Модуль Metro - Датчик температуры и влажности.
Техническое описание: Данная страница содержит подробное техническое описание модуля Metro - Датчик температуры и влажности и раскрывает работу с модулем через его регистры.
Ознакомиться с пользовательским описанием модуля и примерами работы с библиотекой iarduino_Metro можно на странице Wiki - Датчик температуры и влажности (Metro-модуль).
Аналоги: Аналогом модуля Metro - Датчик температуры и влажности является Trema модуль - Датчик температуры и влажности I2C-flash который построен на том же чипе, имеет те же регистры и принцип работы, но выполнен в другом формфакторе, использует только выводы шины I2C и работает с другой библиотекой.
Назначение:
Модуль Metro - Датчик температуры и влажности - является цифровым датчиком с подключением по шине I2С.
К одной шине I2C можно подключить более 100 модулей.
Модуль можно использовать в любых проектах где требуется датчик температуры и влажности, например, в метеостанциях, термометрах, гигрометрах, умных теплицах, увлажнителях воздуха, для контроля условий хранения складах и т.д.
Описание:
Модуль построен на базе цифрового датчика влажности и температуры AM2320, микроконтроллера STM32F030F4 и снабжен собственным стабилизатором напряжения. Модуль считывает значения с датчика и сохраняет данные в своих регистрах. Доступ к регистрам модуля осуществляется по шине I2C.
С помощью регистров модуля можно:
- Изменить адрес данного модуля, обнаружить наличие следующего модуля и изменить адрес следующего модуля.
- Определить относительную влажность воздуха в %.
- Определить температуру воздуха в °С.
- Определить событие - влажность изменилась на заданное значение.
- Определить событие - температура изменилась на заданное значение.
- Задать значение влажности при изменении на которую установится флаг события - влажность изменилась.
- Задать значение температуры при изменении на которую установится флаг события - температура изменилась.
- Задать период обновления значений влажности и температуры.
Выводы модуля Metro:
У модуля имеются две колодки выводов: IN - штыревой разъем (вход модуля) и OUT гнездовой разъем (выход для подключения входа следующего модуля Metro). На каждой колодке имеется по пять выводов:
- SCL - вход/выход линии тактирования шины I2C.
- SDA - вход/выход линии данных шины I2C.
- 5V - вход питания.
- GND - общий вывод питания.
- ADR (на колодке IN) - вход установки адреса данного модуля.
- ADR (на колодке OUT) - вывод (вход/выход) обнаружения следующего модуля и установки его адреса.
Выводы SCL, SDA, 5V и GND внутрисхемно соединены с одноимёнными выводами колодок IN и OUT, и предназначены для передачи данных по шине I2C. Выводы SCL и SDA внутрисхемно НЕ подтянуты в модуле до уровня логической 1.
Вход ADR на колодке IN используется для сброса/записи адреса модуля на шине I2C. Данный вход внутрисхемно прижат к GND через резистор номиналом в 1 кОм. Если на вход ADR подать уровень логической 1, то адрес модуля сбросится в значение по умолчанию 0x09, но этот адрес не сохранится во FLASH памяти модуля, а значит после отключения питания, установится прежний адрес. Если при наличии логической 1 на входе ADR, записать адрес в регистр «ADDRESS» с установленным битом «IF_PIN_ADDRESS» то данный адрес станет новым адресом модуля на шине I2C и сохранится во FLASH памяти модуля, а значит сохранится и после отключения питания.
Вывод ADR на колодке OUT является двунаправленным выводом и используется для обнаружения наличия следующего модуля Metro, а также сброса/записи адреса следующего модуля. Данный вывод внутрисхемно подтянут до уровня 3,3 В через резистор в 100 кОм, что позволяет определить наличие следующего модуля Metro. Если вывод сконфигурирован как вход и на нём уровень логической 1 (3,3 В) - значит следующих модулей нет, а если на нём уровень логического 0 (GND) - значит следующий модуль есть. Если вывод сконфигурирован как выход, то установив на нём уровень логической 1 можно сбросить/записать адрес следующего модуля.
Конфигурация, чтение и установка уровней выводов ADR осуществляется через регистры модуля.
Примечание: У Trema-модуля (аналог Metro), вместо колодок IN и OUT, есть только колодка I2C.
Характеристики:
- Напряжение питания: 5 В (постоянного тока)
- Потребляемый ток: до 15 мА.
- Диапазон измерений влажности: от 0 до 100 %.
- Диапазон измерений температуры: от -40 до +80 °С.
- Интерфейс: I2C.
- Скорость шины I2C: 100 кбит/с.
- Адрес на шине I2C: устанавливается программно (по умолчанию 0x09).
