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【Tutorial】溫濕度感測模組與大型顯示裝置的整合應用

   

Posted By on 11 月 28, 2017 in 教學文, 物聯網, 開發主板 | 0 comments

作者：曹建國

本文是接續先前三篇Quark SE C1000的文章，即如何用ISSM開發Intel SE C1000、Quark SE C1000之GPIO腳位設定技巧以及如何用Intel SE C1000開發整合大型顯示裝置的開發環境及介面擴充介紹後，在這基礎下來進行一個專案的開發：使用Intel SE C1000開發板讀取溫濕度以及整合大型顯示裝置，來呈現我們想得到的資訊。

下圖為Intel Quark SE C1000開發板台灣總代理Sertek，專為Quark SE C1000開發板開發的溫溼度整合擴充板，可以配合SE C1000開發板與D2000開發板使用，並支援PM2.5 Sensor空氣感測模組、LCD顯示模組、溫溼度模組、一氧化碳CO Sensor- TGS2602等感測模組。

溫溼度整合擴充板（圖片來源／曹建國提供）

Quark SE C1000開發板腳位介紹以及Lumex顯示裝置連接Quark SE C1000開發板兩篇文章中已提過如何設定腳位與裝置連接方式，大家可以點進文章連結參考。

設定並整合好整體電路後，最後再將溫濕度整合擴充板插上，就會看到下圖組合好的完整電路組立。

整合溫溼度模組織之電路（圖片來源／曹建國提供）

讀取溫溼度顯示大型螢幕應用

首先，請各位到作者Github，下載Big_LCD.zip。再將載好的檔案匯入到ISSM（Intel System Studio for Microcontroller）後，我們開啟Hello_World_LCD程式。

Hello_World_LCD程式（圖片來源／曹建國提供）

我們可以看到許多的程式，在下圖紅框所標示出來的，都是UART範例程式。

已開啟Hello_World_LCD專案（圖片來源／曹建國提供）

簡化Hello_World_LCD範例講解

下表是Hello_World_LCD範例程式，後續我會一步步解釋：

/*

* Copyright (c) 2017, Intel Corporation

* All rights reserved.

*

* Redistribution and use in source and binary forms, with or without

* modification, are permitted provided that the following conditions are met:

*

* 1. Redistributions of source code must retain the above copyright notice,

*    this list of conditions and the following disclaimer.

* 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright notice,

*    this list of conditions and the following disclaimer in the documentation

*    and/or other materials provided with the distribution.

* 3. Neither the name of the Intel Corporation nor the names of its

*    contributors may be used to endorse or promote products derived from this

*    software without specific prior written permission.

*

* THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS “AS IS”

* AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE

* IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE

* ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE INTEL CORPORATION OR CONTRIBUTORS BE

* LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR

* CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF

* SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS

* INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN

* CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)

* ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE

* POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.

*/

 

/*

* Author :BruceTsao Modified from  Sertek 盧育德 Senior Manager

*Uart Sample for TX

*

* this program is used to display   */

#include “clk.h”

#include “qm_common.h”

#include “qm_gpio.h”

#include “qm_pinmux.h”

#include “qm_pin_functions.h”

#include “lcd_handler.h”

#include “hts221_handler.h”

#include “qm_uart.h”

 

#define DELAY 250000UL /* 0.25 seconds. */

#define WAIT_1MSEC (DELAY)

 

int re_print_s1 = 0;

int re_print_s2 = 0;

int re_print_s3 = 0;

int re_print_s4 = 0;

int re_print_s5 = 0;

uint8_t linefeed[1] =  {0x0a} ;

int temp = 0;

int humid = 0;

uint8_t h0t0_l,h0t0_h,h1t0_l,h1t0_h;

uint8_t tmp;

 

static void pin_mux_setup()

{

// Mux out STDOUT_UART TX/RX pins and enable input for RX.

qm_pmux_select(QM_PIN_ID_17, QM_PIN_17_FN_UART1_RXD);

qm_pmux_select(QM_PIN_ID_16, QM_PIN_16_FN_UART1_TXD);

qm_pmux_input_en(QM_PIN_ID_17, true);

}

int uint2str(unsigned int  no, uint8_t *p)

{

int ret = 0 ;

//      int tmp  = 0 ;

if (no <10)

{

*p = 0x30 + no ;

ret = 1 ;

