Netduino Netzwerk Adresse ändern

Seit langer Zeit hatte ich wieder einen Grund gefunden meinen Netduino aus zupacken und ein altes Projekt zu prüfen. Eigentlich suche ich eine Lösung, wie man eine Verbindung zum Netduino und einem SignalR Service herstellen kann. Zuvor hatte ich vor Jahren ein Beispiel mit WCF geschrieben, dass am Ende sogar relativ einfach war. Aber jetzt zum eigentlichen.

Netzwerk, Socket und Netduino
Mein Beispiel Projekt verwendete den SimpleSocket aus der Bibliothek Toolbox (https://netmftoolbox.codeplex.com/). Damit lässt sich in wenigen Codezeilen eine Verbindung zu einem anderen System über Netzwerk herstellen. Der Folgende Code Beispiel zeigt den Grundsätzlichen Aufbau einer Verbindung.

SimpleSocket socket = new IntegratedSocket(this._IpAddress, 80);
socket.Connect();
socket.Send("Hallo Welt");
socket.Close();


Das Problem
Die Verbindung blieb immer bei der Methode "socket.Connect()" stehen. Das kann dadurch festgestellt werden, wenn nach einer Weile nicht das gewünschte Ergebnis kommt und man dann die Pause Taste für das Debuggen klickt.

Ursache Prüfen
Meine Vermutung war, dass ich anscheinend nicht die richtige Adresse im Netduino Plus eingestellt hatte. Also startete ich aus dem Ordner "C:\Program Files (x86)\Microsoft .NET Micro Framework\v4.3\Tools" das Programm MFDeploy.exe. Über den Menü Punkt "Network" (Target > Configuration > Network) kann die Adresse eingerichtet werden.

Falsche Adresse
Wie ich bereits vermutet, hatte ich noch eine andere IP Adresse sowie auch eine andere Adresse für Gateway eingestellt. Nach dem ich die gewünschte Netzwerk Adresse eingetragen hatte, sollten die Einstellungen nach dem Click auf den "Update" Button auf den Netduino geschrieben werden. Doch dies wurde verhindert und ich erhielt einen Hinweis.

Lösung
Kommt diese Hinweismeldung "Unable to erase configuration sector memory", dann muss einmal der Befehl "Reboot and Stop" (Plug-in > Debug > Reboot and Stop) gesendet werden.

Bevor die Konfiguration für das Netzwerk wieder aufgerufen werden kann, musste ich auf die Nachricht "Reboot and Stop Complete" abwarten, die wiederum im unteren Rahmen angezeigt wurde.

Nun kann die Adresse geändert und erfolgreich auf dem Netduino geschrieben werden. Nach dem klicken "Update" sollte sich das Konfigurationsfenster schließen und im unteren Rahmen "Signature PASS" oder zumindest "Chk signatu" stehen.

Jetzt kann das Netduino Projekt mit dem SimpleSocket neu gestartet werden und die Verbindung mit der Ziel Adresse sollte hergestellt werden.

Intervallaufnahme mit der Kamera ohne Interne Funktion

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.

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)

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.

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.

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.

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.

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

Zu guter Letzt auch noch der Quellcode zum Herunterladen.

• Netduino Codebeispiel mit .NET Micro Framework 4.2
• Arduino Codebeispiel

Feuchtigkeitssensor HTU21D mit dem Netduino (Teil 2)

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.

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

Formel für die Temperatur aus dem Rohwert berechnen.

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.

• Beispiel Programm zum Herunterladen
• Datenblatt

Feuchtigkeitssensor HTU21D mit dem Netduino (Teil 1)

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.

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

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.

• Beispiel Programm zum herunterladen
• Datenblatt HTU21D

TCS3200 Farbsensor einlesen (Netduino)

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.

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.

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.

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

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.

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

Luftdrucksensor BMP085 mit dem Netduino - Höhenangabe (Teil 4)

Mit dem Luftdruck lässt sich in etwa auch die Höhe ermitteln. Allerdings ist dieser Wert bedingt verwendbar. Zum einen muss der Sensor beim einschalten mit der aktuellen Höhe kalibriert werden und zum anderen gibt es verschiedene Formeln für die Berechnung, die spezielle Anforderungen erfüllen.