- Уровень логической 1 на линиях шины I2C: 3,3 В (толерантны к 5 В).
- Уровень логической 1 на выводах ADR: 3,3 В (толерантны к 5 В).
- Рабочая температура: от -40 до +85 °С.
- Габариты: 35,56 х 25,40 мм (1400 x 1000 mil).
- Вес: 5 г.
Установка адреса:
Сброс адреса (без сохранения):
Если физически подать уровень логической 1 на вход модуля ADR, то адрес модуля сбросится в значение по умолчанию 0x09, но этот адрес не сохранится во FLASH памяти, а значит после отключения питания, установится прежний адрес модуля.
Установка адреса (без сохранения):
Если в регистр 0x06 «ADDRESS» записать значение из 7 бит адреса и младшим битом «IF_PIN_ADDRESS» равным 0, то указанный адрес станет адресом модуля на шине I2C, но он не сохранится во FLASH памяти, а значит после отключения питания, установится прежний адрес модуля.
Установка адреса (с сохранением):
Для установки адреса с его сохранением в FLASH память модуля необходимо выполнить два действия:
- Установить уровень логической 1 на входе ADR колодки IN (при этом адрес модуля сбросится в значение по умолчанию 0x09), или установить в 1 бит «SET_PIN_ADDRES» в регистре 0x01 «BITS_0» (при этом адрес модуля останется прежним).
- Записать в регистр 0x06 «ADDRESS» значение из 7 бит адреса и младшим битом «IF_PIN_ADDRESS» равным 1. ВАЖНО: запись адреса занимает не менее 30 мс.
Если в регистр 0x06 «ADDRESS» записать значение из 7 бит адреса и младшим битом «IF_PIN_ADDRESS» равным 1, при сброшенном бите «SET_PIN_ADDRES» и наличии уровня логического 0 на входе ADR, то указанный адрес проигнорируется и у модуля останется прежний адрес.
Установка адреса для Trema-модуля (аналог модуля Metro):
Так как у Trema-модуля нет выводов ADR, то сбросить адрес Trema-модуля нельзя, а установка адреса осуществляется только через регистры модуля.
- Установка адреса (без сохранения) осуществляется так же как и для модуля Metro.
- Установка адреса (с сохранением) осуществляется так же, в два действия, как и для модуля Metro, но первое действие осуществляется только установкой бита в регистре «BITS_0» (в отличии от модуля Metro, где первое действие можно осуществить, либо установкой бита, либо подачей уровня логической 1 на вход ADR).
Обнаружение следующего модуля Metro:
Модули Metro подключаются друг к другу (вход к выходу) как вагоны метро.
Вход ADR колодки IN внутрисхемно прижат к GND через резистор 1 кОм, значит если данный вход ни к чему не подключён, то на нем присутствует уровень логического 0.
Вывод ADR колодки OUT внутрисхемно подтянут к 3,3 В через резистор 100 кОм, значит если данный вывод сконфигурирован как вход и ни к чему не подключен, то на нем присутствует уровень логической 1.
Следовательно, если вывод ADR колодки OUT сконфигурирован как вход и на нём присутствует уровень логической 1, значит колодка OUT свободна, а если присутствует уровень логического 0, значит к колодке OUT подключена колодка IN следующего модуля.
За конфигурацию вывода ADR колодки OUT отвечает бит «SET_PIN_OUTPUT» регистра 0x01 «BITS_0», а считать логический уровень с этого входа можно через флаг «GET_PIN_OUTPUT» регистра 0x00 «FLAGS_0».
Значит для обнаружения модуля нужно сбросить бит «SET_PIN_OUTPUT» в регистре 0x01 «BITS_0» и считать бит «GET_PIN_OUTPUT» из регистра 0x00 «FLAGS_0». Если считана 1 значит колодка OUT свободна (следующих модулей нет), а если считан 0, значит к колодке OUT подключен следующий модуль.
Регистры:
Карта регистров модуля:
| адрес | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x00 | FLG_RESET | FLG_SELF_TEST | - | FLG_GET_NAME | RAND_ADR | FLG_I2C_UP | GET_PIN_ADDRES | GET_PIN_OUTPUT |
| 0x01 | SET_RESET | SET_SELF_TEST | - | SET_GET_NAME | RESERVED | SET_I2C_UP | SET_PIN_ADDRES | SET_PIN_OUTPUT |
| 0x02 0x03 |
RESERVED |
|||||||
| 0x04 | MODEL[7-0] | |||||||
| 0x05 | VERSION[7-0] | |||||||
| 0x06 | ADDRESS[6-0] | IF_PIN_ADDRES | ||||||
| 0x07 | CHIP_ID[7-0] | |||||||
| 0x08 | PERIOD[7-0] | |||||||
| 0x09 --- 0x0F |
RESERVED | |||||||
| 0x10 | - | - | - | - | - | CHANGED-HUM | CHANGED-TEM | CHANGED |
| 0x11 | TEM[7-0] | |||||||
| 0x12 | NEGATIVE | TEM[14-8] | ||||||
| 0x13 0x14 |
HUM[7-0] HUM[15-8] |
|||||||
| 0x15 | TEM_CHANGE[7-0] | |||||||
| 0x16 | HUM_CHANGE[7-0] | |||||||
Регистры с адресами 0x02, 0x03, 0x09 - 0x0F зарезервированы, их биты сброшены в 0. Попытка записи данных в эти регистры будет проигнорирована модулем.
