概要

このwikiでは、SenseCAP S2110 Sensor Builderにより多くのGroveモジュールを追加する方法を紹介し、サポートされているすべてのモジュールをリストアップします。

Grove - ±5A DC/AC電流センサー（ACS70331）をビルダーに追加して適用する

1. GitHubソースコードを使用して新しいライブラリを構築する

ここでの内容は、コードを維持しているGitHubにあります。

• ステップ1: 新しいセンサー用のsensorNew.hppファイルをsrc\sensorフォルダに追加します。

• ステップ2: センサークラスを定義し、init()とsample()関数を実装します。

センサークラスはsensorClassクラスから継承し、init()とsample()関数を実装する必要があります。 init()関数はセンサーを初期化するために使用され、Modbus通信用のレジスタオフセット値を返します。 sample()関数はセンサーデータを読み取るために使用され、データが有効な場合はtrueを返し、データが無効な場合はfalseを返します。

• ステップ3: sensorNEW.hppファイルをインクルードして呼び出します。

src\sensor\sensorBuilder.hppファイルに#include "sensorNew.hpp"の行を追加します。 sensorBuilder.inoファイルのsetup()関数で、新しいセンサークラスオブジェクトを作成し、それを引数としてSensorBuilder.addSensor()関数を呼び出します。

以下のコードを参照してください：

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  SensorBuilder.check_grove();
 
  /* sensor list */
  sensorUltrasonic *ultrasonic = new sensorUltrasonic();
  SensorBuilder.addSensor(ultrasonic);
  
  // add new sensor to sensor list
  sensorNew *newSensor = new sensorNew();
  SensorBuilder.addSensor(newSensor);

  SensorBuilder.begin();
}

note

新しいセンサーのModbusレジスタアドレスは0x0034から開始され、各測定値のレジスタビット幅は32であるため、隣接する2つの測定値間のレジスタアドレスオフセットは2です。

2. Modbusレジスタテーブルの知識

Modbusレジスタアドレス0x0000から0x0003は、モジュールシステム情報の保存用に予約されています。0x0000はmodbusアドレスでデフォルト値は1、最大値は247です。0x0001はシリアルポートボーレートでデフォルト値は96（9600に対応）です。0x0002から0x0003はソフトウェアバージョン用です。

Groveセンサー名	レジスタ名	レジスタアドレス (16進数)	レジスタアドレス (10進数)
Grove - CO2 & Temperature & Humidity Sensor (SCD41)	Temperature	0x0004	04
	Humidity	0x0006	06
	CO2	0x0008	08
Grove - Light Sensor v1.2	Light	0x000A	10
Grove - Flame Sensor	Flame	0x000C	12
Grove - Oxygen Sensor (MIX8410)	Oxygen	0x000E	14
Grove - Sunlight sensor (SI1151)	Light Intensity	0x0010	16
	Visible Light	0x0012	18
	UV	0x0014	20
Grove Temperature and Barometer Sensor (BMP280)	Barometric Temperature	0x0016	22
	Atmospheric Pressure	0x0018	24
	Height	0x001A	26
Grove - Temperature Humidity Pressure Gas Sensor(BME680)	Temperature	0x001C	28
	Atmospheric Pressure	0x001E	30
	Humidity	0x0020	32
	Air Quality(VOC)	0x0022	34
Grove - Gas Sensor V2(Multichannel)	N02	0x0024	36
	C2H50H	0x0026	38
	VOC	0x0028	40
	CO	0x002A	42
Grove - UV Sensor	UV Intensity	0x002C	44
Grove - Turbidity Sensor Meter V1.0	Turbidity	0x002E	46
Grove - TDS Sensor	TDS	0x0030	48
Grove - Ultrasonic Ranger	Distance	0x0032	50

3. ハードウェア接続の知識

センサーのSIG（信号）ピンを任意のマイクロコントローラーのアナログピンの1つに接続し、VCCに5V-3.3Vを供給し、マイクロコントローラーのGNDにGroundを接続します。

Groveセンサーには、ユーザーがゲインを微調整できるポテンショメーターが搭載されており、異なる入力電圧に合わせて調整可能です。これによりセンサーの感度を変更できます。

