Arduino-bibliotek för att kontrollera datum och temperatur för den integrerade DS3231 via I2C
UPPDATERAD: Besök även den nya bibliotek för att hantera datum och tid med DS3231 RTC-modulen och Arduino med förbättringar som säsongsbunden tid.
Driften av IC de realtidsklockor (RTC) mest populära som styrs med hjälp av buss I2C Det brukar vara väldigt likt. Förutom Trådbibliotek de Arduino förenklar kommunikationen med enheter avsevärt Tvåtråds seriellt gränssnitt (TWI), I2C, specifik.
I stort sett består processen av
-
Initiera kommunikation som slav eller master (inställd som standard) med funktionen Wire.begin(adress). Om "adress" utelämnas börjar kommunikationen med μC läraren i buss I2C.
-
Aktivera kommunikation I2C med enheten genom minnesadressen där den finns, med kommandot Wire.beginTransmission(adress).
-
Skriv en beställning i buss I2C för att tala om för enheten vilken operation du vill att den ska utföra, med hjälp av Wire.write(kommando), där "ordning" är operationskoden.
-
Inaktivera kommunikation för att frigöra buss I2C med funktion Wire.endTransmission ().
-
Be att enheten skickar en viss mängd data som motsvarar den åtgärd som har begärts (i detta fall datum och tid) med funktionen Wire.requestFrom(adress,belopp).
-
Vänta tills de begärda uppgifterna med funktionen är tillgängliga för läsning Wire.available (), som returnerar antalet data som redan har tagits emot och kan läsas.
-
Läs data som skickas av enheten (den riktig tids klocka, i det här fallet) med funktionen Wire.read() så många gånger som bytes anges Wire.available () som är tillgängliga.
-
Normalt skickas data i mycket kompakta format så det är mycket troligt att det kommer att bli nödvändigt att tolka data som tas emot på ett sätt som motsvarar representationen av data som görs i programmet som använder enheten.
När det gäller DS3231 (och kompatibla sådana i samma serie, såsom DS3232) och tolkningen av data, enligt specifikationerna för den integrerade, till exempel, värdena för de olika siffrorna som representerar tiden representeras i binärt kodad decimal (BCD) vilket är mer bekvämt att uttrycka som ett decimalvärde (a bitgrupp) att använda i Arduino
På samma rad uttrycks temperaturen som en byte in tvås komplement för heltalsdelen och två bitar för steget, med en upplösning på en fjärdedel av en grad, av decimaldelen. Dessa och andra aspekter av datarepresentation på klockan har diskuterats uttömmande i bibliotekskoden nedan. DS3231
För att kontrollera temperaturen med detta bibliotek, använd bara metoden read_temperature() av objektet DS3231 instansierat i början. För att läsa datum och tid laddas de först och efterfrågas sedan i ett av formaten (kompakt, mänskligt...) som är tillgängliga för olika användningsområden, dokumenterat i rubrikdokumentet för kodbiblioteket nedan.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 | //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(); }; |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 | //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); } |
Följande är exempelkod för att visa hur du använder biblioteket. Som nämnts ovan läses temperaturen enkelt av med funktionen
av klassobjektet men för att ignorera fel i avläsningen används två konstanter som lagrar enhetens maximala respektive lägsta temperatur enligt databladet och som läses med motsvarande funktioner.Temperaturavläsningen utförs i två steg: först laddas värdet, så att olika användningar av datum eller tid kommer att vara konsekventa (de kommer inte att visa ett högre värde i ogynnsamma fall) och för det andra används det enligt formatet som behövs. Exempelprogrammet (som inte är särskilt praktiskt, även om det förklarar alla möjligheter) visar alla tillgängliga format
-
Funktionen röding (bytes) som innehåller de sju numeriska värdena som representerar datum och tid på en klocka DS3231 omvandlas till decimal (de är i BCD på enheten)
som returnerar en pekare till en array -
Använda funktionen
Ett värde erhålls som motsvarar numret på den veckodag som börjar på söndag. För att visa det som text används en array och en subtraheras för att börja på index noll, söndag. -
För att se datumet i ett "lokalt" (spanskt) format, använd funktionen
, som returnerar en pekare till en sträng där datumet representeras i formatet DD/MM/ÅÅÅÅ, där DD är dagen representerad med 2 siffror, MM är månaden med 2 siffror och ÅÅÅÅ är året med 4 siffror. -
Funktionen
returnerar tiden i formatet hh:mm:ss, där hh är timmen (i 24-format) representerad med 2 siffror, mm är minuterna med 2 siffror och ss är sekunderna med 2 siffror. -
För att enkelt kunna använda datum och tid på loggfiler funktionen har programmerats , som levererar värdet för datum och tid i formatet ÅÅMMDDhhmmss där AA är året representerat med de två sista siffrorna, MM är månaden med 2 siffror, DD är dagen med 2 siffror, hh är timmen (i 2-formatet ) med 24 siffror, mm minuterna med 2 siffror och ss sekunderna med 2 siffror. Detta format, även om det är text, tar lite plats och möjliggör mycket enkel alfabetisk ordning.
-
Funktionen MySQL (eller det nya och friare mariadb) ÅÅÅÅ-MM-DD hh:mm:ss, där ÅÅÅÅ är året representerat med 4 siffror, MM är månaden med 2 siffror, DD är dagen med 2 siffror, hh är timmen (i 24-format) med 2 siffror , mm är minuter med 2 siffror och sekunder med 2 siffror.
tjänar till att presentera datum och tid i det format som används av databashanteraren
Även om det finns många format för att representera datum och tid, kanske det du behöver inte finns där, men säkert baserat på ett av de befintliga och med det som exempel så blir det enkelt att lägga till en ny metod enl. andra specifikationer. Vänligen, om du lägger till nya funktioner, dela koden (släpp den!) och förklara för oss hur det fungerar, så att vi kan göra biblioteket bättre lite i taget. Tack!
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 | #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”); } } } |
Utdata från ovanstående exempelprogram kan vara ungefär det som visas i följande bild: en lista med 7 värden (sekunder, minuter, timme, veckodag, månad, månad och år) datum och tiden uttryckt på ett "mänskligt" sätt (enligt spansk stil) tiden som ett heltal i fyrsiffrigt klockformat, datum och tid i databasformat MySQL, datum och tid i kompakt format (för loggar) och den inre temperaturen på DS3231.
Post kommentar