HYT939 und NTC an Matlab über Arduino

DSC_2311In den letzten Blogeinträgen habe ich mit dem Arduino einen NTC-Widerstand  über einen Spannungsteiler an den Analogeingang des Arduino-UNO angeschlossen und ihn als eigenständiges Programmchen am Arduino als Temperatursensor laufen lassen. Die aktuellen Messwerte wurden auf einem LC-Display angezeigt. Dann habe ich die selbe Hardware über die Matlab Software und das „Arduino for Matlab“-Package betrieben und mittels Matlabcode direkt den Temperaturverlauf geloggt. Im vorhergehenden Blog war dann ein kombinierter Temperatur und Luftfeuchtigkeitssensor (Type HYT939) an der Reihe, der über den I²C Bus am Arduino seine Daten lieferte und wieder am LCD ausgegeben hat.

In diesem Bericht kommt nun wieder Matlab ins Spiel. Hier habe ich versucht, beide Sensoren, den NTC am Analogeingang und den HYT am I²C Bus, gleichzeitig auszulesen. Das sollte über einen mehrere Minuten andauernden Zeitraum passieren, wobei die Messwerte gleich mitgeloggt werden, um sie danach in einem Vergleichsdiagramm zu plotten. Der Hardwareaufbau ist wieder ganz einfach. Der NTC ist in Serie mit einem 2k2 Widerstand geschaltet. Die Enden des Spannungsteilers gehen an die +5V Versorgung und GND und der Teilerpunkt wird an den A0 – Eingang des Arduino Uno angeschlossen. Der HYT bekommt ebenfalls seine 5V vom Arduino selbst und an A4 und A5 ist der I²C anzuschließen (genaue Pinbelegung s. vorgehenden Bericht). Jetzt fehlt noch das Matlab-Script. Es ist hier einzusehen:

 

 

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% Beispielscript um mit ArduinoUno einen Temperaturverlauf aufzuzeichnen
% Sensoren an A0 (Spannungsteiler mit NTC) und HYT939 an I2C
% 03/2016 by I.Bihlo
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a = arduino('com4','Uno','libraries','I2C')
analogpin=0; %Anschlusspin analog des UNO
analog=0; %Variable für den Analogwert festlegen
nn=600; %anzahl der messpunkte
addr='0x28'; %addresse für digitalsensor
bus=i2cdev(a, addr) %i2c object erzeugen
%ein paar konstanten für die weiteren berechnungen
r=2200; %Spannungsteilerwiderstand
rt=0; %das wird der errechnete widerstand des NTC
urt=0; %das wird der errechnete Spannungsabfall am NTC
% konstanten für berechnung der Temperatur aus NTC Widerstand
% B25=3977K
a1=3.354016E-03;
b1=3.2569850E-04;
c1=2.61013E-06;
d1=6.38309e-08;
rref=2200;
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% Lesen des I2C Bus
% Lesen eines Temperaturabhängigen Widerstandes am Analog Eingang A0
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
for x=1:nn
%%%% Analog 
analog(x)=readVoltage(a, analogpin); %Liest den AnalogIn von A0 und gibt in Volt aus
urt(x)=5-analog(x); %spannungsabfall am NTC 
rt(x)=(r/analog(x))*urt(x); %widerstand des NTC
pause(0.5);
%%%%Digital
data = read(bus, 4); %4 byte von i2c auslsesen
pause(0.5);
%Rohdaten aus Puffer lesen und zusammenbauen
humrawh=dec2bin(data(1),8); %byte 1 auf 8bit festlegen in binär wandeln
humrawl=dec2bin(data(2),8); %byte 2 auf 8bit festlegen in binär wandeln
humrawall=strcat(humrawh,humrawl); % beide bins concentenaten
humraw=bin2dec(humrawall); % die ganze kette wieder in dec wandeln
%tempraw=uint16(data(3))*256+uint16(data(4));
temprawh=dec2bin(data(4),8);
temprawl=dec2bin(data(3),8);
temprawall=strcat(temprawl,temprawh);
temprawall=temprawall(1:14); %% die letzten beiden bits abschneiden
tempraw=bin2dec(temprawall);
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Humidity berechnen lt. Datenblatt
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
hum(x)=double(100/(16384-1))*double(humraw);
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Temperatur berechnen lt. Datenblatt
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
temp(x)=double(165/(16384-1))*double(tempraw)-40.0;
%berechung der analogtemperatur
rvsrref(x)=rt(x)/rref; 
tempa(x)=1/(a1+(b1*log(rvsrref(x)))+(c1*(log(rvsrref(x)^2)))+(d1*(log(rvsrref(x)^3))));
tempc(x)=tempa(x)-273.15 %Kelin in Celsius umrechnen
pause(1);
end
clear a;
time=1:nn;
%plotten der daten
figure(1);
subplot(2,1,1);
plot(time,tempc,'m');
grid on; hold on;
%plot(time,analog,'b');
%plot(time,rt/1000,'r');
%plot(time,urt,'g'); 
plot(time,temp,'g');
legend('Temperatur NTC[°C]','Temperatur HYT939 [°C]');
%legend('Analogspannung des ADC','Widerstand des NTC in kOhm','Spannung am NTC','Temperatur [°C]');
subplot(2,1,2);
plot(time,hum,'m');
grid on; hold on;
legend('Rel Luftfeuchtigkeit HYT939 [%RH]');
%ende

