Mit der PWM Klasse für den Netduino ist die einzustellende Duration davon abhängig, wie hoch die Periode gesetzt wurde. Für dieses Beispiel kann ein Duration Wert von 0 bis 1000 festgelegt werden.


 public class RoverMotorDriver  
 {  
   private OutputPort _latch;  
   private OutputPort _clock;  
   private OutputPort _data;  
   private OutputPort _regEn;  
   private PWM _outputM1;  
   private PWM _outputM2;  
   private PWM _outputM3;  
   private PWM _outputM4;  
   private const int _outputM1_A = 4;        
   private const int _outputM1_B = 8;        
   private const int _outputM2_A = 2;        
   private const int _outputM2_B = 16;       
   private const int _outputM3_A = 32;        
   private const int _outputM3_B = 128;       
   private const int _outputM4_A = 1;        
   private const int _outputM4_B = 64;        
   public RoverMotorDriver()  
   {  
     this._latch = new OutputPort(Pins.GPIO_PIN_D12, false);  
     this._clock = new OutputPort(Pins.GPIO_PIN_D4, false);  
     this._data = new OutputPort(Pins.GPIO_PIN_D8, false);  
     this._regEn = new OutputPort(Pins.GPIO_PIN_D7, false);  
     this._outputM1 = new PWM(PWMChannels.PWM_PIN_D11, 200d, .1d, false);  
     this._outputM1.Duration = 1;  
     this._outputM1.Start();  
     this._outputM2 = new PWM(PWMChannels.PWM_PIN_D3, 200d, .1d, false);  
     this._outputM2.Duration = 1;  
     this._outputM2.Start();  
     this._outputM3 = new PWM(PWMChannels.PWM_PIN_D6, 200d, .1d, false);  
     this._outputM3.Duration = 1;  
     this._outputM3.Start();  
     this._outputM4 = new PWM(PWMChannels.PWM_PIN_D5, 200d, .1d, false);  
     this._outputM4.Duration = 1;  
     this._outputM4.Start();  
   }  
   public void SetMotorShieldOn(bool setOn)  
   {  
     this._regEn.Write(!setOn);  
   }  
   public void MotorStop()  
   {  
     this.SetRunMotors(0, 0, 0);  
     this.SetMotorShieldOn(false);  
   }  
   public void SetForeward(int speedValueLeft, int speedValueRight)  
   {  
     int motorsOn = _outputM1_B | _outputM2_B | _outputM3_A | _outputM4_A;  
     this.SetRunMotors(motorsOn, speedValueLeft, speedValueRight);  
     this.SetMotorShieldOn(true);  
   }  
   public void SetBackward(int speedValueLeft, int speedValueRight)  
   {  
     int motorsOn = _outputM1_A | _outputM2_A | _outputM3_B | _outputM4_B;  
     this.SetRunMotors(motorsOn, speedValueLeft, speedValueRight);  
     this.SetMotorShieldOn(true);  
   }  
   public void SetTurnLeft(int speedValue)  
   {  
     int motorsOn = _outputM1_B | _outputM2_B | _outputM3_B | _outputM4_B;  
     SetRunMotors(motorsOn, speedValue, speedValue);  
     SetMotorShieldOn(true);  
   }  
   public void SetTurnRight(int speedValue)  
   {  
     int motorsOn = _outputM1_A | _outputM2_A | _outputM3_A | _outputM4_A;  
     SetRunMotors(motorsOn, speedValue, speedValue);  
     SetMotorShieldOn(true);  
   }  
   private void SetRunMotors(int motorsOn, int speedValueLeft, int speedValueRight)  
   {  
     this.SetOutputValue(speedValueLeft, speedValueRight);  
     this.RegisterWrite(motorsOn);  
   }  
   private void SetOutputValue(int speedValueLeft, int speedValueRight)  
   {  
     this._outputM1.Duration = this.GetLimitValue(speedValueLeft);  
     this._outputM2.Duration = this.GetLimitValue(speedValueLeft);  
     this._outputM3.Duration = this.GetLimitValue(speedValueRight);  
     this._outputM4.Duration = this.GetLimitValue(speedValueRight);  
   }  
   private uint GetLimitValue(int durationValue)  
   {  
     if(durationValue > 1000)  
     {  
       durationValue = 1000;  
     }  
     if(durationValue < 0)  
     {  
       durationValue = 0;  
     }  
     return 1000 + (uint)durationValue;  
   }  
   private void RegisterWrite(int motors)  
   {  
     this._latch.Write(false);  
     for (int bit = 0; bit < 8; bit++)  
     {  
       int target = motors & 0x80;  
       motors = motors << 1;  
       this._data.Write(target == 128);  
       this._clock.Write(true);  
       this.SleepWhile(5);  
       this._clock.Write(false);  
     }  
     this._latch.Write(true);  
   }  
   private void SleepWhile(int count)  
   {  
     for (int i = 0; i < count; i++) { }  
   }  
 }  