}

else if (no <100)

{

 

*(p+1) = 0x30 + (no % 10) ;

*p = 0x30 + (int)(no/10) ;

ret = 2 ;

 

}else if (no <1000)

{

*(p+2) = 0x30 + (no % 10) ;

*(p+1) = 0x30 + (int)((no/100) / 10) ;

*p = 0x30 + (int)(no/100) ;

ret = 3 ;

 

}else if (no <10000)

{

*(p+3) = 0x30 + (no % 10) ;

*(p+2) = 0x30 + (int)((no % 100) %10) ;

*(p+1) = 0x30 + (int)((no % 100) / 10) ;

*p = 0x30 + (int)(no/1000) ;

ret = 4 ;

 

}

return ret ;

}

 

void SensorData_Print(uint8_t x, uint8_t y, int dec)

{

uint8_t str5[2] = “%”;

if (re_print_s1 || re_print_s2 || re_print_s3 || re_print_s4)

LCD_XY_Range_Clear(9, y, 13, y);

if (re_print_s1 && (y == 0))

re_print_s1 = 0;

else if (re_print_s2 && (y == 1))

re_print_s2 = 0;

else if (re_print_s3 && (y == 2))

{

LCD_XY_Print_SymIdx(13, 2, 0x64);

re_print_s3 = 0;

}

else if (re_print_s4 && (y == 3))

{

LCD_XY_Print(13, 3, str5, 1);

re_print_s4 = 0;

}

else if (re_print_s5 && (y == 4))

re_print_s5 = 0;

if (((dec / 100) > 0) && (y == 0))

re_print_s1 = 1;

else if (((dec / 100) > 0) && (y == 1))

re_print_s2 = 1;

else if (((dec / 100) > 0) && (y == 2))

re_print_s3 = 1;

else if (((dec / 100) > 0) && (y == 3))

re_print_s4 = 1;

else if (((dec / 100) > 0) && (y == 4))

re_print_s5 = 1;

LCD_XY_Print_DecNumb(x, y, dec);

}

 

void lcd_update(int s3, int s4)

{

#if 0

uint8_t null_str[] = “-“;

if (s3)

SensorData_Print(9, 2, s3);

else

LCD_XY_Print(9, 2, null_str, 1);

 

if (s4)

SensorData_Print(9, 3, s4);

else

LCD_XY_Print(9, 3, null_str, 1);

 

#endif

SensorData_Print(9, 2, s3);

SensorData_Print(9, 3, s4);

}

int main(void)

{

QM_PUTS(“hello, world”);

int strlen = 0;

 

qm_uart_config_t uart1_cfg ;

pin_mux_setup();

uart1_cfg.baud_divisor = QM_UART_CFG_BAUD_DL_PACK(0, 17, 6);

uart1_cfg.line_control = QM_UART_LC_8N1;

uart1_cfg.hw_fc = false;

 

qm_uart_set_config(QM_UART_1, &uart1_cfg);

 

uint8_t str0[] = “MakerPro”;

uint8_t str1[13] = “Temperature:”;

uint8_t str2[9] = “Humidity:”;

uint8_t str3[5] = “Temp:”;

uint8_t str4[6] = “Humid:”;

uint8_t uart1_message1[20] ;

 

LCD_Init();

LCD_XY_Print(0, 0, str0, 13);

clk_sys_udelay(DELAY*5);

 

LCD_XY_Print(0, 2, str1, 9);

LCD_XY_Print(0, 3, str2, 9);

lcd_update(0, 0);

 

HTS221_Init();

 

while(1){

 

temp = HTS221_Tempurature_Read();

humid = HTS221_Humidity_Read();

 

lcd_update(temp, humid);

qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, str3, sizeof(str3));

strlen = uint2str(temp, &uart1_message1[0]) ;

qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, uart1_message1, strlen) ;

qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, linefeed, 1);

qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, str4, sizeof(str4));

strlen = uint2str(humid, &uart1_message1[0]) ;

qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, uart1_message1, strlen) ;

clk_sys_udelay(DELAY*10);

}

return 0;

}

Include講解

下圖所示之程式碼是整個系統必要的含括檔(include files)。

Hello_World_LCD的include程式（圖片來源／曹建國提供）

由於我們需要用到ARD_D0與ARD_D1，這是屬於AP_GPIO_SS9_ADC17_UART1_RXD與AP_GPIO_SS8_ADC16_UART1_TXD，參考下表之SC1000腳位對照表（簡表）所示，UART1_TX與UART1_RX使用到QM_PIN的功能，必須要包含下列三個含括檔：