Nachdem der Code nun nach einigen Anpassungen läuft, habe ich beide Sensoren (wie am Titelbild zu sehen) nebeneinander angeordnet und vor Beginn der Messung mit Kältespray (Kälte75 von KontaktChemie) heruntergekühlt. Dann startete das Script und begann aufzuzeichnen. Im Ergebnis sollte der Verlauf der Erwärmung auf die Raumtemperatur zu sehen sein. Da die Kälte am Metallgehäuse des HYT sofort eine Schicht aus gefrorenem Kondensat bildet die langsam taut, erwartete ich mir einen Luftfeuchtigkeitswert im Bereich der Sättigung. (was dann auch deutlich im Plot zu sehen ist).

HYTvsNTC

Feuchtesensor am Arduino

DSC_2268In den letzten Blog-Einträgen habe ich mit Hilfe des Arduino Uno – Experimentierboards auf unterschiedliche Weise einen NTC-Widerstand zur Messung der Temperatur eingesetzt. Aus einem anderen Projekt habe ich auch noch einen Feuchte/Temperatursensor der Firma IST (Innovative Sensor Technologie) zur Verfügung, der mit einem Raspberry und in Python ausgelesen wurde. Es handelt sich um den digitalen Sensor HYT939, der über den I²C Bus ausgelesen wird. Er zeichnet sich laut Datenblatt mit folgenden Merkmalen aus:

  • DSC_2269chemisch sehr resistent
  • sehr weiter Temperatur- und Feuchtigkeitsmessbereich (-40°C .. +125°C, 0% ..100% RH)
  • mechanisch robuste Bauform
  • kalibriert und temperaturkompensiert
  • sehr geringer Drift
  • einsetzbar bis zu einem Umgebungsdruck von 16bar
  • Versorgungsspannung von 2.7 bis 5.5V
  • Auflösung von +/- 0.02% RH und 0.015°C
  • Genauigkeit von +/- 1.8% RH bei +23°C und +/-0.2K

Also wollte ich diesen Sensor auch mit dem Arduino betreiben und vielleicht in weiterer Folge auch den NTC parallel auslesen und die Ergebnisse vergleichen. Aber zurerst einmal wird der HYT an den Arduino angeschlossen.

hytpinDas Bild zeigt das Pinout des HYT in der Ansicht von unten. Die Belegung der Pins lautet:

  • 1…SCL
  • 2…VCC
  • 3…GND
  • 4…SDA

Somit lässt sich der Sensorchip ganz einfach an den Arduino anschließen, wobei die Pins SDA auf den Arduino Pin A4 und SCL auf den Pin A5 gelegt sind. Die Ausgabe der ausgelesenen Werte soll wieder wie beim NTC auf dem LC-Display stattfinden. Nachstehend ist der Code gelistet:

 

/*
   HYT939 bei Arduino UNO an:
   SDA pin A4
   SCL pin A5
   HYT939 bei MEGA2560 an:
   SDA pin 20
   SCL pin 21
   LCDisplay
   Pinzuordnungen allgemein für LCD
   RS to digital 12
   EN to digital 11
   D4 to digital 5
   D5 to digital 4
   D6 to digital 3
   D7 to digital 2
   R/W to ground
   VSS to ground
 */
 //I2C Addresse festlegen
 #define ADDR 0x28
 