Регистр 0x00 «FLAGS_0» - содержит флаги чтения состояния модуля:
Регистр только для чтения.
- FLG_RESET - Флаг указывает на факт выполнения успешной перезагрузки модуля. Флаг самостоятельно сбрасывается после чтения регистра 0x00 «FLAGS_0».
- FLG_SELF_TEST - Флаг указывает на результат выполнения самотестирования модуля (0-провал, 1-успех). Не поддерживается данным модулем.
- FLG_GET_NAME - Если флаг установлен, значит модуль поддерживает вывод своего названия установкой бита «SET_GET_NAME» в регистре 0x01 «BITS_0».
- RAND_ADR - Если флаг установлен, значит модуль поддерживает генерацию случайного адреса для шины I2C регистрами 0x64 «RANDOM_NUM», «RANDOM_ADR», «BUN_ADR».
- FLG_I2C_UP - Если флаг установлен, значит модуль позволяет управлять подтяжкой линий шины I2C при помощи бита «SET_I2C_UP» регистра 0x01 «BITS_0».
- GET_PIN_ADDRES - Бит повторяет логический уровень считанный со входа ADR колодки IN модуля.
- GET_PIN_OUTPUT - Бит повторяет логический уровень считанный с вывода ADR колодки OUT модуля.
- Примечание: У Trema-модуля (аналог Metro) отсутствуют флаги «GET_PIN_ADDRES» и «GET_PIN_OUTPUT», так как у этого модуля нет выводов ADR.
Регистр 0x01 «BITS_0» - содержит биты установки состояния модуля:
Регистр для записи и чтения.
- SET_RESET - Бит запускает программную перезагрузку модуля. О завершении перезагрузки свидетельствует установка флага «FLG_RESET» регистра 0x00 «FLAGS_0».
- SET_SELF_TEST - Бит запускает самотестирование модуля. При успешном завершении самотестирования устанавливается флаг «FLG_SELF_TEST » регистра 0x00 «FLAGS_0». Не поддерживается данным модулем.
- SET_GET_NAME - Бит указывает использовать регистр 0x04 «MODEL» для посимвольного вывода названия модуля. Бит сбрасывается автоматически через 300 мс после его установки. Если флаг «FLG_GET_NAME» регистра 0x00 «FLAGS_0» сброшен, значит модуль не поддерживает посимвольный вывод своего названия.
- RESERVED - Третий бит регистра «BITS_0» который не используется у модулей Metro, но у Trema-модулей (аналог Metro) этот бит носит название «BLOCK_ADR», он блокирует смену и сохранение адреса для шины I2C. Бит устанавливается автоматически при попытке записи данных в регистры предназначенные только для чтения. Это защищает чип от ненамеренной смены адреса шумами на шине I2C.
- SET_I2C_UP - Бит управляет внутрисхемной подтяжкой линий шины I2C. Значение бита сохраняется в FLASH память модуля. Установка бита в «1» приведёт к подтяжке линий SDA и SCL до уровня 3,3 В. На линии I2C допускается устанавливать внешние подтягивающие резисторы и иные модули с подтяжкой до уровня 3,3 В или 5 В, вне зависимости от состояния текущего бита. Если флаг «FLG_I2C_UP» регистра 0x00 «FLAGS_0» сброшен, значит управление подтяжкой не поддерживается модулем.
- SET_PIN_ADDRES - Бит является альтернативой входа ADR колодки IN. Установка бита в 1 расценивается как наличие логической 1 на входе ADR колодки IN, но не устанавливает этот уровень физически на входе, что позволяет установить и сохранить адрес модуля во FLASH память не используя вход ADR. Бит самостоятельно сбрасывается после сохранения адреса во FLASH память. Установка бита в 1 не сбрасывает адрес модуля в значение по умолчанию (0x09), как это делает физическая «1» на входе ADR колодки IN.
