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Tutorial: temperatura e umidade via I2C

Uma tensão em um pino é o caso fácil. Sensores reais geralmente falam um protocolo, e isso muda uma coisa: onde você lê o atributo. Este tutorial constrói um sensor de temperatura e umidade no endereço I2C 0x44 com um controle deslizante para cada.

A única ideia que é diferente

Seção intitulada “A única ideia que é diferente”

No sensor analógico um temporizador relia o atributo 20 vezes por segundo. Aqui não há temporizador. O mestre decide quando uma leitura acontece, então você amostra os atributos no momento em que o mestre inicia uma transação de leitura. Qualquer outra coisa ou queima CPU à toa ou entrega um valor obsoleto.

É para isso que serve o on_connect.

O mapa de registradores

Seção intitulada “O mapa de registradores”

Mantenha-o simples. Dois registradores de 16 bits little-endian em passos de 0,1 unidade, com um ponteiro de incremento automático:

Registrador Conteúdo
0x00 Temperatura, int16 com sinal, unidades de 0,1 °C
0x02 Umidade, uint16 sem sinal, unidades de 0,1 %UR

Um mestre escreve um byte para definir o ponteiro e depois lê; o ponteiro avança para que quatro bytes seguidos forneçam ambos os valores.

O manifesto

Seção intitulada “O manifesto”

Dois atributos, dois controles. Observe type: "float" e o unit em cada controle, que é o que é impresso após o número no painel.

chip.json
{
  "schema": "velxio-chip/v1",
  "name": "I2C Env Sensor",
  "description": "Temperature + humidity over I2C (0x44) with live sliders.",
  "pins": ["VCC", "GND", "SDA", "SCL"],
  "attributes": [
    { "name": "temperature", "label": "Temperature", "type": "float",
      "default": 25, "min": -40, "max": 85, "step": 0.5 },
    { "name": "humidity", "label": "Humidity", "type": "float",
      "default": 50, "min": 0, "max": 100, "step": 1 }
  ],
  "controls": [
    { "id": "temperature", "label": "Temperature", "type": "range",
      "min": -40, "max": 85, "step": 0.5, "unit": "C" },
    { "id": "humidity", "label": "Humidity", "type": "range",
      "min": 0, "max": 100, "step": 1, "unit": "%" }
  ]
}

O código-fonte

Seção intitulada “O código-fonte”
chip.c
#include "velxio-chip.h"
#include <string.h>


#define I2C_ADDR 0x44


typedef struct {
  vx_attr temp;      /* degrees C */
  vx_attr humidity;  /* %RH */
  uint8_t reg;       /* register pointer */
  uint8_t regs[4];   /* latched at the start of a read */
} chip_state_t;


static chip_state_t S;


static void latch_registers(void) {
  /* Re-read the attributes NOW: the sliders may have moved. */
  int16_t  t = (int16_t)(vx_attr_read(S.temp) * 10.0);
  uint16_t h = (uint16_t)(vx_attr_read(S.humidity) * 10.0);
  S.regs[0] = (uint8_t)(t & 0xFF);
  S.regs[1] = (uint8_t)((t >> 8) & 0xFF);
  S.regs[2] = (uint8_t)(h & 0xFF);
  S.regs[3] = (uint8_t)((h >> 8) & 0xFF);
}


static bool on_connect(void *ud, uint8_t addr, bool is_read) {
  (void)ud; (void)addr;
  if (is_read) latch_registers();   /* sample here, not on a timer */
  return true;                      /* ACK the address */
}


static uint8_t on_read(void *ud) {
  (void)ud;
  uint8_t v = S.reg < sizeof(S.regs) ? S.regs[S.reg] : 0xFF;
  S.reg++;                          /* auto-increment */
  return v;
}


static bool on_write(void *ud, uint8_t byte) {
  (void)ud;
  S.reg = byte;                     /* a write sets the pointer */
  return true;                      /* ACK the byte */
}


static void on_stop(void *ud) { (void)ud; }


void chip_setup(void) {
  S.temp     = vx_attr_register("temperature", 25);
  S.humidity = vx_attr_register("humidity", 50);


  vx_i2c_config cfg;
  memset(&cfg, 0, sizeof(cfg));   /* zero it: unset callbacks must be NULL */
  cfg.address    = I2C_ADDR;
  cfg.scl        = vx_pin_register("SCL", VX_INPUT);
  cfg.sda        = vx_pin_register("SDA", VX_INPUT);
  cfg.on_connect = on_connect;
  cfg.on_read    = on_read;
  cfg.on_write   = on_write;
  cfg.on_stop    = on_stop;
  vx_i2c_attach(&cfg);
  vx_log("i2c env sensor at 0x44");
}

Pontos que valem a pena copiar:

  • Use memset na configuração. É uma struct simples; um ponteiro obsoleto em um slot de callback que você não definiu será chamado.
  • Retorne true de on_connect ou o chip NACKs seu próprio endereço e o mestre não vê nada no barramento.
  • Trave na leitura, não em cada byte. Amostrar dentro de on_read permitiria que a temperatura mudasse no meio de um valor de 16 bits e entregasse ao mestre uma leitura corrompida.

O sketch

Seção intitulada “O sketch”
sketch.ino
#include <Wire.h>


void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin();
}


void loop() {
  Wire.beginTransmission(0x44);
  Wire.write(0x00);                 // point at temperature
  Wire.endTransmission();


  Wire.requestFrom(0x44, 4);        // t_lo t_hi h_lo h_hi
  if (Wire.available() >= 4) {
    int16_t t  = Wire.read() | (Wire.read() << 8);
    uint16_t h = Wire.read() | (Wire.read() << 8);
    Serial.print("T="); Serial.print(t / 10.0, 1);
    Serial.print("C  RH="); Serial.print(h / 10.0, 1);
    Serial.println("%");
  }
  delay(500);
}

Conecte SDA e SCL aos pinos I2C da placa (A4 e A5 em um Uno), além de VCC e GND. Pressione Run (Executar), clique no chip e arraste qualquer controle deslizante: a próxima transação carrega o novo valor.

Dois controles deslizantes ao vivo no sensor I2C: temperatura em °C e umidade em porcentagem

Quando não funciona

Seção intitulada “Quando não funciona”
O que você vê Quase sempre
requestFrom não retorna nada on_connect retornou false, ou o endereço no sketch não corresponde a cfg.address
A leitura está presa no padrão latch_registers está sendo chamado de chip_setup em vez de on_connect
A temperatura é lida como um número positivo enorme O int16 foi alargado como sem sinal; mantenha o cast int16_t antes de dividir
Os valores saltam entre duas leituras A amostragem foi movida para on_read, então as duas metades de um valor de 16 bits vêm de posições diferentes do controle deslizante
Nada no barramento SDA e SCL estão invertidos, ou registrados com um modo diferente de VX_INPUT

Próximos passos

Seção intitulada “Próximos passos”