Unschönes
Die Methode "SleepWhile(int count)" ist eher Unschön, reicht aber hierfür aus, um den ShiftRegister richtig anzusteuern. Bisher traten mit der Einfachen Lösung keine Schwierigkeiten auf.

Fernsteuerung
Mit dem WLAN auf dem Netduino lässt sich schnell auch eine Fernsteuerung dazu bauen. Im nächsten Post werde ich darauf eingehen, wie man mit dem Netduino eine einfache Netzwerk Verbindung herstellt.



Dienstag, 14. Oktober 2014

Intervallaufnahme mit der Kamera ohne Interne Funktion

IntervallAufnahme01

Die Funktion für eine Intervallaufnahme ist simpel, daher ist es für mich unverständlich, warum nicht zumindest die Systemkameras von der Nikon 1 Serie in ihren Modellen diese Option anbieten. Nun gut, dies war kein Kaufkriterium, wäre aber schön gewesen. Ich selbst verwende die Nikon 1 J3 (die J1 hat die Intervallaufnahme), allerdings sollte mein Beispiel auch für andere Kameras funktionieren. Grundsätzlich geht es darum einen Servo auf den Auslöser zu drücken. Für diesen Zweck habe ich aus Aluminium Eckschienen eine Vorrichtung gebaut.

image

Wie schon am Bild zu erkennen ist, sollten zum Schutz die Alu Eckschienen nach der Verarbeitung abgerundet und ggf. mit Filzaufklebern beklebt werden.

Die Materialliste:

  • Alu Eckschienen ca. 20cm
  • Filzaufkleber
  • ein paar 3mm Schrauben und entsprechende Muttern
  • Mini Servo mit ca. 10 Ncm
  • Eine passende Schraube zur Kamera dass mit dem Stativ auch verschraubt werden kann. (siehe folgendes Bild)
image

Zum Ansteuern wird der Netduino mit einem passenden Shield zur Ansteuerung für einen Servo verwendet. Die geringe Belastung kann das Board verkraften. Bei Normalen und größeren Servos wird eine Externe Stromversorgung notwendig.

image

Der Aufwand des Programmcodes gestaltet sich übersichtlich. Zusehen ist, dass noch ein Analoger Wert eingelesen wird, worauf ich im nächsten Absatz zu sprechen komme.

public class Program
{
    // Für die Einstellung des Druckpunktes.
    private static SecretLabs.NETMF.Hardware.AnalogInput _Input;

    // Ansteuerung des Servos für den Auslöser.
    private static PWM _Servo;

    // Led Status wiedergeben.
    private static OutputPort _Status;

   // Einen Zähler.
    private static int _IntervallCounter = 0;

   // Nach wie viel Sekunden soll ausgelöst werden.
   private static int _IntervallEnd = 15;//30;

    public static void Main()
    {
        _Input = new SecretLabs.NETMF.Hardware.AnalogInput(Pins.GPIO_PIN_A0);
        _Servo = new PWM(Pins.GPIO_PIN_D5);
        _Status = new OutputPort(Pins.ONBOARD_LED, false);
           