- SET_PIN_OUTPUT - Бит конфигурации вывода ADR колодки OUT. Установка бита в 1 сконфигурирует вывод ADR колодки OUT модуля в режим выхода и установит на нём уровень логической 1. Сброс бита в 0 сконфигурирует вывод ADR колодки OUT в режим входа, логический уровень которого можно считать через бит «GET_PIN_OUTPUT» регистра 0x00 «FLAGS_0».
- Примечание: У Trema-модуля (аналог Metro) отсутствует бит «SET_PIN_OUTPUT», так как у этого модуля нет выхода ADR, а бит «SET_PIN_ADDRES» имеет другое название - «SAVE_ADR_EN».
Регистр 0x04 «MODEL» - содержит идентификатор типа модуля:
Регистр только для чтения.
- MODEL[7-0] - Для модуля Metro - Датчик температуры и влажности - идентификатор равен значению 0x05.
- Если установлен флаг «FLG_GET_NAME» регистра 0x00 «FLAGS_0» значит модуль поддерживает посимвольный вывод своего названия.
- Установка бита «SET_GET_NAME» регистра 0x01 «BITS_0» включает режим посимвольного вывода названия модуля. При этом в регистре 0x04 «MODEL» появится первый символ названия модуля. В процессе чтения регистра 0x04 «MODEL» он будет возвращать очередной символ названия, вплоть до символа конца строки имеющего код 0x00. Далее цикл повторится.
- Сброс бита «SET_GET_NAME» регистра 0x01 «BITS_0» отключает режим посимвольного вывода названия модуля. Регистр 0x04 «MODEL» вновь будет содержать идентификатор.
Регистр 0x05 «VERSION» - содержит версию прошивки модуля:
Регистр только для чтения.
- VERSION[7-0] - Версия прошивки (от 0x01 до 0xFF).
Регистр 0x06 «ADDRESS» - отвечает за чтение/установку адреса модуля на шине I2C:
Регистр для чтения и записи.
- ADDRESS[6-0] - 7 бит адреса модуля на шине I2C. При чтении возвращается текущий адрес модуля, при записи устанавливается указанный адрес модулю.
- IF_PIN_ADDRES - Флаг проверки состояния входа ADR колодки IN для записи адреса в FLASH память модуля.
Флаг имеет значение только при записи данных в регистр.
Если флаг сброшен, то адрес в битах ADDRESS[6-0] будет установлен временно (до отключения питания, или сброса/записи нового адреса). Если флаг «IF_PIN_ADDRES» установлен, то адрес в битах ADDRESS[6-0] будет сохранён в FLASH память модуля (останется и после отключения питания), но только если на входе ADR колодки IN, или в бите «SET_PIN_ADDRES» регистра 0x01 «BITS_0» установлена логическая 1. Если флаг «IF_PIN_ADDRES» установлен, бит «SET_PIN_ADDRES» сброшен и на входе ADR колодки IN установлен уровень логического 0, то адрес в битах ADDRESS[6-0] не будет установлен ни временно, ни постоянно. - Примечание: У Trema-модуля (аналог Metro) флаг «IF_PIN_ADDRES» имеет другое название - «SAVE_FLASH».
Регистр 0x07 «CHIP_ID» - содержит идентификатор общий для всей линейки Metro:
Регистр только для чтения.
У всех модулей линейки метро в регистре «CHIP_ID» содержится значение 0xC3. Если требуется отличить модули Metro на шине I2C от сторонних модулей, то достаточно прочитать значение регистров 0x06 «ADDRESS» и 0x07 «CHIP_ID» всех модулей на шине I2C. Если 7 старших битов регистра 0x06 «ADDRESS» хранят адрес совпадающий с адресом модуля, а в регистре 0x07 «CHIP_ID» хранится значение 0xC3, то можно с большой долей вероятности утверждать, что данный модуль является модулем Metro.
Примечание: У Trema-модуля (аналог Metro), регистр «CHIP_ID» содержит значение 0x3C.
Регистр 0x08 «PERIOD» - содержит время обновления данных:
Регистр только для записи.
PERIOD[7-0] - Время обновления показаний датчика AM2320 в десятых долях секунд от 0 (0 сек.) до 255 (25,5 сек.). Значение по умолчанию 30 (3,0 сек.). Это время по истечении которого микроконтроллер модуля Metro опрашивает датчик AM2320 и, следовательно, обновляет свои регистры. В соответствии с описанием датчика AM2320 не рекомендуется устанавливать период его опроса ниже 3 секунд.
Регистр 0x10 «REG_DATA» - содержит флаги событий:
Регистр только для чтения.
- CHANGED-HUM - Флаг события смены влажности. Устанавливается если показания влажности изменились более чем на «HUM_CHANGE» % после последней установки флага. Флаг «CHANGED-HUM» сбрасываются самостоятельно после чтения данного регистра.
