Libreria Arduino per controllare la data e la temperatura del DS3231 integrato tramite I2C
AGGIORNATO: visita anche il nuovo libreria per gestire data e ora con il modulo RTC DS3231 e Arduino con miglioramenti come l'orario stagionale.
Il funzionamento di IC de orologi in tempo reale (RTC) più popolari che vengono controllati utilizzando il file autobus I2C Di solito è molto simile. Oltre al Libreria di fili de Arduino semplifica notevolmente le comunicazioni con i dispositivi Interfaccia seriale a due fili (TWI), I2C, specifica.
In generale, il processo consiste in
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Avviare le comunicazioni come slave o master (impostato per impostazione predefinita) con la funzione Wire.begin(indirizzo). Se "indirizzo" viene omesso, le comunicazioni iniziano con il μC l'insegnante di autobus I2C.
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Attiva la comunicazione I2C con il dispositivo attraverso l'indirizzo di memoria in cui si trova, utilizzando il comando Wire.beginTransmission(indirizzo).
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Scrivi un ordine nel autobus I2C per indicare al dispositivo l'operazione che desideri che esegua, utilizzando Wire.write(comando), in cui "ordine" è il codice dell'operazione.
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Disabilita le comunicazioni per rilasciare il file autobus I2C con funzione Wire.endTransmission().
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Richiedere al dispositivo di inviare una certa quantità di dati che corrispondono all'operazione richiesta (in questo caso la data e l'ora) con la funzione Wire.requestFrom(indirizzo,importo).
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Attendere che i dati richiesti con la funzione siano disponibili per la lettura Wire.available (), che restituisce il numero di dati che sono già stati ricevuti e possono essere letti.
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Leggere i dati inviati dal dispositivo (the orologio in tempo reale, in questo caso) utilizzando la funzione Filo.read() tante volte quanti sono i byte indicati Wire.available () che sono disponibili.
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Normalmente i dati vengono inviati in formati molto compatti quindi è molto probabile che sarà necessario interpretare i dati ricevuti in modo che corrisponda alla rappresentazione dei dati fatta nel programma che utilizza il dispositivo.
Per quanto riguarda il DS3231 (e quelli compatibili della stessa serie, come il DS3232) e l'interpretazione dei dati, secondo le specifiche dell'integrato, ad esempio, i valori delle diverse cifre che rappresentano l'ora sono rappresentati in decimale in codice binario (BCD) che sarà più conveniente esprimere come valore decimale (a byte) da utilizzare in Arduino
Sulla stessa riga la temperatura è espressa in byte in complemento a due per la parte intera e due bit per il passo, con risoluzione di un quarto di grado, della parte decimale. Questi e altri aspetti della rappresentazione dei dati sull'orologio sono stati discussi in modo esaustivo nel codice della libreria riportato di seguito. DS3231
Per controllare la temperatura con questa libreria, basta usare il metodo leggi_temperatura() dell'oggetto DS3231 istanziato all'inizio. Per leggere la data e l'ora, vengono prima caricate e poi richieste in uno dei formati (compatto, umano...) disponibili per diversi usi, documentati nel documento header della libreria di codici sottostante.
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//DS3231.h
#if defined(ARDUINO) && ARDUINO>=100
#include “Arduino.h”
#else
#include “WProgram.h”
#endif
#include <Wire.h>
#define TEMPERATURA_MAXIMA_DS3231 85.0 // Máxima temperatura que se puede medir con un DS3231 (70 grados en la versión comercial / no-industrial)
#define TEMPERATURA_MINIMA_DS3231 -40.0 // Mínima temperatura que se puede medir con un DS3231 (0 grados en la versión comercial / no-industrial)
#define DIRECCION_DS3231 B1101000 // Según datasheet
#define TIMEOUT_I2C_DS3231 200 // Máximo tiempo de espera del bus I2C del DS3231
#define NUMERO_ELEMENTOS_FECHA 7 // Número de elementos (un byte por elemento) que tiene la matriz con los datos de la fecha
#define NUMERO_BYTES_TEMPERATURA 2 // Número de bytes con los que se representa la temperatura (uno para la parte entera y el signo y otro para la parte decimal representada con una resolución de 0.25 grados)
#define RESOLUCION_DECIMALES_DS3231 0.25 // Grados de cada paso de la parte decimal
#define ROTACION_DECIMALES 6 // Rotación necesaria hasta llegar a los bits que contienen la parte que representa los decimales de la temperatura (rotar 6 corresponde a atender a los bits 7 y 8)
#define MASCARA_DECIMALES B11000000 // Máscara para eliminar con una operación and la parte no significativa. En el caso el DS3231 no hace nada ya que al rotar queda sólo la parte relevante.