Wie immer kommt es darauf an, was man möchte. Im Dokument selbst, wird nur der Luftdruck verwendet. Die Formel hierfür ist nicht sonderlich komplex und lässt sich daher in wenigen Codezeilen umsetzen.

altitude = 44330 * (1 – (p/p0) 1/5.255)

Nach dem Dokument auf Seite 14, ist diese Formel zu verwenden.

Auffällig dürften die festen Zahlenwerten sein, die auf den ersten Blick keinen Bezug darstellen. Die Beschreibung für diese Sache ist leider ohne Begründung, was mir selbst etwas Kopfzerbrechen bildet und mich auf den Weg brachte im weiten Internet nach einer plausiblen Antwort zu suchen. Leider mit geringen Erfolg und steht daher noch auf der TODO Liste.

Wer bereits für den Arduino nach einem Beispiel Code gesucht hat, so findet sich oft die folgende Methode mit etwas anderen Werten, die jedoch alle das selbe Ergebnis erzielen.

float calcAltitude(float pressure){   float A = pressure/101325;   float B = 1/5.25588;   float C = pow(A,B);   C = 1 - C;   C = C /0.0000225577;   return c; }

Bei der Formel aus dem Dokument und das was sich aus dem Arduino Umfeld findet, fällt auf, dass die Temperatur nicht berücksichtigt wird. Das führt bedingt zu Ungenauigkeiten. Nach etwas längerem suchen fand ich die Seite Explorermagazin, auf der verschiedene Formeln vorgestellt werden. Am Ende habe ich mich für die Variante 2b entschieden.

p(h) = p(h0) * (1 - 0.00651 K/m *(h-h0)/T0)**5.255 h: Höhe (in Meter) über NN. p(h): Luftdruck (in hPa) in Höhe h. h0: Bezugshöhe (in Meter). p(h0): Luftdruck (in hPa) auf Bezugshöhe T0: Temperatur auf Bezugshöhe in Grad Kelvin (K)

Die Höhenberechnung wird in Abhängigkeit der Temperatur berücksichtigt, die hier Minus 0,651 Kelvin pro 100 Meter (-0,65K/100m) sind. Der Wert 5,255 wurde leider hier ebenfalls nicht beschrieben. Daher belasse ich diesen Punkt und stelle die Formel für die Zielumsetzung um.

Kommen wir zum Programmcode in C#. Leider oder auch gut so, ist dass die Formel nicht in eine Zeile programmiert werden kann und sich somit in einzelnen Schritten abgebildet werden muss.

// Zweite Variante für die Höhen Berechnung // Luftdruck bei Meeresspiegel private double _ph0 = 1013.25; // Bezugshöhe private double _h0 = 0;

Anlegen der Member Variablen mit den Werten der Höhe 0 Meter und 1013,25hPa.

Den Quellcode den ich zur Verfügung stelle, hat noch zusätzlich die herkömliche Variante der Höhenberechnung, die nur mit dem Luftdruck berechnet wird. Für den Post verbleibe ich mit der Folgenden Methode, die mit Hilfe des Luftdrucks und der Temperatur ausgeführt wird, die sich aus der Formelumstellung ergab.

// Die Höhenberechnung aus Luftdruck und Temperatur. private double GetAltitude(double pressure, double temperature) {     // Luftdruck in hPa umrechnen     pressure = pressure / 100.0;     // aktueller Luftdruck durch Bezugshöhe und dessen Luftdruck     double p1 = pressure / _ph0;     // Wurzel ziehen     double p2 = System.Math.Pow(p1, 1.0 / 5.255);     // minus 1, Wert Invertieren     double p3 = (p2 - 1);     // mal Temperatur ind Kelvin     double p4 = p3 * (temperature + 273.15);     // durch Kelvin pro Meter     double p5 = p4 / 0.00651;     // Relative Höhe des Vorangehenden Luftdrucks hinzu rechnen    return p5 + _h0; }

Eines sollte gleich klar sein. Das richtige Ergebnis ist nur draußen zu erhalten. Luftdruck und Außentemperatur wirken zusammen. Zuletzt noch ein Hinweis zur gemessenen Luftdrucks. Der Wert ist in Pascal und muss für die Berechnung in Hektopascal umgerechnet werden, das am Anfang der Mehtode umgerechnet wird.

Effektiv erzielt die Berechnung der Höhe ähnliche Ergebnisse wie die Formel ohne Temperatur Bezug. Für den Einsatz für Quadrocopter lohnt sich der Einsatz über fünf Meter Höhe. Für genaue und präzise Erfassung der Höhe, bleibt der Einsatz von Ultraschall- oder Optischer Distanzsensoren.

