Бібліотека Arduino для перевірки дати та температури вбудованого DS3231 через I2C
ОНОВЛЕНО: Також відвідайте новий бібліотека для керування датою та часом за допомогою модуля DS3231 RTC та Arduino з удосконаленнями, такими як сезонний час.
Робота IC de годинник реального часу (RTC) найпопулярніші, які контролюються за допомогою автобус І2C Зазвичай він дуже схожий. Крім того, Дротова бібліотека de Arduino значно спрощує спілкування з пристроями Двопровідний послідовний інтерфейс (TWI), I2C, специфічний.
Загалом, процес складається з
-
Ініціювати зв'язок як підлеглий або головний (налаштовано за замовчуванням) за допомогою цієї функції Wire.begin(адреса). Якщо слово «адреса» опущено, спілкування починається з мкКл вчитель о автобус І2C.
-
Активізуйте спілкування I2C з пристроєм через адресу пам’яті, де він знаходиться, за допомогою команди Wire.beginTransmission(адреса).
-
Напишіть замовлення в автобус І2C щоб повідомити пристрою операцію, яку він бажає виконати, використовуючи Wire.write(команда), у якому «порядок» є кодом операції.
-
Вимкніть зв'язок, щоб звільнити автобус І2C з функцією Wire.endTransmission().
-
Попросити пристрій надіслати певний обсяг даних, який відповідає запитуваній операції (у цьому випадку дата й час) за допомогою функції Wire.requestFrom(адреса,сума).
-
Зачекайте, поки дані, запитувані функцією, стануть доступними для читання Wire.available(), який повертає кількість даних, які вже були отримані та можуть бути прочитані.
-
Прочитайте дані, надіслані пристроєм ( годинник реального часу, у цьому випадку) за допомогою функції Wire.read() стільки разів, скільки вказано байтів Wire.available() доступні.
-
Зазвичай дані надсилаються в дуже компактних форматах, тому дуже ймовірно, що буде необхідно інтерпретувати отримані дані у спосіб, який відповідає представленню даних, створених у програмі, яка використовує пристрій.
Що стосується DS3231 (і сумісних з тієї ж серії, наприклад DS3232) та інтерпретація даних відповідно до специфікацій інтегрованого, наприклад, значення різних цифр, які представляють час, представлені в десяткове двійкове кодування (BCD) яке буде зручніше виразити у вигляді десяткового значення (a байт) використовувати в Arduino
У цьому ж рядку температура виражається в байтах доповнення двох для цілої частини та два біти для кроку, з роздільністю в чверть градуса, десяткової частини. Ці та інші аспекти представлення даних на годиннику були вичерпно розглянуті в коді бібліотеки нижче. DS3231
Щоб перевірити температуру за допомогою цієї бібліотеки, просто скористайтеся методом read_temperature() об'єкт DS3231 екземпляр на початку. Щоб прочитати дату й час, вони спочатку завантажуються, а потім запитуються в одному з форматів (компактний, людський...), доступних для різних цілей, задокументованих у документі заголовка бібліотеки коду нижче.
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); } |
Нижче наведено приклад коду, який показує, як використовувати бібліотеку. Як згадувалося вище, температура просто зчитується за допомогою функції
об'єкта класу але, щоб ігнорувати помилки в читанні, використовуються дві константи, які зберігають, відповідно, максимальну та мінімальну температуру пристрою відповідно до паспорта даних і які зчитуються за допомогою відповідних функцій.Зчитування температури виконується в два етапи: спочатку значення завантажується, щоб різні способи використання дати або часу були послідовними (у несприятливих випадках вони не відображатимуть вищого значення), а по-друге, воно використовується відповідно до формату, який потрібен. Приклад програми (який не дуже практичний, хоча пояснює всі можливості) показує всі доступні формати
-
Функція бак (байтів), що містить сім числових значень, які представляють дату й час на годиннику DS3231 перетворені в десяткові (вони знаходяться в BCD на пристрої)
який повертає вказівник на масив -
Використання функції
Отримано значення, яке відповідає номеру дня тижня, починаючи з неділі. Щоб відобразити його як текст, використовується масив, і одиниця віднімається, починаючи з нульового індексу, неділя. -
Щоб переглянути дату в «місцевому» (іспанському) форматі, скористайтеся цією функцією
, який повертає покажчик на рядок, у якому дата представлена у форматі ДД/ММ/РРРР, де ДД — день, представлений двома цифрами, ММ — місяць із двома цифрами, а РРРР — рік із 2 цифрами. -
Функція
повертає час у форматі hh:mm:ss, де hh — це години (у форматі 24), представлені двома цифрами, mm — це хвилини з 2 цифрами, а ss — це секунди з 2 цифрами. -
Щоб легко використовувати дату й час на файли журналів функція була запрограмована , який передає значення дати й часу у форматі РРММДДггммсс, де AA — рік, представлений двома останніми цифрами, MM — місяць із 2 цифрами, DD — день із 2 цифрами, hh — година (у форматі 2) із 24 цифри, mm хвилини з 2 цифрами і ss секунди з 2 цифрами. Цей формат, незважаючи на те, що це текст, займає небагато місця та дозволяє дуже просто впорядкувати дані в алфавітному порядку.
-
Функція MySQL (або новий і вільніший MariaDB) РРРР-ММ-ДД гг:хх:сс, де РРРР – рік, представлений 4 цифрами, ММ – місяць з 2 цифрами, ДД – день з 2 цифрами, гг – година (у форматі 24) з 2 цифрами , мм – це хвилини з 2 цифрами та секунди з 2 цифрами.
служить для представлення дати й часу у форматі, що використовується менеджером бази даних
Хоча існує багато форматів, за допомогою яких можна представити дату й час, потрібний вам може не бути, але, звичайно, на основі одного з існуючих і використовуючи його як приклад, буде легко додати новий метод відповідно до інші характеристики. Будь ласка, якщо ви додаєте нові функції, поділіться кодом (випустіть його!) і поясніть нам, як це працює, щоб ми могли поступово покращувати бібліотеку. Дякуємо!
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”); } } } |
Результат програми, наведеної вище, може бути приблизно таким, як показано на наступному зображенні: список із 7 значень (секунди, хвилини, година, день тижня, день місяця, місяць і рік), дата та час, виражений «людським» способом (відповідно до іспанського стилю) час як ціле число у форматі чотиризначного годинника, дата й час у форматі бази даних MySQL, дата й час у компактному форматі (для logs) і внутрішньої температури DS3231.
Дати коментар