 //Variablen und Datentypen festlegen
 double temp;
 double hum;
 unsigned int tempraw;
 unsigned int humraw;
 int x;
 unsigned char buffer[4];
 
 //Libraries laden
 #include <Wire.h>
 #include <LiquidCrystal.h>
 
 // interfacepins initialisieren
 LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);
 
   void setup()
   {
   //I2C und LCD Interface initialisieren,
   Wire.begin();
   lcd.begin(20, 4);
   
   Serial.begin(9600);
   lcd.println("HYT939-Sensor");
   }
 
 void loop()
   {
   //I2C auselesen
   Wire.beginTransmission(ADDR); 
   Wire.endTransmission();
   delay(200);
 
   //4 Bytes auslesen
   Wire.requestFrom(ADDR, 4,true);
   x=0;
   while(Wire.available()) 
   { char c = Wire.read(); buffer[x]=c; x++; }
 
 //Rohdaten aus Puffer lesen
 tempraw=buffer[2]*256+buffer[3];
 humraw=buffer[0]*256+buffer[1];
 
 //Daten laut Datenblatt maskieren
 tempraw&=0xfffc;
 humraw&=0x3fff;
 tempraw=tempraw/4;
 
 //Rohdaten in Ausgabeformat umrechnen
 temp=(double)tempraw/99.2909;  //skalieren laut datasheet
 temp=temp-40.0;
 hum=(double)humraw/163.83;
 
 //Daten auf LCD schreiben
   lcd.setCursor(0, 2);  
   lcd.print("Temperatur =");
   lcd.setCursor(11, 2);
   lcd.print(temp);
   
   lcd.setCursor(0, 3);  
   lcd.print("Humidity =");
   lcd.setCursor(14, 3);
   lcd.print(hum);
 //lcd.setCursor(0, 2);
 //lcd.print('Buffer0 =');
 //lcd.setCursor(11, 2);
 //lcd.print(buffer[2]);
 //lcd.setCursor(0, 3);
 //lcd.print('Buffer1 =');
 //lcd.setCursor(11, 3);
 //lcd.print(buffer[3]);
 }

 

Ortsradioaktivität mit Homematic

sfws.lfrz.atMein Interesse an Strahlungsmessung im Allgemeinen und das Interesse am Eigenbau von Messgeräten lässt mich oft, vor allem bei langweiligem Fernsehprogramm, im Web recherchieren. Auf der Suche nach dem Begriff Geigerzähler findet man ja unheimlich viele Ergebnisse. Nach einer Unterhaltung mit einem Kollegen, wie es zu Zeiten von Tschernobyl hier mit der Strahlungsbelastung aussah, suchte ich auch nach einer Karte mit der aktuellen Strahlungsverteilung in Österreich und wurde auch fündig. Es gibt ein ganzes Netzwerk an Messgeräten in ganz Österreich verteilt, das stündlich die Radioaktivität misst und aufzeichnet. Über diese Website kann man sich anhand einer Karte mit unterschiedlich (entsprechend der Intensität der Strahlung) eingefärbten Punkten informieren. Klickt man einen Messpunkt an, so erhält man die Detailwerte der Messungen angegeben in nSievert/h dargestellt als Diagramm oder auch in Tabellenform. Die Website nennt sich: http://sfws.lfrz.at.

Toll dachte ich beim Betrachten der Messdaten. Noch toller wäre es, selber so eine Messstation aufzubauen und in mein bestehendes Homematic-System mit aufzunehmen. Oder für´s erste könnte man ja versuchen, die Daten der Website in die Homematic zu integrieren. … und dann beispielsweise bei Überschreitung eines Messwertes eine Nachricht oder einen Alarm zu generieren.

Also habe ich mir die Website genauer angesehen und die java- und php-scripten analysiert, die hier aufgerufen werden. Schlussendlich lässt sich über die Seite http://sfws.lfrz.at/json.php ein gutes Interface erreichen, dass mit den entsprechenden Kommandos bedienen kann. Für meinen Fall hole ich mit http://sfws.lfrz.at/json.php?command=getstationdata&stationcode=AT0408&a=&b= die Messdaten für eine nahe Messstation ab.