Nun das war meine kleine Serie über den Luftdruck Sensor und dessen Umsetzung. Wenn Fragen sind, können diese über die Kommentar Funktion gestellt werden.

Beispiel Programm zum Herunterladen (C# und .NET Micro Framework)

Wikipedia: Luftdruck

Barometrische Höhenformel

Luftdrucksensor BMP085 mit dem Netduino - Kalibrieren (Teil 3)

Um überhaupt mit den gelesenen Daten etwas anfangen zu können, müssen diese umgerechnet werden. Bevor dies geht, müssen am Anfang Kalibrierungsdaten ermittelt werden. Im Handbuch ist in kurzer Form beschrieben, in welchen Schritten gelesen und umgerechnet wird. Fummelig ist die Umrechnung für den Luftdruck. Es sind eine Menge Variablen, welche die Kalibrierungswerte aufnehmen und andere, um die Ergebnisse zwischen zu speichern. Zu der Klasse “BMP085” aus den zwei vorigen Posts kommen nun weitere Methoden hinzu. Damit der Post  nicht zu sehr in die Länge geht, habe ich nur die neuen und geänderten Inhalte zu der Klasse abgebildet.

Als erstes müssen die Kalibrierungskoeffizienten ermittelt werden, die in den Member abgelegt werden. Die Namen für die Variablen wurden direkt aus dem Datenblatt übernommen, was zugegeben etwas unschön aussieht.

// Kalibrierungswerte private short _AC1; private short _AC2; private short _AC3; private uint _AC4; private uint _AC5; private uint _AC6; private short _B1; private short _B2; private short _MB; private short _MC; private short _MD; private long _B5; private short _OSS = 0;

Nicht alle Werte werden in ein “short” umgewandelt, denn drei davon kommen als “uint”. Daher muss am Ende der Methode für das Byte Shifting entschieden werden, als welcher Typ zurück gegeben wird.

// Fragt den Sensor den einzelnen Kalibrierungswert ab private object GetCalibrateValue(byte[] msb_lsb, bool isUnsigned) {     byte[] ba = new byte[] { msb_lsb[1], 0x00 };     if (Write(new byte[]{msb_lsb[0]}) == 0)     {         Debug.Print("Abfrage konnte nicht erfolgreich gesendet werden.");     }     else if (Read(ba) == 0)     {         Debug.Print("Abfrage konnte nicht erfolgreich empfangen werden.");     }    else     {         if (isUnsigned)         {             return (uint)(ba[0] << 8 | ba[1]);         }         else         {             return  (short)(ba[0] << 8 | ba[1]);         }     }     return 0; }

Anschließend lassen sich mit einer weiteren Methode die Kalibrierungswerte in einem Block abrufen. Die Rückgabe kommt als Objekt und muss per Unboxing in den entsprechenden Typ angegeben werden, bevor es an die Member Variable zugewiesen wird.

// Kalibrierungswerte einlesen. public void Calibration() {     _AC1 = (short)GetCalibrateValue(new byte[] { 0xAA, 0xAB }, false);     _AC2 = (short)GetCalibrateValue(new byte[] { 0xAC, 0xAD }, false);     _AC3 = (short)GetCalibrateValue(new byte[] { 0xAE, 0xAF }, false);     _AC4 = (uint)GetCalibrateValue(new byte[] { 0xB0, 0xB1 }, true);     _AC5 = (uint)GetCalibrateValue(new byte[] { 0xB2, 0xB3 }, true);     _AC6 = (uint)GetCalibrateValue(new byte[] { 0xB4, 0xB5 }, true);     _B1 = (short)GetCalibrateValue(new byte[] { 0xB6, 0xB7 }, false);     _B2 = (short)GetCalibrateValue(new byte[] { 0xB8, 0xB9 }, false);     _MB = (short)GetCalibrateValue(new byte[] { 0xBA, 0xBB }, false);     _MC = (short)GetCalibrateValue(new byte[] { 0xBC, 0xBD }, false);     _MD = (short)GetCalibrateValue(new byte[] { 0xBE, 0xBF }, false); }

Die Temperatur umzurechnen ist relativ trivial, auch wenn die Variablen Namen aus dem Handbuch dies etwas kryptisch wirken lassen. Davon sollten Sie sich nicht abschrecken lassen. Ich hätte da lieber andere Namen, aber halten wir uns an das Handbuch.

