آموزش پروژه راه اندازی ماژول شتاب سنج ADXL345 و ارسال آن به کامپیوتر

ادمین الکترو ولت · 1394-05-24

معرفی آی سی ADXL345

این آی سی یکی از سنسورهای شتاب سنج دیجیتال ( Digital Accelerometer ) معروف است که برای تعیین شتاب و زاویه برای سه محور x , y و z و دقت قابل برنامه ریزی ۲±، ۴±، ۸± و ۱۶± (g) می باشد و در انواع پروژه های دانشجویی ، صنعتی ، پزشکی و … به کار می رود . این سنسور هر دو حالت شتاب دینامیک و شتاب استاتیک را اندازه گیری می نماید. بدین معنی که شتاب استاتیک گرانش در کاربردهایی مثل اندازه گیری زاویه کجی(tilt) و همچنین شتاب دینامیک حاصل از حرکت یا تکانهای ناگهانی، در این سنسور قابل اندازه گیری است. همچنین به دلیل ارتباط ریاضی شتاب زاویه ای در فضا با زاویه ای که در جهت محور های X,Y,Z وجود دارد ، می توان توسط این سنسور زاویه نسبت به محورها را نیز محاسبه کرد .

مشخصات سنسور شتاب سنج و زاویه سنج ADXL345

ولتاژ تغذیه بین ۱٫۸ تا ۳٫۶ ولت
توان مصرفی پایین: ۲۵ تا ۱۳۰ میکرو آمپر در ولتاژ تغذیه ۲٫۵ ولت
پشتیبانی از پروتکهای SPI و I2C
رزولوشن بالای ۱۳ بیت در بازه ۱۶g±
قابلیت تشخیص و شناسایی single tap و Double tap
مانیتور حالات Activity و inactivityتشخیص وضعیت سقوط آزاد

معرفی ماژول ADXL345

در این ماژول مدار مورد استفاده برای راه اندازی و استفاده از آی سی ADXL345 تعبیه شده است . ماژول های متنوعی برای آی سی ADXL345 در بازار وجود دارد که یکی از کاملترین آنها که دارای ولتاژ رگولاتور روی آن است مدل GY-291 است که در شکل زیر نیز مشاهده می کنید . بدلیل وجود رگولاتور ولتاژ 3.3 ولت ، تغذیه ماژول ۵ ولت نیز میتواند باشد. همچنین پایه های SCL و SDA در این ماژول از داخل توسط مقاومت PullUp شده است و نیازی به هیچ مقاومت اضافی ندارد.

توضیح پایه های ماژول شتاب سنج و زاویه سنج ADXL345

پایه GND و VCC : تغذیه ماژول است که بیش از 3.3 ولت ( اکثرا ۵ ولت ) استفاده می شود .
پایه CS : همان Chip Select است که برای استفاده از رابط I2C از داخل پول آپ شده است.
پایه های SCL و SDA : به ترتیب سریال کلاک و سریال دیتا برای رابط I2C هستند .( پول آپ شده اند )
از بقیه پایه ها استفاده نمی گردد.

تذکر : با اتصال پایه CS به زمین ارتباط ماژول قطع می شود و ماژول غیر فعال می گردد.

مدار داخلی ماژول GY-291 ADXL345

راه اندازی ماژول ADXL345

پس از اتصال صحیح ماژول به میکروکنترلر ، برای راه اندازی این ماژول کافی است ابتدا هدر فایل adxl345.h را پس از دانلود ، در کنار دیگر فایل های پروژه ، در پوشه ای که فایل های پروژه در آن قرار دارند کپی کنید . سپس این هدر فایل را در نرم افزار CodeVision به ابتدای برنامه خود include کرده و سپس با اضافه کردن قابلیت I2C نرم افزاری به پروژه از طریق تعریف کردن بیت های SCL و SDA و سپس اضافه کردن هدر فایل i2c.h ، ماژول را توسط توابع مربوطه که در هدر فایل تعریف شده است ، راه اندازی کنید . در پروژه ای که در زیر آورده شده است ، علاوه بر راه اندازی ماژول ، قابلیت نمایش زاویه دریافت شده از ماژول روی LCD و ارسال آن به کامپیوتر نیز وجود دارد.

