Gelişen mikrokontrol teknolojileri ve artan bilgi birikimi sayesinde geliştirici düzeyinde daha yaygın kullanımına olanak tanımıştır. Burada elimden geldiği kadar bazı örnekler sunmaya çalışacağım...

17 Haziran 2013 Pazartesi

Atmega8 ile Bluetooth ve DS1820 termometre

Ortam ile etkileşim sağlanabilmesi için işlemci devrelerinde sensör kullanımı kaçınılmazdır. Elektronik olarak sıcaklık ölçmek için çeşitli yöntemler vardır. Dolayısı ile de ölçülen verinin iletilmesi için çeşitli iletişim yolları.
Bu projede "Atmega8 ile Bluetooth ve DS1820 termometre" konusu işlenecektir.

HC06 BLUETOOTH Modül

Şekil-1 :Bluetooth iletişiminde bilgisayar ve devre için iki modül gerekir. Her ikisinin de HC06 olması gerekmez. Bilgisayar tarafına kolaylık olması açısından USB Bluetooth modüller kullanıbilir.

Linvor’s (Guangzhou HC Information Technology Co., Ltd. olarak bilinir) üretimi bir sistemdir. Projede kullanılan ürün 5V'lu besleme gerilimini ile çalışabilmektedir.
Şekil-2 :HC06 modül.

Bluetooth iletişimi ile ilgili parametreler ve ayarlamalar modül üzerinde tamamlandığı için sadece RS232 (UART) kullanarak iletişimi tamamlamaktayız. Bu nedenle bu modüle Bluetooth-RS232 dönüştürücü diyebiliriz. Dolayısı ile bluetooth iletişimdeki diğer cihaz (burada bilgisayar oluyor) ile bağlantı işlemcinin UART portu üzerinden sağlanmaktadır.

HC06 ile ilgili olarak ihtiyacımız olan
Modül Adı linvor
Modül şifresi 1234
bilgileridir. Bunlar bilgisayar tarafından HC06 ile (işlemci devremizle) iletişim kurmak için gereklidir. Aslında işlemci devresi olmasa bile sadece HC06 modülüne 5V vererek de modülü test etme imkanımız vardır.

İki bluetoot arasında iletişim başlangıcıda (bağlanırken), akım 30-40mA aralığında inip çıkar. Kabaca 25mA civarındarır. Bağlantı esnasında ise, iletişim yapılsın veya yapılmasın, akım 8mA'dir. Bu uyku modu değildir. Bu parametre tüm Bluetooth modüller için aynıdır.

DS1820 ve 1-hatlı bağlantı

Şekil-3 :1-hatlı (1-wire) dalga şekli örneği.

Bacak bağlantılarıda azaltma sağlamak üzere kullanılan iletişim yöntemlerinden biri olarak 1- hatlı (1-wire) bağlantısıdır. Bu iletişim yönteminde tüm iletişim 1 tane hat üzerinden yürütülür. Hatta bazı durumlarda besleme bile (GND hattını saymazsak)
Şekil-4 :1-hatlı (1-wire) bağlantı örneği.

Dallas Semiconductor firması tarafından üretilmeşi olan DS1820 sıcaklık sensörü sıcaklık verisinin doğrudan dijital olarak elde edilmesinin yanında 1 hatlı bağlantı yapısı sayesinde minimum bacak bağlantısı ile işlemciye kolaylıkla uyarlanabilmektedir.

İşlemci veri gönderecekse;

Lojik-1 için uzun bir darbe oluşturacak; Lojik-0 için ise kısa bir darbe oluşturacak. DS1820 bu sinyalleri okuyup gerekli biti alacaktır.(bir bit için)

Şekil-5 :DS1820

DS1820 veri gönderecekse;

İşlemci zaten veri alma işlemine hazırdır çünkü kendisi bir veri istemiştir. İşlemci kısa bir darbe oluşturacak ve DS1820 buna ; Lojik-1 için uzun bir darbe ve Lojik-0 için kısa bir darbe ile karşılık verecektir.
Şekil-6 :DS1820 bacak bağlantıları.

Bit işlemi ile ard arda tekrarlanarak bayt elde edilir.

