Arduino knižnica na kontrolu dátumu a teploty integrovaného DS3231 cez I2C
AKTUALIZOVANÉ: Navštívte aj nové knižnica na správu dátumu a času pomocou modulu DS3231 RTC a Arduina s vylepšeniami, ako je sezónny čas.
Prevádzka IC de hodiny reálneho času (RTC) najpopulárnejšie, ktoré sa ovládajú pomocou autobus I2C Väčšinou je to veľmi podobné. Okrem toho, Drôtená knižnica de Arduino výrazne zjednodušuje komunikáciu so zariadeniami Dvojvodičové sériové rozhranie (TWI), I2C, konkrétne.
Všeobecne povedané, proces pozostáva z
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S touto funkciou spustite komunikáciu ako podriadený alebo hlavný (štandardne nastavený). Wire.begin(adresa). Ak je „adresa“ vynechaná, komunikácia začína reťazcom μC učiteľ z autobus I2C.
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Aktivujte komunikáciu I2C so zariadením prostredníctvom adresy pamäte, kde sa nachádza, pomocou príkazu Wire.beginPrenos(adresa).
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Napíšte objednávku do autobus I2C aby ste povedali zariadeniu operáciu, ktorú chcete vykonať, pomocou Wire.write(príkaz), v ktorom "poradie" je kód operácie.
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Deaktivujte komunikáciu, aby ste uvoľnili autobus I2C s funkciou Wire.endTransmission().
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Požiadajte zariadenie o odoslanie určitého množstva údajov, ktoré zodpovedajú operácii, ktorá bola požadovaná (v tomto prípade dátum a čas) pomocou funkcie Wire.requestFrom(adresa,suma).
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Počkajte, kým budú údaje požadované funkciou dostupné na čítanie Wire.available(), ktorá vráti počet údajov, ktoré už boli prijaté a je možné ich prečítať.
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Prečítajte si údaje odoslané zariadením (t hodiny reálneho času, v tomto prípade) pomocou funkcie Wire.read() toľkokrát, koľko bajtov je uvedené Wire.available() ktoré sú k dispozícii.
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Normálne sa dáta posielajú vo veľmi kompaktných formátoch, takže je veľmi pravdepodobné, že bude potrebné interpretovať prijaté dáta spôsobom, ktorý zodpovedá reprezentácii dát vytvorených v programe, ktorý používa zariadenie.
Pokiaľ ide o DS3231 (a kompatibilné zariadenia z rovnakej série, ako napr DS3232) a interpretáciu údajov podľa špecifikácií integrovaného systému, napríklad hodnoty rôznych číslic, ktoré predstavujú čas, sú zastúpené v binárne kódované desiatkové číslo (BCD) ktorú bude vhodnejšie vyjadriť ako desatinnú hodnotu (a byte) použiť v Arduino
Na rovnakom riadku je teplota vyjadrená ako byte in dvojkový doplnok pre celočíselnú časť a dva bity pre krok s rozlíšením štvrť stupňa desatinnej časti. Tieto a ďalšie aspekty reprezentácie údajov na hodinách boli podrobne diskutované v kóde knižnice nižšie. DS3231
Ak chcete skontrolovať teplotu pomocou tejto knižnice, použite metódu read_temperature() objektu DS3231 inštanciované na začiatku. Na prečítanie dátumu a času sa najprv načítajú a potom sa vyžiadajú v jednom z formátov (kompaktný, ľudský...) dostupných na rôzne použitie, zdokumentované v hlavičkovom dokumente knižnice kódov nižšie.
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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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Nasleduje príklad kódu, ktorý ukazuje, ako používať knižnicu. Ako bolo uvedené vyššie, teplota sa jednoducho odčíta pomocou funkcie objektu triedy ale na ignorovanie chýb v odčítaní sa používajú dve konštanty, ktoré uchovávajú maximálnu a minimálnu teplotu zariadenia podľa údajového listu a ktoré sa čítajú pomocou zodpovedajúcich funkcií.
Odčítanie teploty prebieha v dvoch fázach: najprv sa načíta hodnota, takže rôzne použitia dátumu alebo času budú konzistentné (neukážu vyššiu hodnotu v nepriaznivých prípadoch) a po druhé sa použije podľa formátu, ktorý je potrebné. Vzorový program (ktorý nie je veľmi praktický, hoci vysvetľuje všetky možnosti) zobrazuje všetky dostupné formáty
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Funkcia ktorý vráti ukazovateľ na pole spáliť (bajty) obsahujúce sedem číselných hodnôt, ktoré predstavujú dátum a čas na hodinách DS3231 prevedené na desatinné číslo (sú v BCD na zariadení)
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Pomocou funkcie Získa sa hodnota, ktorá zodpovedá číslu dňa v týždni, ktorý začína nedeľou. Ak ho chcete zobraziť ako text, použije sa pole a jeden sa odčíta, aby sa začalo na indexe nula, v nedeľu.
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Ak chcete zobraziť dátum v „miestnom“ (španielskom) formáte, použite funkciu , ktorý vráti ukazovateľ na reťazec, v ktorom je dátum zastúpený vo formáte DD/MM/RRRR, kde DD je deň reprezentovaný 2 číslicami, MM je mesiac s 2 číslicami a RRRR je rok so 4 číslicami.
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Funkcia vráti čas vo formáte hh:mm:ss, pričom hh je hodina (vo formáte 24) reprezentovaná 2 číslicami, mm sú minúty s 2 číslicami a ss sú sekundy s 2 číslicami.
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Na jednoduché používanie dátumu a času log súbory funkcia bola naprogramovaná , ktorý dodáva hodnotu dátumu a času vo formáte RRMMDDhhmmss, pričom AA je rok reprezentovaný poslednými 2 číslicami, MM mesiac 2 číslicami, DD deň 2 číslicami, hh hodina (vo formáte 24) 2 číslice, mm minúty s 2 číslicami a ss sekundy s 2 číslicami. Tento formát, aj keď ide o text, zaberá málo miesta a umožňuje veľmi jednoduché abecedné zoradenie.
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Funkcia slúži na zobrazenie dátumu a času vo formáte používanom správcom databázy MySQL (alebo nové a slobodnejšie mariadb) RRRR-MM-DD hh:mm:ss, kde RRRR je rok znázornený 4 číslicami, MM je mesiac s 2 číslicami, DD je deň s 2 číslicami, hh je hodina (vo formáte 24) s 2 číslicami , mm sú minúty s 2 číslicami a sekundy s 2 číslicami.
Hoci existuje veľa formátov, pomocou ktorých je možné znázorniť dátum a čas, ten, ktorý potrebujete, tam nemusí byť, ale určite na základe jedného z existujúcich a na jeho príklade bude ľahké pridať novú metódu podľa iné špecifikácie. Prosím, ak pridáte nové funkcie, zdieľajte kód (uvoľnite ho!) a vysvetlite nám, ako to funguje, aby sme mohli knižnicu postupne zlepšovať. Ďakujeme!
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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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Výstup vyššie uvedeného vzorového programu môže byť niečo ako to, čo je zobrazené na nasledujúcom obrázku: zoznam 7 hodnôt (sekundy, minúty, hodiny, deň v týždni, deň v mesiaci, mesiac a rok) dátum a čas vyjadrený „ľudsky“ (podľa španielskeho štýlu) čas ako celé číslo v štvorcifernom formáte hodín, dátum a čas v databázovom formáte MySQL, dátum a čas v kompaktnom formáte (napr Záznamy) a vnútornú teplotu DS3231.
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