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

HMC5883L Sensor auslesen mit dem Netduino

HMC5883L Magnet Sensor auf dem Breadboard Shield und PullUp-Widerständen.

Was mit dem Arduino geht, geht auch mit Netduino. Auch hier konnte ich ein funktionales Beispiel für den 3 Achsen Magnet Sensor HMC5883L als Klasse schreiben.

public class HMC5883L {     /// Klasse für die I²C Verbindung     private I2CDevice _i2CDevice;     /// Die Variabeln zum Speichern der Ergebnisse nach der Messung.     private byte[] _Data = new byte[6];     /// Ruft die Achse X ab oder legt diese fest.     public int AxisX { get; set; }     /// Ruft die Achse Y ab oder legt diese fest.     public int AxisY { get; set; }     /// Ruft die Achse Z ab oder legt diese fest.     public int AxisZ { get; set; }     /// Der Konstruktor Initialisiert die Verbindung her und     /// stellt den Sensor mit einer Standard Konfiguration ein.     public HMC5883L()     {        // I²C Bus verbindung herstellen mit 100kHz         _i2CDevice = new I2CDevice(new I2CDevice.Configuration(0x1E, 100));         // Operating Mode (0x02):         // Continuous-Measurement Mode (0x00)         StatusMessage(Write(new byte[] { 0x02, 0x00 }));         // Die Konfiguration besteht in zwei Abschnitten.         // Der erste Byte bestimmt, wie viel Proben pro Messung vorgenommen         // werden (Default = 1) sollen. In welcher Bit Rate an die Ausgänge         // geschrieben wird (Default = 15Hz) und den Messmodus bestimmt         // die Vorspannung (Default = Normal)         // Standard Einstellungen, siehe Datenblatt für weitere Einstellungen.         StatusMessage(Write(new byte[] { 0x00, 0x10 }));         // Standard Skalierung, siehe ggf. Datenblatt         // +- 1.3 Ga, 1090 Gain(LSb/Gauss)         StatusMessage(Write(new byte[] { 0x01, 0x20 }));     }     /// Liest die Sensor Messungen ein und schreibt diese in die Properties     public void ReadMagnetic()     {         // Sendet das Byte für die erste Achse         Write(new byte[] { 0x03 });         // Nur wenn das Einlesen erfolgreich war.         _Data[0] = 0x03;         if (Read(_Data) != 0)         {             AxisX = (_Data[0] << 8) | _Data[1];             AxisY = (_Data[2] << 8) | _Data[3];             AxisZ = (_Data[4] << 8) | _Data[5];         }         else         {             Debug.Print("Fehler beim lesen!");         }     }     /// Sendet das Byte Array zum Modul     private int Write(byte[] buffer)     {         I2CDevice.I2CTransaction[] transactions = new I2CDevice.I2CTransaction[]         {             I2CDevice.CreateWriteTransaction(buffer)         };         return _i2CDevice.Execute(transactions, 1000);     }     /// Liest mit den Byte Array die Daten vom Modul     private int Read(byte[] buffer)     {         I2CDevice.I2CTransaction[] transactions = new I2CDevice.I2CTransaction[]         {             I2CDevice.CreateWriteTransaction(new byte[] { 0x03 }),             I2CDevice.CreateReadTransaction(buffer)         };         return _i2CDevice.Execute(transactions, 1000);     }     /// Gibt mit dem Ergebnis den Status des Vorgangs     /// über die Ausgabe(Output) in Visual Studio wieder.     private void StatusMessage(int result)     {        if (result == 0)         {             Debug.Print("Status: Fehler beim Senden oder Empfangen");         }         else         {             Debug.Print("Status: OK");         }     } }

Anschließend muss diese Klasse in der Program.cs instanziiert werden und eine Schleife, die fortlaufend die Messungen abfragt, eingetragen werden.

public static void Main() {     // Sensor Initialisieren     HMC5883L sensor = new HMC5883L();     while (true)     {         // Einlesen         sensor.ReadMagnetic();         // Ergebnisse ausgeben         Debug.Print("Raw Measurement: X " + sensor.AxisX +             "\tY" + sensor.AxisY +             "\tZ" + sensor.AxisZ);         // Kurz warten         Thread.Sleep(100);     } }

Was die Schaltung angeht, ist diese identisch mit der für den  Arduino, allerdings mit einer Ausnahme.

Netduino –> HMC5883L 3,3V      –> VCC GND     –> GND A4         –> SDA A5         –> SCL

HINWEIS: Wenn beim Ausgeben nur 0 heraus kommt oder generell der Status nicht in Ordnung ist, dann kann es an fehlenden PullUp Widerständen liegen. Es gibt einige Module ohne diese, so wie bei mir.

2 Fehlende SMD Widerstände, die eigentlich die offene Schaltung schließen sollten.

Mit dem Ergänzen der zwei fehlenden 2,2kOhm Widerstände ist dies schnell angepasst.

Netduino <–> HMC5883L 3,3V      <–> VCC GND     <–> GND A4         <–> SDA A5         <–> SCL Netduino <–> Widerstand 2,2kOhm <–> HMC5883L 3,3V     <–> Widerstand <–> SDA 3,3V     <–> Widerstand <–> SCL

Am besten wenn man hier zwei SMD Widerstände verbaut oder gleich einen Sensor kauft, worauf man später nicht mehr achten muss.

Wie immer die Solution für .NET Micro Framework 4.2: Download