MCP9808 - cyfrowy czujnik temperatury, zajęcia praktyczne .

Biblioteka I2C do PIC32MM przygotowana. Jesteśmy zatem gotowi do poznania od strony praktycznej milutkiego cyfrowego czujnika temperatury MCP9808.

Czujnik ten ma sporo funkcjonalności jak na takie maleństwo i jest bardzo prosty w implementacji. Nie sprawił mi żadnych problemów przy uruchomieniu. Wszystko zaskoczyło od przysłowiowego pierwszego strzała. W sumie sam byłem zdziwiony , że tak łatwo poszło. Do uruchomienia czujnika MCP9808 posłużyłem się moją autorską płytką developerską dla PIC32MM.

Czujnik został osadzony na mini płytce-rozszerzeniu wpiętej w złącze PICbus, w które jest wyposażona moja płytka developerska . Mamy zatem kompletny modularny system do badania różnych komponentów z udziałem uroczego 32-bitowego MCU PIC32MM firmy Microchip.

Ogromną zaletą tego MCU jest jego prostota przy stosunkowo dużej wydajności rdzenia. Jak na razie jestem bardzo zadowolony z poznania tego MCU. Obcowanie z nim to po prostu czysta przyjemność i tyle. Warto wspomnieć , że seria PIC32MM jako jedyna z 32-bitowców PIC-a jest wspierana przez MCC (MPLAB Code Configurator) co znacząco przyspiesza poznanie obsługi i konfigurowania peryferiów tego MCU, szczególnie przez osoby zaczynające zabawę z PIC32. Dlatego jest to MCU , który z czystym sumieniem polecam początkującym, chcącym wejść w świat 32-bitów w sposób beztresowy i przyjemny.
Poniżej zdjęcie mojej sympatycznej i funkcjonalnej płyteczki z podpiętym modułem PICbus, zawierającym m.in czujnik MCP9808, moduł CAN MCP2517FD i transciver.

Czujnikiem MCP9808 zmierzymy poprawnie temperaturę w zakresie -20 do +100 °C czyli na biegunie południowym obok stacji Rosyjskiej z nim nie zawalczymy bo tam -89 °C bywało. Mamy do dyspozycji jedno programowalne wyjście do sygnalizowania różnych zdarzeń związanych z przekroczeniem wartości progowych temperatur takich jak Tupper, , Tlower, i Tcrit.

Mamy możliwość ustawiania histerezy  w zakresie : 0°C, +1.5°C, +3°C ,+6°C

co razem z wyjściem do eventów umożliwia nam zbudowanie regulatora temperatury w pomieszczeniach czy termostatu.

Rozdzielczość i czasy konwersji :
 +0.5°C (tCONV= 30 ms)
 +0.25°C (tCONV= 65 ms)
 +0.125°C (tCONV= 130 ms)
 +0.0625°C (power-up default, tCONV= 250 ms)

Warto wspomnieć , że w odróżnieniu od np czujnika DS18B20, nie musimy zawracać sobie głowy zmuszaniem czujnika do konwersji poprzez dodatkowe sygnały startu konwersji. Konwersja jest robiona w tle automatycznie w trybie kontynuacji (ale możemy to zmienić). Musimy tylko pamiętać, że kolejny pomiar dostępny w rejestrze AMBIENT TEMPERATURE REGISTER jest gotowy po czasie zależnym od ustawionej rozdzielczości. Po resecie mamy rozdzielczość na poziomie +0.0625°C, czyli odczyt temperatury musimy zorganizować po czasie >=250ms tylko bez żadnych delay-i :)

Schemat podłączenia czujnika : 

Zwracam uwagę na istotny szczegół, który przeoczyłem w  procesie projektowania płytki do MCP9808. Ten szczegół prezentuje rysunek poniżej.

Pod czujnikiem musimy zrobić tzw. termal pad, który podłączamy do masy. Zalecam grzecznie zastosować się do tej sugestii i do tego rozkładu ścieżek. Jeśli w konstrukcji płytki nie uwzględnimy termal pad-a, możemy się spodziewać tendencji do zawyżania wyniku temperatury, na szczęście jest to stabilny parametr , który można wyeliminować programowo.

Linie adresowe podłączone do masy, co implikuje nam ustawienie trzech najmłodszych bitów na "0" . Adres czujnika ustalamy zgodnie z poniższym rysunkiem (pierwszy wiersz w tabeli):

Tylko tu zwracam uwagę na jeden myk. Z rysunku powyżej wynika wprost , że wartość adresu to 0x18 ale w procesie formowania do wysyłki po I2C pełnego bajtu adresu z bitem R/W, musimy przesunąć ten 7-bitowy adres w lewo o jeden bit. Co daje nam adres 0x30. Wspominam o tym, żeby nie drapać się potem w głowę skąd w programie adres 0x30 jak z wykresu powyżej jest jak w mordeczkę strzelił 0x18.