İş aşamaları 1-hatlı port üzerinden DS1820 erişimi için protokol:
  • Başlama
  • ROM fonksiyon komutu
  • Bellek fonksiyon komutu
  • İş/Veri
Bir sıcaklık çevirme örneğini ele alırsak
  1. İşlemci tarafından bir sıfırlama darbesi gönderilir.
  2. DS1820 tarafından HAZIR darbesi ile cevaplanır.
  3. DS1820 ROM bölümünü okumak isteyen okusun , ama biz atlıyoruz.
  4. İşlemci sıcaklığı dönüştür komutunu gönderir.
  5. İşlemci 500ms süresince hattı lojik 1 seviyesinde tutarak sıcaklık çevrilmesine izin verir.
  6. Tekrar işlemci tarafından bir sıfırlama darbesi gönderilir.
  7. DS1820 tarafından HAZIR darbesi ile cevaplanır.
  8. Tabii ki ROM okuma bölümünü atlıyoruz.
  9. Bu noktada İşlemci DS1820'nin Geçici Bellek alanını oku komutu gönderir.
  10. DS1820 bu noktada CRC kontrol baytı dahil olmak üzere 9 bayt gönderir.
  11. İşlemci tarafından bir sıfırlama darbesi gönderilir.
  12. DS1820 tarafından HAZIR darbesi ile cevaplanır. bir sıcaklık okuma işlemi tamamlanmış olur.

Elimizde CRC kontrolu yapmadığımızı varsayarsak 8 değerlendirilmesi gereken bayt var,bunlar;

bayt 0 Sıcaklık LSB
bayt 1 Sıcaklık MSB
bayt 2 TH Register
bayt 3 TL Register
bayt 4 Ayrılmış
bayt 5 Ayrılmış
bayt 6 Count Remain
bayt 7 Count Per °C
bayt 8 CRC

Not: biz sadece kırmızı ile işaretli baytları kullanacak ve değerlendirecek şekilde yazılım düzenlendi. Eğer yüksek çözünürlük isteyen varsa yeşil ile işaretli baytlar kullanılarak elde edilir. Bunun için biraz internet ve DS1820 üzerine örnekleri araştırmanızı öneririm.

ilk iki bayt sıcaklık değeridir. LSB sıcaklığın kendisini ve MSB ise sıcaklığın eksi/artı için değer içerir. (asılnda 9.bit oluyor) TH ve TL Registerleri alarm registerleri(kayıt için). 4. ve 5. bayt başka geliştirilen aletlerde kullanılmak üzere ayrılmış. 6. ve 7. bayt yüksek çözünürlük isteyenler için eklenmiş baytlardır. (biraz hesap gerektirir) Son bayt yukarıda belirtilen baytları kullanarak oluşturulan bir hata kontrol baytı.

Dolayısı ile şu an için sistem 0.5 C'lik ölçüm hassasiyetine sahip olur.

Devre

Proje iki ana gruba ayrılmıştır. DS1820 sensör ile iletişim kurma, ölçüm sonuçlarını alma ve alınan verilerin bilgisayara aktarılması.
Şekil-7 :HC06 Bluetooth modülünün bulunduğu kartı.

Bu durumda iletişim işini yürüten HC06 ve işlemci kartı ile bağlantı için küçük bir kartı oluyor. Küçük kart üzerinde sadece gerektiğinde UART portlarını değiştirmek için iki tane köprü var.
Şekil-8 :İşlemci kartı.

İşlemci kartı ise, her ne kadar DS1820 ile iletişim için kablo bağlandı ise de normalde kart üzerine monte edilebilen; sensör, işlemci ve devre için kullanılacak beslemenin içerir.
Şekil-9 :İşlemci ve bluetooth kartlarının arasındaki bağlantıyı sağlayan konnektörleri ile birlikte 10 yollu şerit kablo.

Şekil-10 :Bilgisayar üzerinde Bluetooth yoksa bir tane USB-Bluetooth modül yeterli olacaktır.

Buraya kadarki olanlar sadece sıcaklığı ölçmek ve sonucu iletmek için kullanılmaktadır. Elbette ki iletilen verinin alınması için bir sistem gerekir ki, bu da bluetooth bağlantısı olan bir bilgisayar. Her bilgisayarda Bluetooth modülü bulunmadığı durumlarda basit yolla bir usb bağlantısı olan Bluetooth modülü gerekmektedir.

Projede bilgisayara bağlı olan Bluetooth master konumda çalışırken, işlemciye bağlı olan HC06 bluetooth modül slave konumunda çalışmaktadır.  İletişim iki yönlüde yapılabilmektedir. Bilgisayar Atmega8'e sıcaklı okuması için komut gönderirken işlemci devreside okunan sıcaklık değerini bilgisayara 2 bayt olarak geri göndermektedir.