- CHANGED-TEM - Флаг события смены температуры. Устанавливается если показания температуры изменились более чем на «TEM_CHANGE» °C после последней установки флага. Флаг «CHANGED-TEM» сбрасываются самостоятельно после чтения данного регистра.
- CHANGED - Флаг события смены влажности или температуры. Флаг сбрасывается самостоятельно после чтении данного регистра.
( «CHANGED» = «CHANGED-HUM» | «CHANGED-TEM» ).
Регистры 0x11 и 0x12 «TEM» - содержат значение температуры в десятых долях °С:
Регистры только для чтения.
- TEM[7-0] - Младший байт температуры (доступен для чтения из регистра 0x11).
- TEM[14-8] - Старший байт температуры (доступен для чтения из регистра 0x12).
- NEGATIVE - Флаг отрицательной температуры (старший бит регистра 0x12).
Данные температуры хранятся в десятых долях °C, от -400 (-40,0°С) до 800 (80,0°С).
Температура = ( ( (TEM[14-8] << 8) + TEM[7-0] ) / 10 ) °С.
if ( NEGATIVE ){ Температура = -Температура }
Регистры 0x13 и 0x14 «HUM» - содержат значение влажности в десятых долях %:
Регистры только для чтения.
- HUM[7-0] - Младший байт влажности (доступен для чтения из регистра 0x13).
- HUM[15-8] - Старший байт влажности (доступен для чтения из регистра 0x14).
Данные влажности хранятся в десятых долях %, от 0 (0,0%) до 1000 (100,0%).
Влажность = ( ( (HUM[15-8] << 8) + HUM[7-0] ) / 10 ) %.
Регистр 0x15 «TEM_CHANGE» - содержит диапазон температуры для флага CHANGED-TEM:
Регистр для чтения и записи.
- TEM_CHANGE[7-0] - Диапазон температуры в десятых долях °С. Изменение температуры воздуха на значение превышающее указанное в настоящем регистре, приведёт к установке флага «CHANGED-TEM».
Регистр 0x16 «HUM_CHANGE» - содержит диапазон влажности для флага CHANGED-HUM:
Регистр для чтения и записи.
- HUM_CHANGE[7-0] - Диапазон влажности в десятых долях %. Изменение влажности воздуха на значение превышающее указанное в настоящем регистре, приведёт к установке флага «CHANGED-HUM».
Регистры 100+:
У младших версий модулей линейки «FLASH-I2C» нет блока регистров «100+», так же этого блока нет у модулей линейки «Metro», о его наличии свидетельствует установленный флаг «RAND_ADR» в регистре 0x00 «FLAGS_0».
Блок регистров «100+» с адресами от 0x64 (100)10 до 0x75 (117)10 не участвует в работе модуля, он предназначен только для обнаружения модулей с одинаковыми адресами и назначения этим модулям разных адресов, не отключая их от шины I2C.
Карта регистров 100+:
Регистры 0x64-0x65 «RANDOM_NUM» - содержат случайное число:
Регистры только для чтения.
- RANDOM_NUM[15-0] - Содержит двухбайтное случайное число позволяющее определить наличие нескольких устройств с одинаковым адресом.
- Значение из регистров читается одним пакетом (младший и старший байт). После чтения старшего байта, модуль на 5мс перейдёт в режим «молчания». В этом режиме модуль будет отправлять NACK мастеру после получения номера регистра в любых запросах.
- Если прочитать регистры 0x64-0x65 «RANDOM_NUM» дважды, с промежутком между чтениями менее 5мс, то первый раз мы получим два байта случайного числа, а второй раз модуль откажет в чтении, так как отправит NACK. Но это только в том случае, если адрес модуля уникален.
- Если адрес принадлежит нескольким устройствам, то и отвечать на запрос чтения будут несколько устройств. При первом чтении регистров 0x64-0x65 «RANDOM_NUM», биты случайного числа у разных модулей не совпадут, в результате чего один модуль передаст оба байта случайного числа и перейдёт в режим «молчания», а другой модуль (или модули) зафиксирует потерю арбитража и не передаст старший байт, следовательно, и не перейдёт в режим «молчания». Значит при повторном чтении регистров, мы опять получим два байта случайного числа от того модуля который не перешёл в режим «молчания», что будет свидетельствовать о наличии нескольких устройств на одном адресе.
Регистр 0x66 «RANDOM_ADR» - случайный адрес:
Регистр для чтения и записи.
- RANDOM_ADR[7-0] - Позволяет задавать модулю случайный временный адрес, подтверждать временный адрес и получать информацию о состоянии временного адреса.
- Запись 0x0F - Назначить модулю случайный временный адрес на 50 мс.