4. 上記の手順から、Grove ACセンサー用のライブラリを取得できます：

上記の手順に従って、Grove ACセンサーを適用するためのライブラリを取得しました。

#ifndef _SENSOR_AC_H
#define _SENSOR_AC_H

#include "sensorClass.hpp"

#define AC_ADC_PIN A2
#define ADC_BITS 12
#define ADC_COUNTS (1<<ADC_BITS)

class sensorAC : public sensorClass
{
  public:
  sensorAC(): sensorClass("AC"){};
  ~sensorAC(){};

  uint16_t init(uint16_t reg, bool i2c_available);
  bool connected();
  bool sample();

  enum
  {
    AC = 0,
    MAX
  };
  private:
  	double voltCal = 523.56;
  	double phaseCal = 1.7;
  	unsigned int cycles = 20;
  	unsigned int timeout = 2000;
  	int SupplyVoltage = 3300;
  	int sampleV;
  	double lastFilteredV,filteredV;
  	double offsetV = ADC_COUNTS >> 1;
  	double phaseShiftedV;
  	double sqV,sumV;
  	int startV;
  	boolean lastVCross,checkVCross;
};

uint16_t sensorAC::init(uint16_t reg, bool i2c_available){
  uint16_t t_reg = reg; 

  for (uint16_t i = 0; i < sensorAC::MAX; i++)
    {
        sensorClass::reg_t value;
        value.addr = t_reg;
        value.type = sensorClass::regType_t::REG_TYPE_S32_ABCD;
        value.value.s32 = 0;
        t_reg += sensorClass::valueLength(value.type);
        m_valueVector.emplace_back(value);
    }

    _connected = i2c_available ? false : true;
    //_connected = true;
    return t_reg - reg;
}

bool sensorAC::sample()
{
	
  GROVE_SWITCH_ADC;
  pinMode(AC_ADC_PIN, INPUT);
  
  unsigned int crossCount = 0;
  unsigned int numberOfSamples = 0;
  
  unsigned long start = millis();
  
  while(1){
	int startV = analogRead(AC_ADC_PIN);
	if((startV<(ADC_COUNTS*0.51)) && (startV>(ADC_COUNTS*0.49)))
		break;
	if((millis()-start)>timeout)	
		break;
  }
  
  start = millis();
  
  while((crossCount<cycles) && ((millis()-start)<timeout))
  {
  	numberOfSamples++;
  	lastFilteredV = filteredV;
  	
  	sampleV = analogRead(AC_ADC_PIN);
  	offsetV = offsetV + ((sampleV - offsetV)/ADC_COUNTS);
  	filteredV = sampleV - offsetV;
  	
  	sqV = filteredV * filteredV;
  	sumV += sqV;
  	
  	phaseShiftedV = lastFilteredV + phaseCal * (filteredV - lastFilteredV);
  	
  	lastVCross = checkVCross;
  	if(sampleV>startV)
  		checkVCross = true;
  	else 
  		checkVCross = false;
  	if(numberOfSamples == 1)
  		lastVCross = checkVCross;
  	if(lastVCross !=checkVCross)
  		crossCount++;
  }
  
  double V_RATIO = voltCal * ((SupplyVoltage/1000.0)/(ADC_COUNTS));
  float value = V_RATIO * sqrt(sumV/numberOfSamples);
  m_valueVector[AC].value.s32 = value * SCALE;
  //Serial.println(value);
  sumV = 0; 
  
  return true;
}

bool sensorAC::connected()
{
  return _connected;
}

#endif

5. Arduinoを使用してプログラムで最初にテストする

プログラムはいくつかのパラメータを必要とし、プログラムを実行する前に初期化する必要があります。これにより、プログラムがセンサーと正しく動作し、正確な値を取得できることが保証されます。

まず、プログラムをマイクロコントローラーにフラッシュし、次に読み取り値に合わせてパラメータを校正します。

#define AC_ADC_PIN A2				//here pin A2 is used
#define ADC_BITS 12					//depends on microcontroller to microcontroller
#define Calibration_Value 523.56	//depends on the calibration result
#define Phase_Shift 1.7 			//depends on the calibration result

