Ansteuerung eines Feuchtesensors vom Typ SHTxx (mit PIC-Mikrocontroller, Elektronik)

• 1. Der Feuchtigkeitssensor
• 2. Hardware
• 3. Protokoll
• 4. Linearisierung und Temperaturkompensation
• 5. CRC-8 Checksumme-Berechnung
• 6. Software
  • 6.1. Portdefinition, externe Register und Konstanten
  • 6.2. Initialisierung (Unterprogramm "INIT")
  • 6.3. Unterprogramme zur Kommunikation mit dem Feuchtigkeitssensor
    • 6.3.1. Unterprogramm FEUCHTE_START
    • 6.3.2. Unterprogramm FEUCHTE_CONNECTIONRESET
    • 6.3.3. Unterprogramm FEUCHTE_SCHREIBEN
    • 6.3.4. Unterprogramm FEUCHTE_LESEN
    • 6.3.5. Unterprogramm FEUCHTE_STATUSSCHREIBEN
    • 6.3.6. Unterprogramm FEUCHTE_STATUSLESEN
    • 6.3.7. Unterprogramm FEUCHTE_MESSUNG
    • 6.3.8. Unterprogramm FEUCHTE_LINEARISIERUNG
• 7. Demonstrationsbeispiel
• 8. Download
• 9. Quellen
• 10. Anwendungen/Projekte
  Temperatur-Feuchtigkeits-Modul 2
•  
• feuchtesensor_shtxx_doku.pdf (357 KB)

6. Software

Die Aufgabe der Software ist das im Abschnitt 3 (Protokoll) beschriebene Protokoll umzusetzen. Weiters die Linearisierung und Temperaturkompensation gemäß Abschnitt 4. Je nach Bedarf kann auch noch die Checksumme gemäß Abschnitt 5 berücksichtigt werden. Dies ist aber hier (noch) nicht ausgeführt!

Als Programmiersprache wurde C, und als Compiler CC5X gewählt.

6.1. Portdefinition, externe Register und Konstanten

Portdefinition:
Im Allgemeinen werden bei jeder Anwendung die Eingangspins für den Feuchtigkeitssensor an einen anderen Portpin verwendet. Damit dies in der Software nur an einer Stelle berücksichtigt werden muss befindet sich in der Software eine Portdefinition. Diese besteht aus den folgenden 3 Parametern:

• DATA: Dieser Parameter gibt den Portpin für die Datenleitung (DATA) an
• TRIS_DATA: Während der Erzeugung des Protokolls muss der DATA-Pin mehrmals zwischen Ein- und Ausgang umgeschaltet werden. Dazu wird der Parameter TRIS_DATA benötigt.
• SCK: Dieser Parameter gibt den Portpin für die Taktleitung (SCK) an

Achtung: Wird für DATA der Port B verwendet, so muss für TRIS_DATA das zum Port B zugehörige TRIS-Register definiert werden. Eine mögliche Portdefinition für einen PIC-Mikrocontroller der PIC16Fxx-Familie ist:

bit        DATA           @ PORTB.0;
bit        TRIS_DATA      @ TRISB.0;
bit        SCK            @ PORTB.3;    

Externe Register:
Die externen Register sind in einer Struktur (struct Sensor) zusammengefasst und beinhalten die Rohdaten vom Sensor und die daraus berechnete Temperatur und Luftfeuchtigkeit

struct Sensor
{
        unsigned char        feuchte_lo;        // Rohwert vom Sensor (Low-Byte der Feuchte)
        unsigned char        feuchte_hi;        // Rohwert vom Sensor (High-Byte der Feuchte)
        unsigned char        temperatur_lo;     // Rohwert vom Sensor (Low-Byte der Temperatur)
        unsigned char        temperatur_hi;     // Rohwert vom Sensor (High-Byte der Temperatur)
        long                 temperatur_lin;    // linearisierter Temperaturwert
        long                 feuchte_lin;       // linearisierter Feuchtewert
        unsigned long        feuchte_komp;      // kompensierten Feuchtewert
};

Konstanten für den Feuchtigkeitssensor:

• STATUS_SCHREIBEN: Diese Konstante beinhaltet den Befehlscode für das Beschreiben des Statusregisters des Sensors (siehe Abschnitt 3.4.3.)
• STATUS_LESEN: Diese Konstante beinhaltet den Befehlscode für das Lesen des Statusregisters des Sensors (siehe Abschnitt 3.4.2.)
• MESSUNG_TEMPERATUR: Diese Konstante beinhaltet den Befehlscode für eine Temperaturmessung (siehe Abschnitt 3.3.)
• MESSUNG_FEUCHTE: Diese Konstante beinhaltet den Befehlscode für eine Feuchtigkeitsmessung (siehe Abschnitt 3.2.)
• ACK, noACK: Diese beiden Konstanten geben an, ob beim Telegramm zum Sensor, eine Bestätigung (ACK) oder keine Bestätigung (noACK) erfolgen sollen
• TEMPERATUR, FEUCHTE: Mit diesen beiden Konstanten wird zwischen einer Temperaturmessung (TEMPERATUR) und einer Feuchtigkeitsmessung (FEUCHTE) unterschieden