В регистре 0x06 «ADDRESS» останется значение постоянного адреса. - Запись 0xF0 - Подтвердить назначенный временный адрес до отключения питания.
В регистре 0x06 «ADDRESS» появится назначенный временный адрес. - Чтение 0x55 - Назначен временный случайный адрес на 50 мс.
- Чтение 0xFF - Назначенный временный адрес подтверждён до отключения питания.
- Чтение 0x00 - Временный адрес не назначался или отменён по истечении 50 мс.
- Если на шине несколько устройств имеют одинаковый адрес, то запись значения 0x0F в регистр 0x66 «RANDOM_ADR» этих устройств, приведёт к тому, что каждый модуль сам себе назначит временный случайный адрес на 50 мс. За указанное время следует найти все новые временные адреса устройств и подтвердить их отправив в регистр 0x66 «RANDOM_ADR» значение 0xF0.
- Примечание: Случайный адрес модуль выбирает сам из диапазона от 0x08 до 0x7E включительно, кроме адресов запрещённых регистрами 0x67-0x75 «BUN_ADR».
Регистры 0x67-0x75 «BUN_ADR» - запрещают назначать адреса:
Регистры для чтения и записи.
- BUN_ADR_08 - Бит запрещает назначать адрес 0x08 регистром 0x66 «RANDOM_ADR».
- BUN_ADR_09 - Бит запрещает назначать адрес 0x09 регистром 0x66 «RANDOM_ADR».
- ...
- BUN_ADR_7D - Бит запрещает назначать адрес 0x7D регистром 0x66 «RANDOM_ADR».
- BUN_ADR_7E - Бит запрещает назначать адрес 0x7E регистром 0x66 «RANDOM_ADR».
- Если бит регистров 0x67-0x75 «BUN_ADR» установлен, то модуль не назначит себе случайный временный адрес соответствующий установленному биту.
- Если на шине есть несколько устройств с одинаковым адресом, то отправка команды 0x0F в регистр 0x66 «RANDOM_ADR» этих устройств, приведёт к тому, что каждый модуль сам себе назначит временный случайный адрес на 50 мс. Но вновь назначенный адрес может совпасть с адресом другого модуля на шине I2C, особенно если их много. По этому перед назначением случайного временного адреса рекомендуется записать в регистры 0x67-0x75 «BUN_ADR» все найденные на шине I2C уникальные адреса.
Доступ к данным регистров:
Каждый регистр модуля хранит 1 байт данных. Так как модуль использует интерфейс передачи данных I2C, то и доступ к данным охарактеризован им.
Обмен данными по шине I2C происходит по одному биту за один такт, после каждых переданных 8 бит (1 байта) принимающее устройство отвечает передающему одним битом: «ACK» в случае успешного приёма, или «NACK» в случае ошибки. Пакет приёма/передачи данных начинается сигналом «START» и завершается сигналом «STOP». Первый байт пакета всегда состоит из 7 бит адреса устройства и одного (младшего) бита R/W.
Сигналы интерфейса передачи данных I2C:
- Для удобства восприятия сигналов они выполнены в следующих цветах:
- Зелёный - сигналы формируемые мастером.
- Красный - данные отправляемые мастером.
- Синий - данные отправляемые модулем Metro.
- Фиолетовый - данные отправляемые мастером или модулем Metro.
- «START» - отправляется мастером в начале пакета приема/передачи данных. Сигнал представляет переход уровня линии «SDA» из «1» в «0» при наличии «1» на линии «SCL».
- «STOP» - отправляется мастером в конце пакета приёма/передачи данных. Сигнал представляет переход уровня линии «SDA» из «0» в «1» при наличии «1» на линии «SCL».
- БИТ - значение бита считывается с линии «SDA» по фронту импульса на линии «SCL».
- «ACK» - бит равный 0, отправляется после успешного приёма байта данных.
- «NACK» - бит равный 1, отправляется после байта данных в случае ошибки.
- ПЕРВЫЙ БАЙТ - отправляется мастером, состоит из 7 бит адреса и бита «RW».
- «R/W» - младший бит первого байта данных указывает направление передачи данных пакета, 1 - прием (от модуля к мастеру), 0 - передача (от мастера в модуль).
- «RESTART» - повторный старт, отправляется мастером внутри пакета. Сигнал представляет из себя «START» отправленный не на свободной шине, а внутри пакета.
ВАЖНО: Все изменения на линии «SDA» должны происходить только при наличии «0» на линии «SCL» за исключением сигналов «START», «STOP» и «RESTART».
Запись данных в регистры:
- Отправляем сигнал «START».
- Отправляем первый байт: 7 бит адреса модуля и бит «R/W» равный 0 (запись).