Teraz zerknijmy jak wygląda struktura zapisu do rejestrów MCP9808.

Pierwszy bajt standardowo adres urządzenia z bitem R/W. Kolejny bajt opisany jako Configuration Pointer jest wskaźnikiem rejestru z którym będziemy gadać. Ponieważ rejestry w MCP9808 są 16-bitowe stąd kolejne dwa bajty opisane jako MSB data i LSB data reprezentują strukturę wybranego  rejestru.

W sumie nie wygląda to groźnie.

Poniżej widzimy jak wygląda bajt Configuration Pointer w szczególe i co trzeba ustawić w nim aby wskazywał na konkretny rejestr, przy okazji widać jakie mamy do dyspozycji ogólnie rejestry :

W sumie najważniejszym rejestrem jest rejestr Temperature register (TA) inaczej AMBIENT TEMPERATURE REGISTER aby się do niego dostać musimy Configuration Pointer ustawić na wartość 0b00000101 (hex 0x5)

Rejestr z którego odczytujemy temperaturę i jej znak wygląda jak poniżej :

Trochę dziwacznie wygląda zawartość rejestru jakieś potęgi ?? Jak z tego wydumać temperaturę ??.Żeby głowa nas za mocno nie rozbolała producent podał jak na tacy wzór z którego wyliczymy temperaturę i wygląda on jak poniżej :

Jedyne co musimy zatem zrobić to odczytać dwa bajty UpperByte i LowerByte  z rejestru AMBIENT TEMPERATURE REGISTER i zastosować się do powyższego wzoru. Zapewniam jednak, że  jak nie pomyślimy nad prawidłowym oznaczeniem typu zmiennych we wzorze to nam głupoty wyjdą na bank. Prawidłowa postać będzie pokazana w programie, ale tu zasygnalizuję , że UpperByte i LowerByte trzeba zrzutować jawnie do typu float !!!!!!
Jeśli ktoś się boi typu float a baliśmy się tego jak ognia w MCU 8 bitowych, to w 32-bitowcach możemy zapomnieć o tego typu ograniczeniach.

Przyjrzyjmy się zatem jak wygląda odczyt temperatury z rejestru :

Na początku standardowo wysyłamy adres urządzenia z bitem R/W ustawionym na 0. Kolejny bajt to wskaźnik(adres) rejestru , wskazuje nam na adres rejestru AMBIENT TEMPERATURE REGISTER. Następnie robimy restart transmisji czyli ponownie wysyłamy adres urządzenia ale tym razem z bitem R/W ustawionym na 1. Następnie odczytujemy w kolejnych dwóch bajtach UpperByte , LowerByte i kończymy transmisję.

Możemy odczytane dwa bajty podstawić do wzoru i otrzymamy ładnie temperaturę .

Nie będę tutaj opisywał wszystkich dostępnych rejestrów bo skupiłem się tylko na najistotniejszych sprawach, resztę informacji możemy sobie doczytać w datasheet (link poniżej artykułu), które jest bardzo przyjazne i z licznymi przykładami. Dokumentacja to jest mocna strona tego czujnika.

Na koniec zrzut z analizatora stanów logicznych dla przykładowej paczki danych z odczytu temperatury w komunikacji z MCP9808.

Zwieńczeniem artykułu będzie kod zamieszczony na GITHubie dla MCU PIC32MM. Kod będzie dostępny w postaci gotowego projektu dla MPLAB IDE czyli jedynego słusznego środowiska dla MCU Microchipa.

Cały proces, komunikacji , pobierania i wyświetlania  temperatury z rejestru MCP9808 zamieściłem w jednej funkcji read_Temp(). Funkcja jest wywoływana cyklicznie co 250 ms za pomocą timera programowego TMR2.
Do wygenerowania ustawień TMR2 i zegara systemowego 24 MHz użyłem wtyczki do MPLAB IDE - MCC, jest to bardzo wygodne i szybkie. Ale proponuję używać tego typu narzędzi wtedy kiedy jesteśmy świadomi co , gdzie , jak i dlaczego :)

Pozdrawiam
picmajster.blog@gmail.com

Linki :

MCP9808 - strona produktu 

MCP9808 - datasheet 

PIC32MM - MCP9808 Library on GITHub