  • #include “qm_pinmux.h”
  • #include “qm_common.h”
  • #include “qm_pin_functions.h”

由於它仍是GPIO的GPIO_SS[8]與GPIO_SS[9] ，所以必須要包含下列含括檔：

  • #include “qm_gpio.h”
  • #include “qm_pin_functions.h”

在GPIO的運用中，必須使用上述這些含括檔。

SC1000腳位對照表（簡表）（圖片來源／曹建國提供）

由於UART是使用Universal Asynchronous Receiver Transmitter UART的資源，也關係到UART的QM Function的控制，參考上表所顯示，UART1_TX與UART1_RX使用到Function的控制，必須要包含下列一個含括檔：#include “qm_uart.h”

由於需要延遲顯示會用到系統時間控制，在最後必須要包含下列一個含括檔：#include “clk.h”。

當配合GPIO、通訊埠控制與時間延遲等運用時，都必須要使用到上述的含括檔。

模組Include講解

我們需要用到Nokia 5110 LCD與ST的HTS22溫溼度模組，當我們要開啟lcd_handler.c 、lcd_handler.h、 hts221_handler.c、hts221_handler.h等四支程式時，必須要包含下列兩個含括檔，這是整個系統必要的的含括檔(include files)。

模組的include程式：

#include “lcd_handler.h”

#include “hts221_handler.h”

Define宣告講解

系統需要透過define宣告一些特定變數：

由於需要時間延遲，所以會先定義時間的單位。由於Intel Quark SE C1000開發板的運行是μs := micro second，一秒鐘為一百萬μs，0.25秒為250000UL，所以下列變數定義為：#define DELAY 250000UL。

函式內容講解 (pin_mux_setup)

我們需要用到QM Function，而這些QM Function，則需要用到GPIO腳位。使用GPIO時，必須要對腳位使用用途，進行輸入輸出等宣告，所以我們宣告與產生pin_mux_setup()函式來進行上述的用途。

函式內容講解 (uint2str) 

由於本專案主要是要把溫濕度感測器的感測數值，顯示在EZDISPLAY大型顯示裝置上，而顯示裝置只接收文字字串，所以宣告一個數字轉字串的自訂函數：uint2str()函數來達到這個功能。

函式內容講解 (SensorData_Print)

透過宣告一個輸出感測資料到LCD顯示裝置自訂函數：SensorData_Print(uint8_t x, uint8_t y, int dec)函數來達到將數值顯示在顯示裝置上的功能。

函式內容講解 (lcd_update)

若將宣告LCD顯示裝置更新顯示的自訂函數：SensorData_Print(uint8_t x, uint8_t y, int dec) 函數來達到在EZDISPLAY大型顯示裝置，同時也顯示在Nokia 5110LCD顯示裝置上。

Main主程式講解

下表為main主程式的內容，我們會一一分功能區段，介紹如下：

int main(void)

{

QM_PUTS(“hello, world”);

int strlen = 0;

qm_uart_config_t uart1_cfg ;

pin_mux_setup();

uart1_cfg.baud_divisor = QM_UART_CFG_BAUD_DL_PACK(0, 17, 6);

uart1_cfg.line_control = QM_UART_LC_8N1;

uart1_cfg.hw_fc = false;

qm_uart_set_config(QM_UART_1, &uart1_cfg);

uint8_t str0[] = “MakerPro”;

uint8_t str1[13] = “Temperature:”;

uint8_t str2[9] = “Humidity:”;

uint8_t str3[5] = “Temp:”;

uint8_t str4[6] = “Humid:”;

uint8_t uart1_message1[20] ;

LCD_Init();

LCD_XY_Print(0, 0, str0, 13);

clk_sys_udelay(DELAY*5);

LCD_XY_Print(0, 2, str1, 9);

LCD_XY_Print(0, 3, str2, 9);

lcd_update(0, 0);