Şema

Devrenin kalbini IC1 (Atmega8) oluşturmaktadır.İşlemcinin zamanlama ihtiyacını karşılamak için XTL1(3.6864MHz) kristal ile C1 ve C2 (27pF) kondansatörler ile birlikte işlemci için gereken zamanlama frekansını üretirler. R1 ( 1K) ve LED1 (LED) ile devrenin çalışmasını izlemek üzere kullanılmaktadır. R2 (4K7) 1-hatlı bağlantı için hem besleme hem de hat empedansı için kullanılmaktadır.IC2 (DS1820) 1-hatlı dijital termometre çipidir.ISP konektörü işlemci programlamak için kullanılacak konnektör bağlantısıdır. (isteyen işlemciyi başka bir yerde programlayıp sonra devreye takabilir.)

Bluetooth iletişim kartı üzerinde C10 (100nF) kondansatörü besleme gerilimi üzerindeki parazitleri süzmektedir.

D1 (W10M), IC3 (7805), C5,C6 (100nF), C3 (10µF/25V) besleme devresini oluşturmaktalar. Geriye kalan bütün kondansatörler devre oluşabilecek gürültüleri süzme görevini yerine getirir.

Not:İşlemcinin yakınındaki L1 bobini bu devrenin gerektiğinde LM35 gibi bir sıcaklık sensörü ile kullanılacağı varsayılarak AVCC üzerindeki gerilim dalgalanmalarını filtre etmek amacı ile eklenmiştir. İsteyen bu elemanı bir tel köprü ile değiştirebilir.Çünkü şu anki sıcaklıklı sensörümüz dijitaldir ve işlemcinin üzerindeki adc kullanılmamaktadır.
Şekil-11:Blok şeması

Şekil-12:Devre şeması (P2 ve P3 konnektörü gösterilmemiştir)

Devre Yapımı

Devre montajı açısından kritik bir durum yoktur. Görüldüğü gibi devre son derece sadedir. Sadece kabloları karta lehimlerken kısa devre olmamaları için dikkatli olmak yerinde olacaktır.
Şekil-13:İşlemci ve bluetooth kartı yollar

Şekil-14:işlemci kartı eleman yerleşimi

Şekil-15:işlemci kartı yolları birlikte eleman yerleşimi

Şekil-16:Kartların bağlantıları. DS1820 sensörü doğrudan karta lehimlemek isteyenler için kart üzerindeki bağlantılar LM35 için olup birebir uyumlu değildir.

Not:DS1820 doğrudan karta lehimlemek istenirse, bacak bağlantılarına dikkate etmeniz gerekmektedir. Yoksa beslemeler ters bağlanmış olur. Kablo ile bağlayacaksanız, Şekil-16 yardımcı olacaktır.
Şekil-17:Bluetooth kartındaki köprülerin konumları

Şekil-18:Tüm sistemin bağlantı yapılmış hali.

Devre Elemanları

1K R1,
4K7 R2
10µH L1
27pF C1,C2
100nF C4,C5,C6,C7,C8,C9,C10
10µF/25V C4
LED LED1
Atmega8 (DIL) IC1
DS1820 IC2
7805 IC3
W10M veya benzeri D1
3,6864 Mhz kristal XTL1
2x3 Header (ISP6) isp
2'li klemens P1
28 bacaklı entegre soketi (DIL) -
10 yollu şerit kablo (10cm) -
IDC10 kablo dişi konnektör 2 adet -
IDC10 kart tipi erkek konnektör P2,P3
1x3 sıra pin erkek J1,J2
1x4 sıra pin dişi M1 için
HC06 Bluetooth modül M1
J1 ve J2 için köprü dişi -

Besleme için 9V'luk adaptör unutulmamalıdır.

Bilgisayar Programı

Şekil-19:Devre çalışırken. İlk açıldığında ve sonraki durumda bilgisayardan sıcaklık okuma komutu geldiğinde okunan veri gönderilene kadar ki durumu.

Devre üzerinde herşey tamamsa Enerji verildiğine Şekil 19'dakine benzer bir görünümü olacaktır. Artık devre bilgisayar ile iletişime hazırdır. Bu durumda bilgisayar üzerine programımızın yüklendiğine ve bluetooth takıldığı ve ayarlarının yaplmış olduğunu varsayıyoruz.
Şekil-20:Bu proje için C# üzerinde yazılmış bilgisayar programı simgesi.