Получаем ответ от модуля в виде одного бита «ACK». - Отправляем второй байт: адрес регистра в который будет произведена запись.
Получаем ответ от модуля в виде одного бита «ACK». - Отправляем третий байт: данные для записи в регистр.
Получаем ответ от модуля в виде одного бита «ACK». - Далее можно отправить четвёртый байт данных для записи в следующий по порядку регистр и т.д.
- Отправляем сигнал «STOP».
Пример записи в один регистр:
Запись значения 0x2A в регистр 0x06 модуля с адресом 0x09:
// Запись в регистр методами библиотеки Wire.h Wire.beginTransmission(0x09); // Инициируем передачу данных в устройство с адресом 0x09. Wire.write(0x06); // Записываем в буфер байт адреса регистра. Wire.write(0x26); // Записываем в буфер байт который будет записан в регистр. Wire.endTransmission(); // Выполняем передачу адреса и байтов из буфера. Функция возвращает: 0-передача успешна / 1 - переполнен буфер для передачи / 2 - получен NACK при передаче адреса / 3 - получен NACK при передаче данных / 4 - другая ошибка.
Пример записи в несколько регистров подряд:
Запись в модуль с адресом 0x09 нескольких значений начиная с регистра 0x12:
В регистр 0x12 запишется значение 0x0F, в следующий по порядку регистр (0x13) запишется значение 0x30 и в следующий по порядку регистр (0x14) запишется значение 0xB1.
// Запись в регистры методами библиотеки Wire.h
byte data[3] = {0x0F,0x30,0xB1}; // Определяем массив с данными для передачи.
Wire.beginTransmission(0x09); // Инициируем передачу данных в устройство с адресом 0x09.
Wire.write(0x12); // Записываем в буфер байт адреса первого регистра.
Wire.write(data, 3); // Записываем в буфер 3 байта из массива data.
Wire.endTransmission(); // Выполняем передачу адреса и байт из буфера. Функция возвращает: 0-передача успешна / 1 - переполнен буфер для передачи / 2 - получен NACK при передаче адреса / 3 - получен NACK при передаче данных / 4 - другая ошибка.
Примечание: Так как в модуле Metro - Датчик температуры и влажности регистры 0x12, 0x13 и 0x14 предназначены только для чтения, то данные не будут записаны. При этом модуль не выдаст сообщение об ошибке записи.
Чтение данных из регистров:
- При чтении пакет делится на 2 части: запись № регистра и чтение его данных.
- Отправляем сигнал «START».
- Отправляем первый байт: 7 бит адреса модуля и бит «R/W» равный 0 (запись).
Получаем ответ от модуля в виде одного бита «ACK». - Отправляем второй байт: адрес регистра из которого нужно прочитать данные.
Получаем ответ от модуля в виде одного бита «ACK». - Отправляем сигнал «RESTART».
- Отправляем первый байт после «RESTART»: 7 бит адреса и бит «R/W» равный 1 (чтение).
Получаем ответ от модуля в виде одного бита «ACK». - Получаем байт данных из регистра модуля.
Отвечаем битом «ACK» если хотим прочитать следующий регистр, иначе отвечаем «NACK». - Отправляем сигнал «STOP».
Пример чтения одного регистра:
Чтение из модуля с адресом 0x09 байта данных регистра 0x05:
(в примере модуль вернул значение 0x01).
// Чтение регистра методами библиотеки Wire.h byte data; // Объявляем переменную для чтения байта данных. Wire.beginTransmission(0x09); // Инициируем передачу данных в устройство с адресом 0x09. Wire.write(0x05); // Записываем в буфер байт адреса регистра. Wire.endTransmission(false); // Выполняем передачу без установки состояния STOP. Wire.requestFrom(0x09, 1); // Читаем 1 байт из устройства с адресом 0x09. Функция возвращает количество реально принятых байтов. Так как предыдущая функция не установила состояние STOP, то состояние START установленное данной функцией будет расценено как RESTART. data=wire.read(); // Сохраняем прочитанный байт в переменную data.
Пример чтения нескольких регистров подряд:
Чтение из модуля с адресом 0x09 нескольких регистров начиная с регистра 0x05:
(в примере модуль вернул значения: 0x01 из рег. 0x05, 0x13 из рег. 0x06, 0xC3 из рег. 0x07).
// Чтение регистров методами библиотеки Wire.h
byte data[3]; // Объявляем массив для чтения данных.
Wire.beginTransmission(0x09); // Инициируем передачу данных в устройство с адресом 0x09.
Wire.write(0x05); // Записываем в буфер байт адреса регистра.
Wire.endTransmission(false); // Выполняем передачу без установки состояния STOP.