        // 20ms für den Analog Servo.
        uint periode = 20000;

        // Mittelstellung bei 1,5ms
        _Servo.SetPulse(periode, 1500);

       while (true)
        {
           if (_IntervallCounter >= _IntervallEnd)
            {
                for (int i = 0; i < 3; i++)
                {
                    _Status.Write(true);
                    Thread.Sleep(100);
                    _Status.Write(false);
                    Thread.Sleep(100);
                }

                // Hinweis: bei Netduino 1 wird ein Wert gelesen von 0 bis 1023.
                //          Der Netduino 2 hingegen liest bis 4095.
                //uint duration = 1000 + (uint)_Input.Read();         // Ein kommentieren um den Servo
                //Debug.Print("Duration: " + duration.ToString());  // einzustellen am Pin A1.

                _Servo.SetPulse(periode, 1710); // 1710 ist eine Einstellung, an meiner Kamera
                Thread.Sleep(400);

               // Zähler Zurücksetzten.
                _IntervallCounter = 0;
            }
            else
            {
                // Aktivität zeigen
                _Status.Write(true);
                Thread.Sleep(100);
                _Status.Write(false);
               Thread.Sleep(900);

                _IntervallCounter++;
            }

           // Zurückstellen.
            _Servo.SetPulse(periode, 1500);
        }
    }
}

Das gleiche nochmal für den Arduino.

#include <Servo.h>
// Servo Kontrolle anlegen
Servo controlServo;
// Einstellung wie weit sich der Servo drehen darf
int pinAnalogIn = A0;
// Servo ansteuern
int pinServo = 5;
// LED Status
int pinLed = 13;
// Intervall Zähler
int intervall = 0;
// IntervallLänge in Sekunden
int intervallLength = 15; // 30;

void setup(){

  // Dient zu Einstellgunszwecke
  Serial.begin(9600);
  // Pins zuweisen
  pinMode(pinAnalogIn, INPUT);
  controlServo.attach(pinServo);
  pinMode(pinLed, OUTPUT);
}

void loop()
{
  if(intervall >= intervallLength)
  {
    for(int i = 0; i < 3; i++)
    {
      digitalWrite(pinLed, HIGH);
      delay(100);
      digitalWrite(pinLed, LOW);
      delay(100);
    }
   
   // Einkommentieren um die Reichweite des Servos einzustellen,
    // mit einem Potitometer am Pin A1.

    int result = 500; //analogRead(pinAnalogIn);
   
    controlServo.write(map(result, 0, 1023, 0, 179));
    delay(400);
   
    // Zähler zurück setzen
    intervall = 0;
  }
  else
  {
   digitalWrite(pinLed, HIGH);
   delay(100);
    digitalWrite(pinLed, LOW);
    delay(900);
    intervall++;
  }
 
  // Zurück stellen.
  controlServo.write(90);
}

Jetzt fehlt noch ein fester Wert für den Druckpunkt. Der Potentiometer wird an Pin A1 angeschlossen, die Spannungsversorgung muss beim Netduino mit 3,3V angelegt werden. Das Auslesen des Stellwertes erfolgt beim Netduino über Debug.Print() und wird über die Ausgabe angezeigt. Beim Arduino wird der Stellwert über dem Serial Monitor wiedergegeben. Je nach Belastung kann die Versorgung über USB instabil werden. Das zeigt sich dann, wenn der Servo beim Drücken des Auslösers leicht zittert. Später, mit einem 9V Akku oder Netzteil, sollten diese Schwierigkeiten nicht mehr auftauchen. Ansonsten muss der Servo einen eigenen Stromkreis erhalten, um zu verhindern, dass die Versorgung des Mikrocontrollers zu sehr schwankt und so zu einem Neustart des Programms führt.

image image
image image

Zu den Einstellungen der Kamera. Um ein schnelles Auslösen der Kamera zu ermöglichen, sollte auf den Kreativ Modus gewechselt werden. Die Blende, die Verschlusszeit und der Fokus sind am besten manuell festzulegen. Spätestens bei Nachtaufnahmen kommt man an diesen Einstellungen nicht vorbei. Achja, das Dateiformat JPG ist für die Ausgabe zu empfehlen. Mit dem NEF bzw. RAW ist das Bearbeiten im Video Schnittprogramm kaum machbar.