Der webresponse sieht dann in etwa so aus:

{"v":[{"d":1457276400,"v":90.1,"c":32768}, {"d":1457272800,"v":88.9,"c":32771}, {"d":1457269200,"v":85.8,"c":32781}, {"d":1457265600,"v":83.1,"c":32790}, {"d":1457262000,"v":83.7,"c":32788}, {"d":1457258400,"v":86.6,"c":32778}, {"d":1457254800,"v":88.2,"c":32773}, {"d":1457251200,"v":83.1,"c":32790}, {"d":1457247600,"v":84.2,"c":32786}, {"d":1457244000,"v":85.1,"c":32783}, {"d":1457240400,"v":89.7,"c":32768}, {"d":1457236800,"v":99.1,"c":38656}, {"d":1457233200,"v":101,"c":39680}, {"d":1457229600,"v":90.8,"c":33280}, {"d":1457226000,"v":92,"c":34048}, {"d":1457222400,"v":112,"c":46848}, {"d":1457218800,"v":115,"c":48896}, {"d":1457215200,"v":109,"c":45056}, {"d":1457211600,"v":104,"c":41728}, {"d":1457208000,"v":91.5,"c":33536}, {"d":1457204400,"v":89.7,"c":32768}, {"d":1457200800,"v":84.9,"c":32784}, {"d":1457197200,"v":84.4,"c":32785}, {"d":1457193600,"v":83.5,"c":32788}], "a":"1457190947","b":"1457277347"}

Also perfekte Rohdaten um damit was anfangen zu können 🙂 Im Datensatz ist der Zeitstempel (im Unix-Zeitcode Format), der Messwert in nS/h, sowie ein RGB Farbcode für die Darstellung der Farbe in der Webkarte angegeben. Also beginnen wir, die Messdaten über die Homematic CCU2 Zentrale abzurufen und nach der Datenaufbereitung in Systemvariablen zu speichern.

Als erstes legen wir zwei neue Systemvariablen an:Systemvariable_StrahlungswertDie erste Variable soll „Strahlungswert“ heissen und vom Datentyp „Zahl“ sein. Als Maßeinheit gebe ich nS/h (nanoSivert pro Stunde) an.

Systemvariable_MesszeitpunktDie zweite Variable benennen wir „Messzeitpunkt“ mit dem Datentyp „Zeichenkette“. Wenn alles mit OK bestätigt ist, dann legen wir unter Programme und Verknüpfungen ein neues Programm an:

neuesProgrammDas Programm habe ich „strahlungswerte über web“ genannt und als Trigger ein periodisches Zeitevent definiert. Das Programm soll alle 60 Minuten ausgeführt werden um die Daten vom Web abzuholen und in die Systemvariablen zu schreiben.

Zeiteinstellung

Nachdem der Auslöser definiert ist, muss eine Aktivität bestimmt werden. Wir wählen hier keinen Aktor, sondern die Option Skript:

neuesProgrammDanach klicken wir auf die Script-Zeile und öffnen den Scripteditor:

scripteingebenDie nachfolgenden Zeilen sind am besten per copy und paste in den Scripteditor einzufügen und per OK zu bestätigen.

 

!script zum importieren der webdaten von der landeswarnzentrale radioaktivität
!by ingmar b.03/2016
string stderr;
string stdout;
string answer;
!Website angeben - die Antwort kommt als string
    string url="http://sfws.lfrz.at/json.php?command=getstationdata&stationcode=AT0408&a=&b=";

!mit wget den Inhalt der Antwort in stdout schreiben    
system.Exec("wget -q -O - "#url, &stdout, &stderr);
!stdout in die variable answer schreiben
answer = stdout;
!stringlänge des Inhalts von answer ermitteln
integer length = answer.Length(); 
!foreach(summand, summanden.Split(","))
!answer=answer.Split("},{"));
var rad;
var zeitst;
var radiation;
var zeitstempel;
!Antwort Radiation  in index 1,4,7,10,13...70
!Antwort Zeitcode in index 0,3,6,9,12...69
rad=(answer.StrValueByIndex(",", 1)); 
zeitst=(answer.StrValueByIndex(",",0));
!WriteLine(rad); nur zum debuggen
!WriteLine(zeitst); nur zum debuggen
radiation=rad.Substr(4,4);             !String an pos4 substituiern und 4 Stellen ausgeben
zeitstempel=zeitst.Substr(11,10);   !String an pos11 substituiern und 10 Stellen ausgeben
zeitst=zeitstempel.ToInteger();
zeitst=zeitst.ToTime();
rad=radiation.ToFloat();
dom.GetObject("Messzeitpunkt").State(zeitst); !Systemvariable muss definiert sein
dom.GetObject("Strahlungswert").State(rad); !Auch die Systemvariable 'Strahlungswert' vorher anlegen