6.2. Initialisierung (Unterprogramm "INIT")

Dieses Unterprogramm dient zur Initialisierung des Mikrocontrollers. Bei diesem Beispiel ist hier, für die Implementierung des Protokolls, nur die Definition der der verwendeten Portpins als Ausgang notwendig.

6.3. Unterprogramme zur Kommunikation mit dem Feuchtigkeitssensor

Zur Kommunikation mit dem Feuchtigkeitssensor sind folgende Unterprogramme notwendig:

• Ein Unterprogramm zur Erzeugung der Startbedingung. (FEUCHTE_START)
• Ein Unterprogramm welches einen Verbindungsreset des Sensors durchführt (FEUCHTE_CONNECTIONRESET)
• Je ein Unterprogramm welches ein Byte auf den Bus schreibt (FEUCHTE_SCHREIBEN) bzw. ein Byte vom Bus einliest (FEUCHTE_LESEN).
• Je ein Unterprogramm welches das Statusregister vom Sensor beschreibt (FEUCHTE_STATUSSCHREIBEN) bzw. den Inhalt vom Statusregister des Sensors einliest (FEUCHTE_STATUSLESEN).
• Ein Unterprogramm, welches einen Messzyklus startet, auf das Messergebnis wartet und diesem vom Sensor ausliest (FEUCHTE_MESSUNG)
• Ein Unterprogramm, welches aus den Rohdaten des Sensors die Temperatur und Luftfeuchtigkeit berechnet (FEUCHTE_LINEARISIERUNG)

Nun aber zu den einzelnen Unterprogrammen im Detail:

6.3.1. Unterprogramm FEUCHTE_START

Aufgabe:
Dieses Unterprogramm erzeugt die Startbedingung für die Kommunikation mit dem Feuchtigkeitssensor.

Zur Erinnerung, die Startbedingung ist wie folgt definiert (vgl. Abschnitt 3.1.).

6.3.2. Unterprogramm FEUCHTE_CONNECTIONRESET

Aufgabe:
9 SCK-Zyklen, während DATA = 1, anschließend eine Startbedingung (vgl. Abschnitt 3.6.).

6.3.3. Unterprogramm FEUCHTE_SCHREIBEN

Aufgabe:
Ein Byte (also eine Anweisung) an den Sensor übergeben und die Bestätigung vom Sensor empfangen.

Vorgehensweise:

• Register fehler löschen
• Mit einer Schleife jedes einzelne Bit des zu übergebenden Bytes maskieren und das Ergebnis auf die DATA-Leitung geben. Anschließend einen Taktimpuls erzeugen
• Nun die Bestätigung (Acknowledge) empfangen:
  • DATA = 1
  • SCK = 1 (steigende Flanke der Takt-Leitung)
  • Das TRIS_DATA-Flag muss nun gesetzt werden, da der DATA-Pin auf Eingang umgeschaltet werden muss.
  • Nun die DATA-Leitung einlesen und in fehler sichern
  • SCK = 0 (fallende Flanke der Takt-Leitung)
  • Das TRIS_DATA-Flag muss wieder gelöscht werden, da der DATA-Pin nun wieder als Ausgang dienen soll.

6.3.4. Unterprogramm FEUCHTE_LESEN

Aufgabe:
Ein Byte vom Sensor lesen und eine Bestätigung zurückgeben, wenn ack=1

Vorgehensweise:

• DATA = 1
• Das TRIS_DATA-Flag muss nun gesetzt werden, da der DATA-Pin auf Eingang umgeschaltet werden muss.
• Mit einer Schleife das 8-Bit Datenwort bitweise einlesen
• SCK = 1 (steigende Flanke der Takt-Leitung)
• Das TRIS_DATA-Flag muss wieder gelöscht werden, da der DATA-Pin nun wieder als Ausgang dienen soll.
• Nun die Bestätigung (Acknowledge) senden
• DATA = 1

6.3.5. Unterprogramm FEUCHTE_STATUSSCHREIBEN

Aufgabe:
Statusregister des Sensors beschreiben

Vorgehensweise:

• Startbedingung mit dem Unterprogramm FEUCHTE_START erzeugen
• Anweisung zum Beschreiben des Sensor-Statusregister (mit dem Unterprogramm FEUCHTE_SCHREIBEN mit dem Parameter STATUS_SCHREIBEN (=0x06))
• Den Wert p_value mit dem Unterprogramm FEUCHTE_SCHREIBEN in das Statusregister des Sensors schreiben

6.3.6. Unterprogramm FEUCHTE_STATUSLESEN

Aufgabe:
Statusregister des Sensors und Checksumme auslesen

Vorgehensweise:

• Startbedingung mit dem Unterprogramm FEUCHTE_START erzeugen
• Anweisung zum Auslesen des Sensor-Statusregister (mit dem Unterprogramm FEUCHTE_SCHREIBEN mit dem Parameter STATUS_LESEN (=0x07))
• Status-Register mit dem Unterprogramm FEUCHTE_LESEN einlesen und im Übergabeparameter *p_value sichern
• Checksumme mit dem Unterprogramm FEUCHTE_LESEN einlesen und im Übergabeparameter *p_checksum sichern.

6.3.7. Unterprogramm FEUCHTE_MESSUNG

Aufgabe:
Einen Feuchtigkeits- oder Temperatur-Messzyklus starten

Vorgehensweise:

• Startbedingung mit dem Unterprogramm FEUCHTE_START erzeugen
• Je nach Mode (Temperaturmessung oder Feuchtigkeitsmessung) den Wert 03h (für eine Temperaturmessung) oder 05h (für eine Feuchtigkeitsmessung) mit dem Unterprogramm FEUCHTE_SCHREIBEN dem Sensor übergeben, und so diese Messung starten.
• Die DATA-Leitung auf Eingang umschalten und warten bis der Sensor diese DATA-Leitung auf Low legt, als Zeichen, dass er mit der Messung fertig ist und die Messwerte abholbereit sind.
• Nun das High-Byte und das Low-Byte mit Hilfe des Unterprogramms FEUCHTE_LESEN einlesen.

6.3.8. Unterprogramm FEUCHTE_LINEARISIERUNG

Aufgabe:
Aus den vom Sensor empfangenen Roh-Daten die Temperatur und die Feuchtigkeit berechnen. Anschließend muss der Feuchtigkeitswert linearisiert und mit der Temperatur kompensiert werden.

Formeln: (8/12-Bit-Mode):

• Temperatur = 0.04 * (256*temperatur_hi + temperatur_lo) - 40
• Feuchte:
  0 <= feuchte_lo <= 107: Feuchte = (143 * feuchte_lo - 512) / 256
  108 <= feuchte_lo <= 255: Feuchte = (111 * feuchte_lo + 2893) / 256
  Feuchte(komp) = (Temperatur-25)*(0.01 + 0.00128*rH) + Feuchte

Formeln: (12/14-Bit-Mode)

• Temperatur = 0.01 * (256*temperatur_hi + temperatur_lo) – 40
• Feuchte:
  rF = 256*feuchte_hi + feuchte_lo
  Feuchte = -4 + 0.0405 * rH - 0.0000028 * rH * rH
  Feuchte(komp) = (Temperatur-25)*(0.01 + 0.00008*rH) + Feuchte

• 1. Der Feuchtigkeitssensor
• 2. Hardware
• 3. Protokoll
• 4. Linearisierung und Temperaturkompensation
• 5. CRC-8 Checksumme-Berechnung
• 6. Software
  • 6.1. Portdefinition, externe Register und Konstanten
  • 6.2. Initialisierung (Unterprogramm "INIT")
  • 6.3. Unterprogramme zur Kommunikation mit dem Feuchtigkeitssensor
    • 6.3.1. Unterprogramm FEUCHTE_START
    • 6.3.2. Unterprogramm FEUCHTE_CONNECTIONRESET
    • 6.3.3. Unterprogramm FEUCHTE_SCHREIBEN
    • 6.3.4. Unterprogramm FEUCHTE_LESEN
    • 6.3.5. Unterprogramm FEUCHTE_STATUSSCHREIBEN
    • 6.3.6. Unterprogramm FEUCHTE_STATUSLESEN
    • 6.3.7. Unterprogramm FEUCHTE_MESSUNG
    • 6.3.8. Unterprogramm FEUCHTE_LINEARISIERUNG
• 7. Demonstrationsbeispiel
• 8. Download
• 9. Quellen
• 10. Anwendungen/Projekte
  Temperatur-Feuchtigkeits-Modul 2

Autor: Buchgeher Stefan
Erstellt: 14. Dezember 2004
Letzte Änderung: 23. Februar 2011