BeiNachtMitSternenhimmel_06

Tipp zur Nachtaufnahme: acht bis fünfzehn Sekunden für die Verschlusszeit bei maximal offener Blende reichen aus. Zu lange Belichtung führt dazu, dass die Sterne Streifen bilden, also praktisch gesehen wird die Erdrotation sichtbar. Die idealen Nächte mit Sternenhimmel sind in der Zeit um Neumond. Die besten Bedingungen sind Orte, die so dunkel sind, dass beim Hinabsehen die eigenen Füße nicht mehr zu sehen sind. Zwinkerndes Smiley

Nun noch ein paar Aufnahmen, die ich mit meiner Apparatur erstellt habe.

Zu guter Letzt auch noch der Quellcode zum Herunterladen.

Sonntag, 14. September 2014

Feuchtigkeitssensor HTU21D mit dem Netduino (Teil 2)

image_thumb1

Damit die gemessenen Werte auch brauchbare Messeinheiten haben, müssen die Rohdaten zunächst umgerechnet werden. Daher kommen zwei weitere Methoden hinzu, die dies erledigen. Der Inhalt zum Lesen des einzelnen Wertes erhält eine eigene Methode, weil dieser Inhalt zweimal verwendet wird und sich nur im einzelnen zusendenden Byte unterscheidet.

// Luftfeuchtigkeit Messen und Rohwert zurückgeben
public int Read()
{
    // Inhalt in eigene Methode umgezogen
}

// Liest mit der Übergabe des Befehls den Sensor Teil aus.
private int ReadSensorPart(byte command)
{
    // Befehl senden.
    if (this.Write(new byte[] { command }) == 0)
    {
        throw new SystemException("Fehler beim Senden!");
    }

    // Warten bis der Sensor mit dem Lesevorgang fertig ist.
    Thread.Sleep(50);

    byte[] data = new byte[3];

    // Messergebnis abrufen
    if (this.Read(data) == data.Length)
    {
        // Es werden für dieses Beispiel zwei Bytes verwendet
        int raw = (data[0] << 8) | data[1];
        raw &= 0xFFFC;
        return raw;
    }

    Debug.Print("Sensor konnte nicht gelesen werden!");
    return 0;
}

Damit wir die Daten zusammengefasst aus der Methode “Read” erhalten, wird das Ergebnis in einem Daten Objekt zusammengefasst. Daszu wird eine neue Klasse angelegt.

// Das Sensor Daten Objekt stellt die gemessenen Werte zur Verfügung.
public class SensorData
{
    // Ruft die gemessene Luftfeuchtigkeit ab.
    public float Humidity { get; private set; }

    // Ruft die gemessene Temperatur ab.
    public float Temperature { get; private set; }

   // Initialsiert das Daten Objekt mit den Rohwert Messungen
    // und rechnet diese auf bekannte Maßeinheiten.
    public SensorData(int rawHumidity, int rawTemperature)
    {
       
// Umrechnung aus den Rohdaten
    }

    // Überschriebene Methode für die Ausgabe der Berechneten Inhalte.
    public override string ToString()
    {
        return "Luftfeuchtigkeit: " + this.Humidity.ToString() +

                "% - Temperatur: " +     this.Temperature.ToString() + "°C";
    }
}

Im Datenblatt sind die Formel zu entnehmen für die Feuchtigkeit und Temperatur, die mit relativ wenig aufwand in einem Programmcode abgebildet werden können.

image
Feuchtigkeitswert = –6 + (125 * (Rohwert / 65536))

Formel für die Temperatur aus dem Rohwert berechnen.

image

Temperaturwert = –46,85 + (175,72 * (Rohwert / 65536))

Grundsätzlich benötigt die Umrechnung drei Werte. Das Summieren und Multiplizieren ist bei beiden Umrechnung die selbe. Diese Aufstellung lässt sich in eine Methode zusammenfassen und in die Klasse SensorData hinzufügen.