class DS3231
{
private:
char valor_fecha_hora_DS3231[7]; // Matriz de valores numéricos (7 char) de la fecha y la hora. El índice 0 representa los segundos, el 1 los minutos, el 2 las horas (en formato de 24), el 3 el día de la semana empezando en el domingo que es 1, el 4 el día del mes, el 5 el número del mes y el 6 los dos últimos dígitos del año
char hora_humana_DS3231[11]; // Hora en el formato hh:mm:ss siendo hh la hora (en formato de 24) representada con 2 dígitos, mm los minutos con 2 dígitos y ss los segundos con 2 dígitos
char fecha_humana_DS3231[11]; // Fecha en formato DD/MM/AAAA siendo DD el día representado con 2 dígitos, MM el mes con 2 dígitos y AAAA el año con 4 dígitos
char fecha_hora_MySQL_DS3231[20]; // Fecha en formato AAAA-MM-DD hh:mm:ss (estilo MySQL) siendo AAAA el año representado con 4 dígitos, MM el mes con 2 dígitos, DD el día con 2 dígitos, hh la hora (en formato de 24) con 2 dígitos, mm los minutos con 2 dígitos y ss los segundos con 2 dígitos
char fecha_hora_compacta_DS3231[13]; // Fecha en formato compacto (como la anterior pero sin adornos y dos dígitos para el año) para escribir en log y en bases de datos
char bcd_a_decimal(char bcd); // Convertir de BCD a decimal
char decimal_a_bcd(char decimal); // Convertir de decimal a BCD
protected:
public:
DS3231();
~DS3231();
void cargar_fecha_hora();
void grabar_fecha_hora(char *fecha);
char *valor_fecha_hora();
char *hora_humana(); // Hora en el formato hh:mm:ss siendo hh la hora (en formato de 24) representada con 2 dígitos, mm los minutos con 2 dígitos y ss los segundos con 2 dígitos
unsigned int reloj_4_digitos_7_segmentos(); // La hora tal como la esperan la mayoría de relojes de cuatro dígitos LED de 7 segmentos
char *fecha_humana(); // Fecha en formato DD/MM/AAAA siendo DD el día representado con 2 dígitos, MM el mes con 2 dígitos y AAAA el año con 4 dígitos
char numero_dia_semana(); // Eso y empezando en domingo que es el 1
char *fecha_hora_MySQL(); // Fecha en formato AAAA-MM-DD hh:mm:ss (estilo MySQL) siendo AAAA el año representado con 4 dígitos, MM el mes con 2 dígitos, DD el día con 2 dígitos, hh la hora (en formato de 24) con 2 dígitos, mm los minutos con 2 dígitos y ss los segundos con 2 dígitos
char *fecha_hora_compacta(); // Fecha en formato compacto (como la anterior pero sin adornos y dos dígitos para el año) para escribir en log y en bases de datos
double leer_temperatura();
double temperatura_minima();
double temperatura_maxima();
};
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//DS3231.cpp
#include “DS3231.h”
DS3231::DS3231()
{
//Wire.begin(); // Dependiendo de la versión del IDE puede ser maestro por defecto o no y habrá que activar en la librería o en la aplicación que la use (en el ejemplo se activa desde la aplicación, lo que permite un uso más genérico)
}
DS3231::~DS3231()
{
}
void DS3231::cargar_fecha_hora()
{
unsigned long timeout_i2c;
byte contador;
Wire.beginTransmission(DIRECCION_DS3231); // Comunicar con el DS3231 en la dirección correspondiente
Wire.write(0x00); // pedir registros desde la primera dirección
Wire.endTransmission(); // Liberar el bus I2C
Wire.requestFrom(DIRECCION_DS3231,NUMERO_ELEMENTOS_FECHA); // esperar NUMERO_ELEMENTOS_FECHA bytes
timeout_i2c=millis()+TIMEOUT_I2C_DS3231;
while(Wire.available()<NUMERO_ELEMENTOS_FECHA&&millis()<timeout_i2c){} // Esperar a que lleguen los datos o a que pase el tiempo mínimo de espera // Para usar sin espera: if(Wire.available())
for(contador=0;contador<NUMERO_ELEMENTOS_FECHA;contador++)