پروژه راه اندازی ماژول ADXL345 ، نمایش زاویه روی LCD و ارسال آن به کامپیوتر با استفاده از Atmega32

مرحله اول : طراحی سخت افزار

در این مرحله سخت افزار مورد نظر را باید روی کاغذ یا در یک نرم افزار همانند نرم افزار پروتئوس رسم و طراحی کنیم. پایه های LCD را به یک پورت دلخواه و پایه های ماژول را نیز به یک پورت دلخواه دیگر متصل می کنیم. پایه های Rx و Tx از میکروکنترلر هم مخصوص ارسال دیتا به کامپیوتر می باشند که در اینجا چون میخواهیم از یک ماژول USB به سریال PL2303 استفاده کنیم ، به پایه های Rx و Tx ماژول به صورت ضربدری متصل می کنیم. از ماژول USB به سریال میتوان به عنوان منبع تغذیه هم استفاده کرد بنابراین Vcc و Gnd را نیز به آن متصل می کنیم.

نکته : پایه CS از ماژول ADXL345 در صورت زمین شدن باعث غیرفعال شدن ماژول می گردد. میتوان این پایه را نیز به میکرو متصل کرد و توسط برنامه میکرو ، روشن یا خاموش بودن ماژول را کنترل کرد که ما در اینجا با اتصال این پایه به Vcc همیشه ماژول را روشن و فعال نگه می داریم.

مرحله دوم : طراحی نرم افزار

برنامه مورد نظر را در نرم افزار CodeVision به صورت زیر طراحی میکنیم :

#include &lt;mega32.h&gt;
#include &lt;delay.h&gt;
#include &lt;stdlib.h&gt;
#include &lt;stdio.h&gt;
// Alphanumeric LCD Module functions
#include &lt;alcd.h&gt;
// I2C Bus functions
#asm
   .equ __i2c_port=0x18
   .equ __sda_bit=1
   .equ __scl_bit=0
#endasm
#include &lt;i2c.h&gt;
#include "adxl345.h"
// Declare your global variables here
char str[25],num[25];
void main(void)
{ 
// I2C Bus initialization
i2c_init();
// USART initialization
// Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity
// USART Receiver: On
// USART Transmitter: On
// USART Mode: Asynchronous
// USART Baud Rate: 9600
UCSRA=0x00;
UCSRB=0x18;
UCSRC=0x86;
UBRRH=0x00;
UBRRL=0x33;
// Alphanumeric LCD initialization
// Connections specified in the
// Project|Configure|C Compiler|Libraries|Alphanumeric LCD menu:
// RS - PORTA Bit 0
// RD - PORTA Bit 1
// EN - PORTA Bit 2
// D4 - PORTA Bit 4
// D5 - PORTA Bit 5
// D6 - PORTA Bit 6
// D7 - PORTA Bit 7
// Characters/line: 16
lcd_init(16);
lcd_clear();
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("  ADXL345 Init  ");
//ADXL345 module initialization
ADXL345_Init();
ftoa(GetDeviceID(),0,str);
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putsf("Decice ID : ");
lcd_puts(str);
delay_ms(3000);
lcd_clear();
//ADXL345_Offset_Calib();
//set offset value of adxl345
Set_X_Offset(0);
Set_Y_Offset(0);
Set_Z_Offset(0);
while (1)
      {
    delay_ms(20);
    Get_Accel_Angles();
    lcd_clear();     

    sprintf(num," X=%3.1f",Accel_XAngle);
    lcd_gotoxy(0,0);
    lcd_puts(num);
    sprintf(num," Y=%3.1f",Accel_YAngle);
    lcd_gotoxy(8,0);
    lcd_puts(num);
    sprintf(num," Z=%3.1f",Accel_ZAngle);
    lcd_gotoxy(0,1);
    lcd_puts(num); 
    printf("X=%3.1f,Y=%3.1f,Z=%3.1f\n",Accel_XAngle,Accel_YAngle,Accel_ZAngle);
    }
}