// Rechnet aus dem Rohwert das Zielergebnis um.
public float GetCalculateValueByRange(int raw, float start, float range)
{
    // Gemessenen Rohwert durch den Maximalen Ausgabewert.
   float f = raw / 65536f;

    // Messumfang multiplizieren und an den Startwert verschieben.
   return start + (range * f);
}

Nun kann die eigentliche Umrechnung im Konstruktor erfolgen.

...
// Initialsiert das Daten Objekt mit den Rohwert Messungen
// und rechnet diese auf bekannte Maßeinheiten.

public SensorData(int rawHumidity, int rawTemperature)
{
    // Berechnen der Luftfeuchtigkeit.
   this.Humidity = GetCalculateValueByRange(rawHumidity, -6f, 125f);

    // Berechnen der Temperatur.
    this.Temperature = GetCalculateValueByRange(rawTemperature, -46.85f, 175.72f);
}
...

Damit wäre das Daten Objekt mit der Umrechnung fertig. Jetzt muss in der Hauptklasse HTU21D der Lesevorgang vervollständigt werden.

...
// Luftfeuchtigkeit Messen und Rohwert zurückgeben

public SensorData Read()
{
   // Rohwert abholen für Luftfeuchtigkeit
    int rawHumidity = ReadSensorPart(0xf5);

    // Rohwert abholen für Temperatur
    int rawTemperature = ReadSensorPart(0xf3);

   // Neues Datenobjekt erzeugen und die Rohdaten übergeben.
    return new SensorData(rawHumidity, rawTemperature);
}
...

In der Program.cs beleibt noch eine kleine Anpassung und dann ist der Teil fertig.

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        // Klasse Initialisieren und Verbindung herstellen.
        HTU21D sensor = new HTU21D();

        while (true)
        {
            // Sensoren lesen
            SensorData sd = sensor.Read();

           // Ergebnis ausgeben.
            Debug.Print(sd.ToString());
        }
    }
}

Vielleicht ist dem einen oder anderen aufgefallen, dass drei Bytes gelesen werden, aber nur zwei Bytes verwendet werden. Das Dritte beinhaltet den CRC Wert, mit dem sich prüfen lässt, ob das Ergebnis Valide ist. Darauf gehe ich dann im nächsten Post ein.

Sonntag, 17. August 2014

Feuchtigkeitssensor HTU21D mit dem Netduino (Teil 1)

image

Zuvor habe ich für meinem Weather Shield einen Feuchtigkeitssensor DHT11 verwendet. Wer diesen kennt, weiss sicherlich wie ungenau die Messwerte sind. Ich möchte den Sensor nicht schlecht reden, denn immerhin ist er sehr günstig. Möchte man allerdings für eine Anwendung mehr Genauigkeit und eine schnelle Abtastung der aktuellen Feuchtigkeit und Temperatur, bieten andere Sensoren deutlich bessere Ergebnisse.

Ein paar interessante Daten zum Sensor:

  • Schnittstelle I²C
  • Betriebsspannung: 3,3V (max. 3,6V)
  • Stromaufnahme: ca. 10mA
  • Temperaturmessung ca. 50ms bei 14Bit (7ms bei 11Bit) (-40°C bis 125°C)
  • Feuchtigkeitmessung ca. 16ms bei 12bit (3ms bei 8Bit)
  • Kostet ab 6,50€ bei Ebay über einem chinesischen Händler

Weitere Daten findet ihr im Datenblatt.