{
valor_fecha_hora_DS3231[contador]= Wire.read(); // Leer todos los datos sin discriminar aunque luego tendrán distinto tratamiento
}
valor_fecha_hora_DS3231[0]=bcd_a_decimal(valor_fecha_hora_DS3231[0]); // segundos en BCD
valor_fecha_hora_DS3231[1]=bcd_a_decimal(valor_fecha_hora_DS3231[1]); // minutos en BCD
valor_fecha_hora_DS3231[2]=((valor_fecha_hora_DS3231[2]&B00110000)>>4)*10+(valor_fecha_hora_DS3231[2]&B00001111); // BCD en modo de 24 horas
valor_fecha_hora_DS3231[3]=valor_fecha_hora_DS3231[3]&B00000111; // Número de día de la semana empezando en 1 que es domingo
valor_fecha_hora_DS3231[4]=((valor_fecha_hora_DS3231[4]&B00110000)>>4)*10+(valor_fecha_hora_DS3231[4]&B00001111); // Número del día del mes
valor_fecha_hora_DS3231[5]=((valor_fecha_hora_DS3231[5]&B00010000)>>4)*10+(valor_fecha_hora_DS3231[5]&B00001111); // Número de mes (sin MSB)
valor_fecha_hora_DS3231[6]=bcd_a_decimal(valor_fecha_hora_DS3231[6]); // Año en BCD (dos últimos dígitos)
}
char *DS3231::valor_fecha_hora()
{
//cargar_fecha_hora();
return valor_fecha_hora_DS3231;
}
char *DS3231::hora_humana()
{
//cargar_fecha_hora();
sprintf
(
hora_humana_DS3231,
“%02d:%02d:%02d”,
valor_fecha_hora_DS3231[2],
valor_fecha_hora_DS3231[1],
valor_fecha_hora_DS3231[0]
);
return hora_humana_DS3231;
}
unsigned int DS3231::reloj_4_digitos_7_segmentos()
{
//cargar_fecha_hora();
return (int)valor_fecha_hora_DS3231[2]*100+(int)valor_fecha_hora_DS3231[1];
}
char *DS3231::fecha_humana()
{
//cargar_fecha_hora();
sprintf
(
fecha_humana_DS3231,
“%02d/%02d/20%02d”, // Formato de fecha y hora estilo español ¡Olé!
valor_fecha_hora_DS3231[4],
valor_fecha_hora_DS3231[5],
valor_fecha_hora_DS3231[6]
);
return fecha_humana_DS3231;
}
char DS3231::numero_dia_semana()
{
//cargar_fecha_hora();
return valor_fecha_hora_DS3231[3];
}
char *DS3231::fecha_hora_compacta()
{
//cargar_fecha_hora();
sprintf
(
fecha_hora_compacta_DS3231,
“%02d%02d%02d%02d%02d%02d”, // Formato de fecha y hora compacta para log y base de datos
valor_fecha_hora_DS3231[6],
valor_fecha_hora_DS3231[5],
valor_fecha_hora_DS3231[4],
valor_fecha_hora_DS3231[2],
valor_fecha_hora_DS3231[1],
valor_fecha_hora_DS3231[0]
);
return fecha_hora_compacta_DS3231;
}
char *DS3231::fecha_hora_MySQL()
{
//cargar_fecha_hora();
sprintf
(
fecha_hora_MySQL_DS3231,
“20%02d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d”, // Formato de fecha y hora estilo MySQL
valor_fecha_hora_DS3231[6],
valor_fecha_hora_DS3231[5],
valor_fecha_hora_DS3231[4],
valor_fecha_hora_DS3231[2],
valor_fecha_hora_DS3231[1],
valor_fecha_hora_DS3231[0]
);
return fecha_hora_MySQL_DS3231;
}
void DS3231::grabar_fecha_hora(char *fecha)
{
byte contador;
Wire.beginTransmission(DIRECCION_DS3231); // Comunicar con el DS3231 en la dirección correspondiente
Wire.write(0x00); // Empezar el envío en la primera dirección
for(contador=0;contador<NUMERO_ELEMENTOS_FECHA;contador++)
{
Wire.write(decimal_a_bcd(fecha[contador])); // Escribir cada valor expresándolo en BCD
}
Wire.endTransmission(); // Liberar el bus I2C
}
double DS3231::leer_temperatura()
{
byte msb; // El byte más significativo contiene la parte entera de la temperatura (en complemento a 2 para poder representar temperaturas bajo cero)
byte lsb; // El byte menos significatico contiene la parte decimal con una resolución de un cuarto de grado
float temperatura=TEMPERATURA_MAXIMA_DS3231+1.0; // Un número mayor que el máximo como aviso de que algo va mal
boolean negativo=false; // Inicialmente se considera postivo
unsigned long timeout_i2c;