 

Zum Schluss noch per Fehlerprüfung nachsehen ob der code ein Problem hat und dann OK und mit OK speichern. Hat alles geklappt sollte man jetzt die Systemvariablen ansehen können und es sollten auch gültige Werte zu sehen sein:

Systemvariablen

NTC am Arduino

ArduTemp(2)Nach dem kleinen Projektchen „Arduino mit Matlab“ möchte ich der Vollständigkeit halber den selben Aufbau auch noch ohne Matlab laufen lassen. Dabei soll der Code mit der mitgelieferten Arduino Entwicklungsumgebung „Arduino Software 1.6.7“ erstellt und in den Atmega 328 geladen werden. Damit man in dieser Stand-Alone-Variante auch was sehen kann, soll ein altes vierzeiliges LC-Display angeschlossen werden. Idealerweise gibt es hier eine schöne library namens LiquidCrystal.h, mit der das LCD im 4Bit Betrieb ganz einfach angesteuert werden kann.

Also schnell die benötigten Pins des LCD (übrigens ein JM204A) aus dem Datenblatt herausgesucht und mit Flachbandkabel und Pinheadern versorgt und an den Arduino angeschlossen. (die Belegung des Arduino habe ich im Script angegeben)

 

ArduTemp(1)Der NTC-Spannungsteiler bleibt, wie er ist. Und schon kann’s losgehen. Da wir die vier schönen Zeilen mit 20 Zeichen pro Zeile am LCD zur Verfügung haben, kann auch viel Information angezeigt werden. Ich habe mich entschieden, den Integer Wert des 10Bit ADC anzuzeigen (0-1023), den errechneten Widerstandswert des NTC´s und natürlich die daraus errechnete Temperatur.

Und das hier ist der simple Code 😉 …

 

/* ingmarsretro 2016
* Pinzuordnungen fürs LCDisplay
 * RS to digital 12
 * EN to digital 11
 * D4 to digital 5
 * D5 to digital 4
 * D6 to digital 3
 * D7 to digital 2
 * R/W to ground
 * VSS to ground
*/

// include libraries
#include <LiquidCrystal.h>
#include <math.h>
int analogpin = 0;
int analogvalue = 0;
double a1=3.354016E-03;
double b1=3.2569850E-04;
double c1=2.61013E-06;
double d1=6.38309e-08;
double urt=0;
double rt=0;
double rvsrref=0;
double temp=0;
double tempc=0;
double r=2200;
double rref=2200;
double analog=0;

// interfacepins initialisieren
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

void setup() {
  // setup LCD spalten und reihen
  lcd.begin(20, 4);
  lcd.print("Testprogramm NTC");
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  analogvalue=analogRead(analogpin);
  analog=(0.004882812*analogvalue);
  urt=5-analog;
  rt=((r/analog)*urt);

  rvsrref=rt/rref;
  temp=(1/(a1+(b1*log(rvsrref))+(c1*(log(rvsrref*rvsrref)))+(d1*(log(rvsrref*rvsrref*rvsrref)))));
  tempc=temp-273.15;
 
  //  column 0, line 1
  // (note: line 1 is the second row, since counting begins with 0):
  lcd.setCursor(0,1);lcd.print("ADC-Wert =");
  lcd.setCursor(11,1);
  lcd.print(analogvalue);
 
  lcd.setCursor(0, 2);  
  lcd.print("Widerstd =");
  lcd.setCursor(11, 2);
  lcd.print(rt);

  lcd.setCursor(0, 3);  
  lcd.print("Temp Cels=");
  lcd.setCursor(11, 3);
  lcd.print(tempc);