Wire.requestFrom(0x09, 3); // Читаем 3 байта из устройства с адресом 0x09. Функция возвращает количество реально принятых байтов. Так как предыдущая функция не установила состояние STOP, то состояние START установленное данной функцией будет расценено как RESTART.
int i=0; // Определяем счётчик номера прочитанного байта.
while( Wire.available() ){ // Выполняем цикл while пока есть что читать из буфера.
if(i<3){ // Лучше делать такую проверку, чтоб не записать данные за пределы массива data!
data[i] = wire.read(); i++; // Читаем очередной байт из буфера в массив data.
} //
} //
Примечание:
- Если на линии I2C только один мастер, то сигнал «RESTART» можно заменить на сигналы «STOP» и «START».
- Рекомендуется не выполнять чтение или запись данных чаще 200 раз в секунду.
- Обратите внимание на сигналы «RESTART» и «STOP» в пакетах чтения данных:
- Между фронтом и спадом сигнала «RESTART» проходит фронт импульса на линии «SCL», что расценивается как передача бита равного 1.
- Между сигналом «NACK» и сигналом «STOP» проходит фронт импульса на линии «SCL», что расценивается как передача бита равного 0.
- Эти биты не сохраняются в модулях и не расцениваются как ошибки.
Модуль не поддерживает горячее подключение: Подключайте модуль только при отсутствии питания и данных на шине I2C. В противном случае потребуется отключить питание при уже подключённом модуле.
Пример чтения температуры и влажности:
Следующий скетч демонстрирует пример вывода температуры и влажности в монитор последовательного порта.
#include <Wire.h> // Подключаем библиотеку Wire для работы с шиной I2C.
const int ADDRESS = 0x09; // Определяем адрес модуля Metro - датчик температуры и влажности.
const int REG_TEM = 0x11; // Определяем адрес регистра TEM.
const int NEGATIVE = 7; // Определяем номер бита NEGATIVE в регистре TEM.
uint16_t DATA; // Объявляем переменную для хранения данных с регистров.
float TEM; // Объявляем переменную для хранения температуры.
float HUM; // Объявляем переменную для хранения влажности.
//
void setup(){ //
Serial.begin(9600); // Инициируем связь с монитором последовательного порта на скорости 9600 бит/сек.
while(!Serial){;} // Ждём готовность к работе аппаратной шины UART.
Wire.setClock(100000L); // Устанавливаем скорость передачи данных по шине I2C.
Wire.begin(); // Инициируем работу c шиной I2C в качестве мастера.
} //
//
void loop(){ //
Wire.beginTransmission(ADDRESS); // Инициируем передачу данных по шине I2C к устройству с адресом ADDRESS и битом RW=0 (запись). При этом сама передача не начнётся.
Wire.write(REG_TEM); // Функция write() помещает значение своего аргумента в буфер для передачи.
Wire.endTransmission(false); // Выполняем инициированную ранее передачу данных (параметр false указывает что состояние STOP устанавливать не требуется).
Wire.requestFrom(ADDRESS, 4); // Читаем из модуля с адресом ADDRESS, 4 байта данных в буфер библиотеки Wire. Так как предыдущая функция не установила состояние STOP, то состояние START установленное данной функцией будет расценено как RESTART.
DATA = 0; // Чистим переменную DATA.
if(Wire.available()){DATA|= Wire.read() ;}// Если в буфере библиотеки Wire есть данные, то читаем байт как младший байт значения DATA.
if(Wire.available()){DATA|=(Wire.read()<<8);}// Если в буфере библиотеки Wire есть данные, то читаем байт как старший байт значения DATA.
bool f = DATA & bit(NEGATIVE+8); // Определяем флаг отрицательной температуры.
TEM = float( DATA & ~bit(NEGATIVE+8) ) / 10; // Сохраняем значение DATA как температуру в переменную TEM, без бита NEGATIVE.
if(f){ TEM*=-1; } DATA = 0; // Добавляем знак температуры и чистим переменную DATA.
if(Wire.available()){DATA|= Wire.read() ;}// Если в буфере библиотеки Wire есть данные, то читаем байт как младший байт значения DATA.
if(Wire.available()){DATA|=(Wire.read()<<8);}// Если в буфере библиотеки Wire есть данные, то читаем байт как старший байт значения DATA.
HUM = float( DATA ) / 10; // Сохраняем значение DATA как влажность в переменную HUM.
while( Wire.available() ){ Wire.read() ;}// Если в буфере библиотеки Wire есть еще данные, то читаем их в никуда (чистим буфер).
Serial.print("t="); //
Serial.print(TEM); //
Serial.print("°C, RH="); //
Serial.print(HUM); //
Serial.println("%."); //
delay(1000); //
} //
Габариты:
Обсуждение