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

#include <mega32.h>

#include <delay.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

// Alphanumeric LCD Module functions

#include <alcd.h>

// I2C Bus functions

#asm

.equ __i2c_port=0x18

.equ __sda_bit=1

.equ __scl_bit=0

#endasm

#include <i2c.h>

#include "adxl345.h"

// Declare your global variables here

char str[25],num[25];

void main(void)

{

// I2C Bus initialization

i2c_init();

// USART initialization

// Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity

// USART Receiver: On

// USART Transmitter: On

// USART Mode: Asynchronous

// USART Baud Rate: 9600

UCSRA=0x00;

UCSRB=0x18;

UCSRC=0x86;

UBRRH=0x00;

UBRRL=0x33;

// Alphanumeric LCD initialization

// Connections specified in the

// Project|Configure|C Compiler|Libraries|Alphanumeric LCD menu:

// RS - PORTA Bit 0

// RD - PORTA Bit 1

// EN - PORTA Bit 2

// D4 - PORTA Bit 4

// D5 - PORTA Bit 5

// D6 - PORTA Bit 6

// D7 - PORTA Bit 7

// Characters/line: 16

lcd_init(16);

lcd_clear();

lcd_gotoxy(0,0);

lcd_putsf(" ADXL345 Init ");

//ADXL345 module initialization

ADXL345_Init();

ftoa(GetDeviceID(),0,str);

lcd_gotoxy(0,1);

lcd_putsf("Decice ID : ");

lcd_puts(str);

delay_ms(3000);

lcd_clear();

//ADXL345_Offset_Calib();

//set offset value of adxl345

Set_X_Offset(0);

Set_Y_Offset(0);

Set_Z_Offset(0);

while (1)

{

delay_ms(20);

Get_Accel_Angles();

lcd_clear();

sprintf(num," X=%3.1f",Accel_XAngle);

lcd_gotoxy(0,0);

lcd_puts(num);

sprintf(num," Y=%3.1f",Accel_YAngle);

lcd_gotoxy(8,0);

lcd_puts(num);

sprintf(num," Z=%3.1f",Accel_ZAngle);

lcd_gotoxy(0,1);

lcd_puts(num);

printf("X=%3.1f,Y=%3.1f,Z=%3.1f\n",Accel_XAngle,Accel_YAngle,Accel_ZAngle);

}

توضیح مختصر برنامه :

تابع ADXL345_Init در برنامه ماژول را راه اندازی می کند. و تابع GetDeviceID کد منحصر به فرد ماژول را دریافت و روی LCD نمایش می دهد . سپس در ادامه میتوان توسط تابع های موجود آفست زاویه را مشخص کرد و یا ماژول را کالیبره نمود . در حلقه اصلی برنامه ابتدا توسط تابع Get_Accel_Angles زاویه از ماژول خوانه شده و در متغیر های Accel_XAngle,Accel_YAngle,Accel_ZAngle ریخته می شود . سپس در خطوط بعدی این متغیر ها پس از تبدیل به کد اسکی روی LCD نمایش داده می شود و در نهایت توسط تابع printf به پورت سریال ارسال می گردد .

مرحله سوم : پیاده سازی

در هنگام پیاده سازی به نکات زیر توجه کنید :

– فرکانس میکرو را در هنگام پروگرام کردن روی ۸ مگاهرتز داخلی قرار دهید .

– درایور ماژول USB به سریال را قبل از اتصال نصب نمایید .