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(AC_ADC_PIN, INPUT);
}

int ADC_COUNTS = (1<<ADC_BITS);
double voltCal = Calibration_Value;
double phaseCal = Phase_Shift;
unsigned int cycles = 10;			//Number of AC Cycles you want to measure
unsigned int timeout = 500;			//Timeout 
int SupplyVoltage = 3300;
int sampleV;
double lastFilteredV,filteredV;
double offsetV = ADC_COUNTS >> 1;
double phaseShiftedV;
double sqV,sumV;
int startV;
boolean lastVCross,checkVCross;

void loop() {
  unsigned int crossCount = 0;
  unsigned int numberOfSamples = 0;
  
  unsigned long start = millis();
  
  while(1){
  int startV = analogRead(AC_ADC_PIN);
  if((startV<(ADC_COUNTS*0.51)) && (startV>(ADC_COUNTS*0.49)))
    break;
  if((millis()-start)>timeout)  
    break;
  }
  
  start = millis();
  
  while((crossCount<cycles) && ((millis()-start)<timeout))
  {
    numberOfSamples++;
    lastFilteredV = filteredV;
    
    sampleV = analogRead(AC_ADC_PIN);
    offsetV = offsetV + ((sampleV - offsetV)/ADC_COUNTS);
    filteredV = sampleV - offsetV;
    
    sqV = filteredV * filteredV;
    sumV += sqV;
    
    phaseShiftedV = lastFilteredV + phaseCal * (filteredV - lastFilteredV);
    
    lastVCross = checkVCross;
    if(sampleV>startV)
      checkVCross = true;
    else 
      checkVCross = false;
    if(numberOfSamples == 1)
      lastVCross = checkVCross;
    if(lastVCross !=checkVCross)
      crossCount++;
  }
  
  double V_RATIO = voltCal * ((SupplyVoltage/1000.0)/(ADC_COUNTS));
  float value = V_RATIO * sqrt(sumV/numberOfSamples);
  Serial.println(value);
  sumV = 0; 

}

6. キャリブレーション値の取得

初期状態では、アナログピンはA2ピンに設定されていますが、AC_ADC_PINパラメータを使用して要件に応じて変更できます。 Calibration_ValueとPhase_Shift値は、電圧源を変更するたびに変更する必要があります。AC電圧は国によって、時にはコンセントによっても異なるためです。

プログラムはセンサー値をシリアルモニターに出力します。シリアルプロッターを開いて電圧対時間のグラフを表示することもできます。

• ステップ1：マルチメーターを使用してAC電圧を測定し、記録します。
• ステップ2：同様に、シリアルモニターに表示される電圧を記録します。

私の場合、マルチメーターからの読み取り値は220V RMS電圧ですが、センサーはシリアルモニターで718.87Vを示しています。正確なキャリブレーション値を得るために、以下の式を使用して簡単な計算を行う必要があります。

• ステップ3：xの値を求め、プログラムのCalibration_Valueと置き換えて、プログラムをマイクロコントローラーにフラッシュします。

Phase_Shift、ACサイクル数、タイムアウトなどの他のパラメータは、設定に応じて変更するか、デフォルトのままにしておくことができます。

リファレンス

• 詳細については、Grove AC-Voltage Sensor Libraryを参照してください。
• 計算の詳細はこちらで確認できます。

SenseCAP S2110 Sensor BuilderでサポートされているGroveモジュールのリスト

現在、SenseCAP S2110 Sensor Builderは、SenseCAP Data Loggerと通信し、LoRa経由でSenseCAPプラットフォームにセンサーデータを送信するために、以下のGroveモジュールをすぐに使用できるようサポートしています。

• Grove - Temperature and Barometer Sensor (BMP280)
• Grove - Oxygen Sensor (MIX8410)
• Grove - CO2 & Temperature & Humidity Sensor - SCD41
• Grove - Sunlight Sensor - SI1151
• Grove - Light Sensor v1.2 - LS06-S phototransistor
• Grove - Flame Sensor
• Grove - Gas Sensor(BME680)
• Grove - Multichannel Gas Sensor v2
• Grove - TDS Sensor/Meter For Water Quality (Total Dissolved Solids)
• Grove - UV Sensor
• Grove - Ultrasonic Distance Sensor
• Grove - Turbidity Sensor
• Grove - Lightning Sensor
• Grove - ±5A DC/AC Current Sensor (ACS70331)

✨ コントリビュータープロジェクト

• このプロジェクトは、Seeed Studio コントリビュータープロジェクトによってサポートされています。
• Mohammed Adnan Khanの貢献に感謝し、あなたの作業は展示されます。

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