"M8_bluetooth_DS1820_termometre.exe" C# ile yazılmıştır. Bu nedenle çalıştırabilmek için Frameworks.net runtime sürüm 4'ün bilgisayarınızda yüklü olması gerekiyor. Program Win xp üzerinde geliştirilmiş ve denenmiştir.

"M8_bluetooth_DS1820_termometre.exe" simgesi üzerine iki kez tıklayıp çalıştırıyoruz.


Ana pencere
Şekil-21:Ana pencere

Program ilk açıldığında gösterildiği penceredir. Bu pencere üzerindeki öğelerin açıklaması aşağıda verilmiştir.
  1. Ana pencere-Ayarlar penceresi arasında geçişi sağlayan etiketler;
  2. Ölçülen değerlerin görüntülendiği alan.
  3. Ölçülen son değerin görüntülendiği alan.
  4. Sürekli okuma veya sürekli okumayı sonladırmak için buton.

Ayarlar penceresi
Şekil-22:Ayarlar penceresi.
  1. Ana pencere-Ayarlar penceresi arasında geçişi sağlayan etiketler.
  2. Seri port seçimi için seçenekler.
  3. Baud seçimi için seçenekler.
  4. Rapor dosyasının kaydedildiği yer(ölçüm sonuçlarının kaydedildiği).
  5. Ölçüm sonuçlarını kaydetme seçeneği.
  6. Ölçüm aralıkları ayarı için seçenekler.

Program üzerinde sınırlıda olsa bir hata kontrolu vardır. Yani çalışırken blueetooth bağlantısı koparsa ekranda bir uyarı verecek ve cihazlarınızı kontrol etmenizi isteyecektir.
Şekil-23:Program çalışırken alınmış bir hata mesajı.

Program için olsun devre için olsun yapılabilecek çok şey var. Örneğin ölçüm sonuçları grafik olarak ekranda görüntülenebilir.
Şekil-24:Bluetooth bu noktada işe yarıyor. Yani sistemin portatif olması.

Bilgisayar ile ilgili Bluetooth ayarları için "Atmega8 ve Bluetooth ile LED Saat" projesine bakılabilir. O projede ayrıntılı olarak anlatılmıştır.

Son olarak bilgisayar tarafının programını yazmak isteyenler için veri şu şekilde iletilmektedir


1-Bilgisayar devreye "0x17" değerini gönderiyor.
Şekil-25:Verilerin iletişim şekli.

2-Devrede bilgisayar 2 baytlık sıcaklık bilgisini gönderiyor. LSB olarak tanımlayabileceğimiz bayt; ölçülen sıcaklığın alt 4 biti ("0000"+"4 alt biti") şeklinde gönderir ve MSB olarak tanımlayabileceğimiz bayt; ölçülen sıcaklığın üst 4 biti , işaret biti ve MSB biti şeklinde ("MSB biti"+"işaret biti"+"00"+"4 üst bit") şeklinde gönderiliyor. (ilki LSB ve ikincisi MSB olarak gelir)

Bilgisayar tarafında da önce gelen değer 127'den büyük mü bakılıyor. Küçükse bu değer LSB olarak işaretleniyor... Eğer değer 127'den büyükse  gelen değer MSB olarak işaretleniyor.. Önce MSB değer 128'den çıkarılıyor. Elde edilen sayı 63'den büyük mu bakıılıyor... Eğer 63'den küçükse gelen değer pozitif sayıdır.

Sıcaklık değeri=( (MSB*16)+LSB)/2 

Eğer 63'den büyükse negatif sıcaklık değeri olduğu kabul edilir ve önce MSB değeri 64'den çıkarılır ve;

Sıcaklık değeri=(( (MSB*16)+LSB)-256)/2 

şeklinde sıcaklık şekilleri hesaplanır.

Bu işlemler işlemci devresi ile bilgisayar arasında senkron ile yapıldığından bilgisayarda gösterilen değer işlemcide ölçülen değer olmuş oluyor.

video


Ekler:
Atmega8 hakkında bilgi için

"Atmega8 ile Bluetooth ve DS1820 termometre" projesi için gereken dosyalar

Bu devrenin yapım sorumluluğu size aittir. Devre yapıldı ve çalışıyor. K.A....

Hiç yorum yok:

Etiketler

İzleyiciler