Ansprechen lässt sich der Sensor über den I²C Bus und kann mit dem .NET Micro Framework mit geringen Aufwand programmiert werden. Das Einstiegsverhalten lässt sich mit dem Luftdruck Sensors BMP085 vergleichen, über den ich bereits geschrieben habe.

Erstellen wir eine neue Klasse mit dem Namen des Sensors, um zunächst die Verbindung herzustellen und die Rohdaten zu erhalten.

public class HTU21D : I2CDevice
{
    // Konstruktor mit vererbten Konstruktor aus der I2CDevice Klasse
    // 0x40 = Adresse des Sensors
    //  100 = Takt in kHz

    public HTU21D()
        : base(new Configuration(0x40, 100))
    {
    }

    // Luftfeuchtigkeit Messen und Rohwert zurückgeben
    public int Read()
    {
        // Befehl senden.
        if (this.Write(new byte[] { 0xf5 }) == 0)
        {
            throw new SystemException("Fehler beim Senden!");
        }

        // Warten bis der Sensor mit dem Lesevorgang fertig ist.
        Thread.Sleep(50);

        byte[] data = new byte[3];

       // Messergebnis abrufen
        if (this.Read(data) == data.Length)
        {
           // Es werden für dieses Beispiel zwei Bytes verwendet
            int raw = (data[0] << 8) | data[1];
            raw &= 0xFFFC;
            return raw;
        }

        Debug.Print("Sensor konnte nicht gelesen werden!");
        return 0;
    }

    // Sendet den Inhalt des Byte Arrays
    private int Write(byte[] buffer)
    {
        I2CTransaction[] trans = new I2CTransaction[]
        {
            CreateWriteTransaction(buffer)
        };

        return Execute(trans, 1000);
    }

    // Liest den zu empfangene Byte Array
    private int Read(byte[] buffer)
    {
       I2CTransaction[] trans = new I2CTransaction[]
        {
            CreateReadTransaction(buffer)
        };

        return Execute(trans, 1000);
    }
}

Die Rohdaten können nun über die Program.cs Klasse aufgerufen und über die Ausgabe in Visual Studio ausgegeben werden.

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        HTU21D sensor = new HTU21D();

        while (true)
        {
            Debug.Print("Humidity RAW Value: " + sensor.Read().ToString());
            Thread.Sleep(1000);
        }
    }

}

Im nächsten Schritt wird das Modul mit dem Feuchtigkeitsensor mit dem Netduino verbunden. Je nach Ausführung des Sensor, werden eventuell zwei Widerstände mit 2,2kOhm benötigt. In der Variante die ich erhalten habe, sind diese aufgelötet, aber mit der 3,3V Zuleitung nicht verbunden. Das Modul habe ich zunächst so belassen und habe für den Testlauf zwei Pull Up Widerstände hinzu gesteckt.

HTU21D_Pullups_bearbeitet-1

Ansonsten hält sich die Schaltung mit den Netduino und dem Feuchtigkeitssensor sehr Übersichtlich.

image

Wie bereits aus den Technischen Grunddaten hervorgeht, gibt es auch einen Temperatursensor zum Messen. Dafür muss nur in der Methode “Read()”, das zu sendende Byte von 0xf5 auf 0xf3 umgeschrieben werden. Damit erhält man den Rohwert der gemessenen Temperatur.

Dienstag, 27. Mai 2014

TCS3200 Farbsensor einlesen (Netduino)

TCS3200_01

Das Licht leuchtet hier in verschiedenen Farben. Mit Hilfe des TCS3200 Sensor, können die verschiedenen Farben gemessen werden. Anders als bei einem lichtempfindlichen Sensor, an dem sich der Leitwert verändert, liegt ein Pulssignal an. Für die Schaltung werden insgesamt fünf Digitale Ports und zwei Pins für die Spannungsversorgung benötigt.

image

Wenn mal kein Breadboard zur verfügung steht, geht das auch so wie im folgendem Bild. Die Pins von S0 bis S3 und OUT auf die digitalen Ausgängen von Pin 2 bis Pin 6 steckt.