– پس از اتصال به USB کامپیوتر به Control Panel ویندوز خود رفته و در قسمت Device Manager و سپس در قسمت Port(Com&LPT) پورت سریال مجازی که ماژول دارد را شناسایی کنید. همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید ، پورتی که دراینجا تنظیم شده است COM10 می باشد.

همچنین میتوانید با دوبار کلیک روی گزینه قرمز رنگ فوق وارد Properties شوید و در آنجا تنظیمات پورت سریال را تغییر دهید. برای این منظور در پنجره Properties وارد سربرگ Port Setting شده و تنظیمات آن را همانند زیر تغییر دهید.

همچنین میتوانید با زدن گزینه Advanced شماره پورت سریال را از COM10 به هر شماره دیگری تغییر دهید. توجه کنید که شماره پورتی که انتخاب می کنید حتما خالی باشد یعنی توسط دستگاه یا نرم افزارهای دیگر اشغال نشده باشد.

مدار نهایی تست شده توسط الکترو ولت :

مرحله چهارم : تست برنامه

با اتصال ماژول به پورت USB و برقراری تغذیه ، مدار شروع به کار می کند و پس از اندک زمانی شروع به ارسال دیتا به کامپیوتر می نماید. برای اینکه دیتای دریافتی را مشاهده نمایید نیاز به یک نرم افزار Terminal می باشد. در نرم افزار کد ویژن نیز یک ابزار با همین نام وجود دارد که برای استفاده از آن درون نرم افزار کد ویژن به منوی setting رفته و Terminals را انتخاب نمایید. در این قسمت تنظیمات پورتی که متصل شده را همانند تنظیمات گفته شده در مرحله سه قرار داده و Ok کنید. سپس از منوی Tools ، گزینه ترمینال را زده و با زدن گزینه Connect اتصال برقرار می شود.

برای راحتی کار ابزاری توسط Visual Studio و برنامه نویسی سی شارپ برای دریافت و ذخیره دیتا از پورت سریال طراحی کردیم که همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید ، با انتخاب پورت مورد نظر و زدن گزینه Connect ، دریافت آغاز می شود. قابلیت ذخیره داده ها و مشاهده زمان اتصال نیز در این نرم افزار وجود دارد.

مرحله پنجم : طراحی و ساخت PCB

در این مرحله برای مدار تست شده در نرم افزار Altium فیبر مدار چاپی طراحی می کنیم. شکل زیر شماتیک مدار طراحی شده را نشان می دهد. همانطور که مشاهده می شود ، برای پروگرام کردن میکرو درون مدار از یک رابط استاندارد ISP استفاده شده است که به پروگرامر متصل می شود. برای پروگرام کردن وصل کردن جامپر P4 الزامی است. همچنین از header برای اتصال ماژول ADXL345 و USBtoSerial استفاده شده است. تغذیه مدار از طریق اتصال به همین ماژول مبدل USB به سریال تامین می شود. از دو عدد خازن نیز برای بهبود عملکرد مدار استفاده شده است. میتوانستیم از رگولاتور و یک ورودی آداپتور برای تغذیه مدار استفاده کنیم. همچنین در این طراحی برای سادگی نمایشگر LCD حذف شده است.

سورس کامل این پروژه را میتوانید از الکترو ولت به صورت آنلاین خرید و سپس دانلود نمایید.

محتویات این پروژه :

گزارش کامل پروژه در قالب PDF
سورس پروژه در نرم افزار کدویژن
سورس نرم افزار آلتیوم ( شماتیک + PCB )
نرم افزار ارتباط با پورت سریال به همراه سورس سی شارپ

آموزش پروژه راه اندازی ماژول شتاب سنج ADXL345 و ارسال آن به کامپیوتر

معرفی آی سی ADXL345

مشخصات سنسور شتاب سنج و زاویه سنج ADXL345

معرفی ماژول ADXL345

توضیح پایه های ماژول شتاب سنج و زاویه سنج ADXL345

مدار داخلی ماژول GY-291 ADXL345

راه اندازی ماژول ADXL345