HTS221_Init();

while(1){

temp = HTS221_Tempurature_Read();

humid = HTS221_Humidity_Read();

lcd_update(temp, humid);

qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, str3, sizeof(str3));

strlen = uint2str(temp, &uart1_message1[0]) ;

qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, uart1_message1, strlen) ;

qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, linefeed, 1);

qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, str4, sizeof(str4));

strlen = uint2str(humid, &uart1_message1[0]) ;

qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, uart1_message1, strlen) ;

clk_sys_udelay(DELAY*10);

}

return 0;

}

Main主程式：變數宣告

由於我們需要了解溫溼度感測器得到的數值資料，轉成文字字串時其長度為何，所以我們宣告下列變數：int strlen = 0;

在針對QM UART功能進行通訊時所需要的速率、開始位元、結束位元與7 bits / 8 bits等設定，為了這些設定，我們必須宣告下列物件變數：qm_uart_config_t uart1_cfg ;

Main主程式：Setup區

接下來GPIO的設定，之前我們已經介紹pin_mux_setup();函式，因此我們必須在使用GPIO腳位之前，先執行pin_mux_setup();函式內容，所以我們有下列敘述：pin_mux_setup();

Main主程式：通訊設定

設定UART通訊速率中，Lumex Inc. EZDISPLAY顯示裝置的傳輸速率為115200 bps，必須將UART的通訊速率設為115200 bps，以達到同步，所以我們有下列敘述：uart1_cfg.baud_divisor = QM_UART_CFG_BAUD_DL_PACK(0, 17, 6);

接下來，開始UART 通訊方式與格式，主要把通訊格式設為8N1，就是使用8位元傳送，不送Parity bit，停止位元為 bit 1，所以我們有下列敘述：uart1_cfg.line_control = QM_UART_LC_8N1;

最後，在設定UART 是否使用硬體流量控制(flow control及hardware flow control)，我們並沒有使用CTS與RTS，所以將硬體的流量控制關閉，我們的下列敘述為：uart1_cfg.hw_fc = false;

上面介紹QM UART功能所訂的物件變數：qm_uart_config_t uart1_cfg ，在上面一連串的設定內容之後，我們需要將這些設定寫入周邊，我們使用qm_uart_set_config()函數寫入，所以我們有下列敘述：qm_uart_set_config(QM_UART_1, &uart1_cfg);

Main主程式：顯示內容變數

接著，要將資訊送往Lumex Inc. EZDISPLAY顯示裝置，但資訊前方仍需資訊顯示欄位說明，因此我們需要資訊顯示欄位說明，變數與資訊內容變數：

     uint8_t str0[] = “MakerPro”;

     uint8_t str1[13] = “Temperature:”;

     uint8_t str2[9] = “Humidity:”;

     uint8_t str3[5] = “Temp:”;

     uint8_t str4[6] = “Humid:”;

           uint8_t uart1_message1[20] ;

其中str0、str1、str2、str3、str4則是顯示內容的前導文字，而uart1_message1[20]為資訊內容變數。

Main主程式：Nokia 5110 LCD顯示區段

透過下表的程式碼，我們可以利用Nokia 5110 LCD顯示區段的程式內容。

      LCD_Init();

LCD_XY_Print(0, 0, str0, 13);

clk_sys_udelay(DELAY*5);

 

LCD_XY_Print(0, 2, str1, 9);

LCD_XY_Print(0, 3, str2, 9);

lcd_update(0, 0);

LCD_Init()主要是Nokia 5110 LCD顯示裝置初始化的程式，而LCD_XY_Print()則是將預先顯示前到文字顯示，最後用lcd_update(0, 0); 將內容直接顯示Nokia 5110 LCD顯示裝置。

Main主程式：HTS221_Init 區段

在開始讀取STMicroelectronics出產的HTS221:Capacitive digital sensor for relative humidity and temperature 溫溼度感測裝置，我們必須先初始化感測裝置，使用HTS221_Init(); 開啟溫溼度感測裝置。

Main主程式：loop()區段

一般熟悉Arduino 開發版開發系統的讀者，都會了解Arduino 開發版固定有一個loop()迴圈的程式區段，這段是固定的區域，而且在Arduino 開發時，固定有一塊loop()迴圈的程式區段。這段程式區段是必須且一定存在的，然而在Intel Quark SE C1000開發板，是遵循一般C語言開發方式，所以並沒有像Arduino 開發時，固定有一塊loop()迴圈的程式區段，所以我們用永久迴圈來達到這個效果。