TCS3200_Netduino_03

Wie die Schaltung bereits verrät, ist das einlesen deutlich anders. Anstatt über OneWire , I²C oder eines Spannungspegel, kommt ein PWM (oder auch PPM) Signal. Je nach Farbe müssen die Anschlüsse von S0 bis S3 entsprechend geschaltet sein. Das bedeutet wiederum, dass die Farben nacheinander gemessen werden. Im .NET Micro Framework gibt es zum Einlesen die Klasse "InteruptPort", mit der auf das PWM Signal reagiert werden kann. Das erfordert etwas zusätzlichen Programmcode.

// Optionen für Ausgangsfrequenz
public enum
OutputFrequencyScaling
{
    PowerDown,
    TwoPercent,
    TwentyPercent,
    HundredPercent
}

// Filter Auswahl
public enum SelectColor
{
    Red,
    Blue,
    Green,
    Clear
}

public class Program
{
    // Die Klasse wird für das Einlesen des PWM Signals verwendet.
   private static InterruptPort _IntPort = new InterruptPort(
        Pins.GPIO_PIN_D6,
        true,
        Port.ResistorMode.Disabled,
        Port.InterruptMode.InterruptEdgeBoth);

    // Ruft die gemessene Zeit ab,
    // wann die HIGH Pegele begonnen hat oder legt diese fest.
    private static long _HighTicks = 0;

    // S0 und S1 Schaltet die Ausgangs frequenz entsprechend ein (Siehe dazu Datasheet)
    private static OutputPort _S0 = new OutputPort(Pins.GPIO_PIN_D2, false);
   private static OutputPort _S1 = new OutputPort(Pins.GPIO_PIN_D3, false);

   // S2 und S3 Schaltet die verschiedenen Filter Möglichkeiten ein
    private static OutputPort _S2 = new OutputPort(Pins.GPIO_PIN_D4, false);
    private static OutputPort _S3 = new OutputPort(Pins.GPIO_PIN_D5, false);

    // Die Onboard LED als Status Aktivität
    private static OutputPort _StatusLED = new OutputPort(Pins.ONBOARD_LED, false);

    private static string _readColorName = string.Empty;

    private static bool _valueIsSet = false;
    private static long _resultTemp = 0;
    private static int _resultRed = 0;
    private static int _resultBlue = 0;
    private static int _resultGreen = 0;
    private static int _resultClear = 0;

    public static void Main()
    {
        OutputFrequencyScaling scale = OutputFrequencyScaling.TwoPercent;

       while (true)
        {
          
// Status Lesen
            _StatusLED.Write(true);

            // Farben nach einander einlesen.
            ReadPwmSignal(ref _resultRed, SelectColor.Red, scale);
            ReadPwmSignal(ref _resultBlue, SelectColor.Blue, scale);
            ReadPwmSignal(ref _resultGreen, SelectColor.Green, scale);
            ReadPwmSignal(ref _resultClear, SelectColor.Clear, scale);

            // Ausgabe über die Messergebnisse.
            Debug.Print("Red:" + _resultRed.ToString() +
               "\t Blue:" + _resultBlue.ToString() +
               "\t Green:" + _resultGreen.ToString() +
               "\t Clear:" + _resultClear.ToString());

           // Status warten
            _StatusLED.Write(false);
           Thread.Sleep(500);
        }
           
    }

    // Methode mit Filter- und Ausgangsfrequenzschalten und gibt das Ergebnis über "result" zurück.
   private static void ReadPwmSignal(ref int result, SelectColor color, OutputFrequencyScaling scaling)
    {
       // Ausgangsfrequenz schalten
        switch (scaling)
        {
            case (OutputFrequencyScaling.TwoPercent): { _S0.Write(false); _S1.Write(true); break; }
            case (OutputFrequencyScaling.TwentyPercent): { _S0.Write(true); _S1.Write(false); break; }
           case (OutputFrequencyScaling.HundredPercent): { _S0.Write(true); _S1.Write(true); break; }
            default: { _S0.Write(false); _S1.Write(false); break; }
        }