Wire.beginTransmission(DIRECCION_DS3231); // Preparar el dispositivo
Wire.write(0x11); // Solicitar temperatura (empieza en 11h y termina en 12h)
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(DIRECCION_DS3231,NUMERO_BYTES_TEMPERATURA); // Esperar temperatura: pedir dos bytes en la dirección del integrado
timeout_i2c=millis()+TIMEOUT_I2C_DS3231;
while(Wire.available()<NUMERO_BYTES_TEMPERATURA&&millis()<timeout_i2c){}// Esperar a que lleguen los datos o pase el tiempo de espera máximo // Para usar sin espera: if(Wire.available())
msb=Wire.read(); // parte entera con signo en complemento a dos
lsb=Wire.read(); // parte fraccional con resolución de 0.25 grados
negativo=msb>B01111111; // Es negativo si el primer dígito es uno
temperatura=msb&B01111111; // revertir complemento a dos
temperatura+=((lsb&MASCARA_DECIMALES)>>ROTACION_DECIMALES)*RESOLUCION_DECIMALES_DS3231; // atender sólo a los bits que contienen la parte decimal (7 y 8), multiplicar por el paso de la resolución y sumar a la parte entera de la temperatura
if(negativo)
{
temperatura*=–1; // Cambiar el signo
}
return temperatura;
}
double DS3231::temperatura_minima()
{
return TEMPERATURA_MINIMA_DS3231;
}
double DS3231::temperatura_maxima()
{
return TEMPERATURA_MAXIMA_DS3231;
}
char DS3231::bcd_a_decimal(char bcd) // Convertir de BCD a decimal
{
return ((bcd&B11110000)>>4)*10+(bcd&B00001111);
}
char DS3231::decimal_a_bcd(char decimal) // Convertir de decimal a BCD
{
return decimal/10*16+(decimal%10);
}
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Di seguito è riportato un codice di esempio per mostrare come utilizzare la libreria. Come accennato in precedenza, la temperatura viene semplicemente letta con la funzione dell'oggetto della classe ma, per ignorare errori nella lettura, vengono utilizzate due costanti che memorizzano rispettivamente la temperatura massima e minima del dispositivo secondo la scheda tecnica e che vengono lette con le relative funzioni.
La lettura della temperatura viene effettuata in due fasi: prima viene caricato il valore, in modo che i diversi utilizzi della data o dell'ora siano coerenti (non mostreranno un valore più alto in casi sfavorevoli) e in secondo luogo viene utilizzata secondo il formato che è necessario. Il programma di esempio (che non è molto pratico, anche se spiega tutte le possibilità) mostra tutti i formati disponibili
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La funzione che restituisce un puntatore a un array serbatoio (byte) contenente i sette valori numerici che rappresentano la data e l'ora su un orologio DS3231 convertiti in decimale (sono in BCD sul dispositivo)
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Usando la funzione Si ottiene un valore che corrisponde al numero del giorno della settimana che inizia con la domenica. Per visualizzarlo come testo, viene utilizzata una matrice e viene sottratto uno per iniziare dall'indice zero, domenica.
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Per consultare la data in formato "locale" (spagnolo), utilizzare la funzione , che restituisce un puntatore a una stringa in cui la data è rappresentata nel formato GG/MM/AAAA, dove GG è il giorno rappresentato con 2 cifre, MM è il mese con 2 cifre e AAAA è l'anno con 4 cifre.
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La funzione restituisce l'ora nel formato hh:mm:ss, dove hh è l'ora (in formato 24) rappresentata con 2 cifre, mm sono i minuti con 2 cifre e ss sono i secondi con 2 cifre.