// Temperatur Berechnen private double GetTemperatur(ulong ut) {     // x1 = (ut - ac6) * ac5 / (2 hoch 15)     long x1 = (((long)ut - _AC6) * _AC5) >> 15;     // x2 = mc * (2 hoch 11) / (x1 + md)     long x2 = (((long)_MC) << 11) / (x1 + _MD);     _B5 = x1 + x2;     // Temperatur wird in 0,1°C Schritten gelesen     return (double)((_B5 + 8) >> 4) / 10; }

Den größten Teil bildet die Umrechnung für den Luftdruck, was auf den ersten Blick Augenkrebs verursachen kann. Leider ist im Datenblatt keine genauere Beschreibung darüber vorhanden, wie sich das Ganze zusammensetzt.

// Luftdruck Berechnen public long GetPressure(ulong up) {     long b6 = _B5 - 4000;     // x1 = (b2 * (b6 * b6) / (2 hoch 12)) / (2 hoch 11)     long x1 = (_B2 * (b6 * b6) >> 12) >> 11;     // x2 = ac2 * b6 / (2 hoch 11)     long x2 = (_AC2 * b6) >> 11;     long x3 = x1 + x2;     // ((ac1 * 4 + x3) << oss + 2) / 4     long b3 = (((((long)_AC1) * 4 + x3) << _OSS) + 2) >> 2;     // x1 = ac3 * b6 / (2 hoch 13)     x1 = (_AC3 * b6) >> 13;     // x2 = (b1 * (b6 * b6 / (2 hoch 12)) / (2 hoch 16)     x2 = (_B1 * ((b6 * b6) >> 12)) >> 16;    // x3 = ((x1 + x2) + 2) / (2 hoch 2)     x3 = ((x1 + x2) + 2) >> 2;     // b4 = ac4 * (x3 + 32768) / (2 hoch 15)     ulong b4 = ((ulong)_AC4 * (ulong)(x3 + 32768)) >> 15;     // b7 = (up - b3) * (50000 >> oss)     ulong b7 = ((ulong)(up - (ulong)b3) * (ulong)(50000 >> _OSS));     long p = 0;     if (b7 < 0x80000000)     {         // p = (b7 * 2) / b4         p = (long)((b7 << 1) / b4);     }     else     {         // (b7 / b4) * 2         p = (long)((b7 / b4) << 1);     }    // x1 = (p / (2 hoch 8)) * (p / (2 hoch 8))     x1 = (p >> 8) * (p >> 8);     // x1 = (x1 * 3038) / (2 hoch 16)     x1 = (x1 * 3038) >> 16;     // x2 = (-7357 * p) / (2 hoch 16)     x2 = (-7357 * p) >> 16;     // p = p + (x1 + x2 + 3791) / (2 hoch 4)     p += (x1 + x2 + 3791) >> 4;     return p; }

Nun kann in der Klasse BMP085 die Methode “ReadSensorData” mit den zwei Methoden ergänzt werden. Dazu erhält das Daten Objekt SensorData zusätzlich zwei weitere Properties für das Abspeichern von Temperatur und Luftdruck.

public class SensorData {     public ulong TemperaturRawValue = 0;     public ulong PressureRawValue = 0;     public double Temperatur = 0;     public double Pressure = 0;     public override string ToString()     {        return "Temperatur Raw Value: " + TemperaturRawValue.ToString() +             " - Pressure Raw Value: " + PressureRawValue.ToString() +             "| Real Values - Temperature: " + Temperatur.ToString() +             " - Pressure: " + Pressure.ToString();     } }

// Sensor Daten lesen public void ReadSensorData(ref SensorData data) {     // Roh Temperatur lesen     data.TemperaturRawValue = GetTemperaturRawValue();     // Roh Luftdruck lesen     data.PressureRawValue = GetPressureRawValue();     // Temperatur berechnen     data.Temperatur = GetTemperatur(data.TemperaturRawValue);     // Luftdruck Berechnen     data.Pressure = GetPressure(data.PressureRawValue); }

Nun ist die Klasse schon fast fertig. Aber es sind noch weitere Möglichkeiten offen, die ich in den nachfolgenden Blog Posts beschreiben werde.

Beispiel Programm zum herunterladen

Datenblatt BMP085