        // Filter einstellen
        switch (color)
        {
            case (SelectColor.Red): { _S2.Write(false); _S3.Write(false); break; }
            case (SelectColor.Blue): { _S2.Write(false); _S3.Write(true); break; }
            case (SelectColor.Green): { _S2.Write(true); _S3.Write(true); break; }
            default: { _S2.Write(true); _S3.Write(false); break; }
        }

       // Member für das erfassen des Messergebnisses.
        _HighTicks = 0;
        _resultTemp = 0;
        _valueIsSet = false;

        // Event zuweisen
        _IntPort.OnInterrupt += _IntPort_OnInterrupt;

        // Warten
        for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.Sleep(2); }

        // Event wieder abziehen
        _IntPort.OnInterrupt -= _IntPort_OnInterrupt;
           
        // Ergebniss kopieren
        result = (int)_resultTemp;
    }

    // Wird ausgeführt, wenn sich der Pegel am Digitalen Port geändert hat.
    private static void _IntPort_OnInterrupt(uint data1, uint data2, DateTime time)
    {
        // Lock verhindert, das ein zweiter unmittelbarer Event nicht erfolgen kann.
        lock (_IntPort)
        {
           // Wenn noch kein Wert erfasst wurde.
            if (!_valueIsSet)
            {
               // Wenn HIGH Pegel anlieg und die Aktuelle
                // Zeit in Ticks noch nicht erfast wurde.
                if (data2 == 1 & _HighTicks == 0)
                {
                    // Aktuelle Zeit in Ticks zwischen speichern
                    _HighTicks = time.Ticks;
                }
                else if (_HighTicks != 0 & !_valueIsSet)
                {
                    // Wenn der Pegel von HIGH nach LOW gewechselt hat
                    _resultTemp = time.Ticks - _HighTicks;
                   // True zuweisen, dass der Messwert erfasst wurde
                    _valueIsSet = true;
                    // Event abziehen
                    _IntPort.OnInterrupt -= _IntPort_OnInterrupt;
                }
            }
        }
    }
}

Als Ausgangsergebnis werden vier Werte wiedergegeben. Wenn nun vor dem Sensor eine Farbige Fläche mit einer der Grundfarben gehalten wird, dann verändern sich die Werte dementsprechend. Stammt die Farbe von einem Bildschirm (wie im folgenden Bild von einem Smart Phone), dann kann der Blaue Jumper herausgezogen werden, um die LED Beleuchtung abzustellen.

TCS3200_Netduino_01

  Bei grob angemalten Flächen wie dieser Karteikarte funktioniert es weniger gut..

TCS3200_Netduino_02

Anhand der Farbe stellen sich die Werte neu ein. Je ein deutiger die Farbe ist, um so deutlicher zeigt sich das Ergebnis.

Also bei durch gehenhenden Blau, Grün oder Rot zeigt sich ein hoher Wert. Wenn die Farbfläche jedoch wie bei meinem Beispiel mit der Karteikarte durchgeführt wird, stehen an jeden Ausgang relativ hohe Werte.

image

Noch ein Hinweis. Die Pulslänge wird kürzer, wenn der Weg des reflecktierten Licht kürzer wird, oder salobt gesagt, wenn die Farbfläche zu nah am Sensor ist, dann ist das Pulssignal sehr kurz. Dies führt dann dazu, dass die letzte Methode sehr häufig ausgeführt wird. Im schlimmsten Fall kommt es zu einem Speicherüberlauf und das Programm bleibt stehen.

Beispiel Programm zum Herunterladen für Netduino mit .NET Micro Framework 4.2

Ameisen Simulation und andere Dinge

Wer lange sich schon mit C# beschäftig, hat sicherlich schon mal was von AntMe gelesen oder gehört. Diese Idee hatte ich aufgegriffen und mi...