如下表所示，我們可以看到我們用while(1){……}的方式來達到類似loop()迴圈的程式區段。

while(1){

clk_sys_udelay(DELAY*10);

temp = HTS221_Tempurature_Read();

humid = HTS221_Humidity_Read();

lcd_update(temp, humid);

qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, str3, sizeof(str3));

strlen = uint2str(temp, &uart1_message1[0]) ;

qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, uart1_message1, strlen) ;

qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, linefeed, 1);

qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, str4, sizeof(str4));

strlen = uint2str(humid, &uart1_message1[0]) ;

qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, uart1_message1, strlen) ;

}

return 0;

}

我們因為顯示內容不一定跟上感測器偵測速率等因素，所以必須用延遲等待的函數如delay()(Arduino 指令)，使用之前系統的函數clk_sys_udelay()來達到時間延遲的效果，將敘述設為：clk_sys_udelay(DELAY*10);

其WAIT_1MSEC為一百萬的us，所以我們延遲一秒鐘。

Main主程式：讀取溫溼度感測器

下表所示，我們用HTS221_Tempurature_Read()來讀取溫溼度感測器的溫度並存回temp變數；用HTS221_Humidity_Read();來讀取溫溼度感測器之濕度並存回humid變數：

          temp = HTS221_Tempurature_Read();

humid = HTS221_Humidity_Read();

lcd_update(temp, humid);

接下來我們將溫溼度變數：temp變數與humid變數，透過lcd_update(temp, humid);將溫溼度數值，送到nokia 5110 lcd顯示裝置。

Main主程式：送出溫度資料到大型顯示器

利用該表程式碼，將溫度資料傳送到大型顯示器上：

     qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, str3, sizeof(str3));

strlen = uint2str(temp, &uart1_message1[0]) ;

qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, uart1_message1, strlen) ;

我們用qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, str3, sizeof(str3)); 將”Temp:”送到大型顯示裝置。

strlen = uint2str(temp, &uart1_message1[0]) ;

接著，用uint2str(temp, &uart1_message1[0])將溫度變數： temp變數轉到uart1_message1陣列中，並將temp變數轉成文字的總長度回傳到strlen變數：qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, uart1_message1, strlen) ;

最後，用qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, uart1_message1, strlen)將uart1_message1陣列內容就可以將資料送到大型顯示裝置。

Main主程式：傳送換行鍵到大型顯示器

用qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, linefeed, 1);將linefeed變數(換行符號)，送到大型顯示裝置，讓後續在傳送的資訊之前，先進行換行的動作。 qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, linefeed, 1);

Main主程式：送出濕度資料到大型顯示器

利用該表程式碼，將濕度資料傳送到大型顯示器上：

          qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, str4, sizeof(str4));

strlen = uint2str(humid, &uart1_message1[0]) ;

qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, uart1_message1, strlen) ;

用qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, str4, sizeof(str4));將”Humid:”送到大型顯示裝置。

strlen = uint2str(humid, &uart1_message1[0]) ;

接著，用uint2str(humid, &uart1_message1[0])將濕度變數：humid變數轉到uart1_message1陣列中，並將humid變數轉成文字的總長度回傳到strlen變數：qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, uart1_message1, strlen) ;

再來，用qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, uart1_message1, strlen)將uart1_message1陣列內容送到大型顯示裝置。

燒錄測試

點選下圖紅框處，選Hello_World_LCD (Flash to Board)，進行燒錄程式到Intel Quark SE C1000開發板的燒錄功能是否正確。

燒錄Hello_World_LCD程式到開發板（圖片來源／曹建國提供）

如下圖所示，如果沒有任何錯誤的訊息出現，則代表我們完成燒錄程式到開發板的作業。

執行Hello_World_LCD內容（圖片來源／曹建國提供）

（責任編輯：葉于甄）

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曹永忠
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Author: 曹永忠

國立中央大學資訊管理學系博士，目前在國立暨南國際大學電機工程學系兼任助理教授、國立高雄科技大學商務資訊應用系兼任助理教授自由作家，專注於軟體工程、軟體開發與設計、物件導向程式設計、物聯網系統開發、Arduino開發、嵌入式系統開發。長期投入資訊系統設計與開發、企業應用系統開發、軟體工程、物聯網系統開發、軟硬體技術整合等領域，並持續發表作品及相關專業著作，並通過台灣圖霸的專家認證。

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