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Per utilizzare facilmente la data e l'ora log files la funzione è stata programmata , che fornisce il valore della data e dell'ora nel formato AAMMGGhhmmss dove AA è l'anno rappresentato con le ultime 2 cifre, MM il mese con 2 cifre, GG il giorno con 2 cifre, hh l'ora (in formato 24) con 2 cifre, mm i minuti a 2 cifre e ss i secondi a 2 cifre. Questo formato, anche se è testo, occupa poco spazio e consente un ordine alfabetico molto semplice.
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La funzione serve a presentare la data e l'ora nel formato utilizzato dal gestore del database MySQL (o il nuovo e più libero MariaDB) AAAA-MM-GG hh:mm:ss, dove AAAA è l'anno rappresentato con 4 cifre, MM è il mese con 2 cifre, GG è il giorno con 2 cifre, hh è l'ora (in formato 24) con 2 cifre , mm sono i minuti a 2 cifre e i secondi a 2 cifre.
Sebbene esistano molti formati con cui rappresentare la data e l'ora, quello che ti serve potrebbe non esserci, ma sicuramente basandoti su uno di quelli esistenti e usandolo come esempio, sarà facile aggiungere un nuovo metodo in base a altre specifiche. Per favore, se aggiungi nuove funzioni, condividi il codice (rilascialo!) e spiegaci come funziona, così potremo migliorare poco a poco la libreria. Grazie!
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#define INTERVALO_MEDICION 100000 // Medir temperatura cada 100 segundos (se renueva internamente en el DS3231 cada 64 segundos)
#define ESPERA_ERROR 1000 // Tiempo de espera antes de volver a medir si se ha producido un error
#define ELEMENTOS_MATRIZ_FECHA 7
#include “DS3231.h”
#include <Wire.h>
char buffer_fecha[ELEMENTOS_MATRIZ_FECHA];
char *puntero_fecha;
float temperatura;
unsigned long cronometro;
byte contador;
String dia_semana[]={“lunes”,“martes”,“miércoles”,“jueves”,“viernes”,“sábado”,“domingo”};
DS3231 reloj;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
Wire.begin(); // Inicializar Wire sólo si no se hace dentro del constructor (de la librería) Este método, hacerlo en la aplicación, supone que se usa Wire para comunicar con otros dispositivos, no sólo con el DS3231
cronometro=0; // para que empiece inmediatamente
}
void loop()
{
if(millis()>cronometro)
{
temperatura=reloj.leer_temperatura();
if(temperatura>reloj.temperatura_maxima()||temperatura<reloj.temperatura_minima())
{
cronometro=millis()+ESPERA_ERROR;
}
else
{
cronometro=millis()+INTERVALO_MEDICION;
reloj.cargar_fecha_hora();
puntero_fecha=reloj.valor_fecha_hora();
for(contador=0;contador<ELEMENTOS_MATRIZ_FECHA;contador++)
{
buffer_fecha[contador]=*(puntero_fecha+contador);
Serial.println(“Contenido de la posición “+String(contador,DEC)+” del buffer de la fecha -> “+String(int(buffer_fecha[contador]),DEC));
}
Serial.print(“El día “);
Serial.print(reloj.fecha_humana());
Serial.print(“, “);
Serial.print(dia_semana[reloj.numero_dia_semana()–1]);
Serial.print(“, a las “);
Serial.println(reloj.hora_humana());
Serial.print(“(“);
Serial.print(reloj.reloj_4_digitos_7_segmentos());
Serial.print(” en un reloj de 4 dígitos y “);
Serial.print(reloj.fecha_hora_MySQL());
Serial.print(” según MySQL o “);
Serial.print(reloj.fecha_hora_compacta());
Serial.println(” abreviadamente)”);
Serial.print(“la temperatura era de “);
Serial.print(temperatura); // Mostrar la temperatura
Serial.println(” grados centígrados”);
}
}
}
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L'output del programma di esempio sopra potrebbe essere qualcosa di simile a quello mostrato nell'immagine seguente: un elenco di 7 valori (secondi, minuti, ora, giorno della settimana, giorno del mese, mese e anno) la data e l'ora espressa in modo "umano" (secondo lo stile spagnolo) l'ora come numero intero nel formato orologio a quattro cifre, la data e l'ora nel formato database MySQL, data e ora in formato compatto (ad es i registri) e la temperatura interna del DS3231.
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