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[Programa] SHT40 (exemplo I²C)

Objetivo:

Utilizar o ESP32-C6-DevKitM-1 para ler valores de temperatura de um sensor SHT40.

Lista de material:

  • ESP32-C6-DevKitM-1
  • Breadboard
  • Sensor SHT40
  • Fios de ligação 
  • Cabo USB C

8_material_list.png

Contextualização:

Grove - Temperature & Humidity Sensor (SHT40)

O sensor de temperatura e humidade da Seeed SHT40 é um sensor digital com interface I²C padrão [2].

Inter-Integrated Circuit (I²C) [3] 

O Inter-Integrated Circuit (I²C)[3] é um barramento serial que permite a co-existência de múltiplos controladores e periféricos (historicamente designados por master/slave) e considera essencialmente duas ligações:

SDA Serial Data Line
SDL Serial Clock Line

Ambas são bidirecionais e recorrem a resistências pull-up. As tensões típicas utilizadas são de +5 V ou +3,3 V, embora sejam permitidos sistemas com outras tensões.

O design de referência I²C possui um espaço de endereço de 7 bits, com uma extensão de 10 bits raramente utilizada. As velocidades de barramento I²C comuns são o modo padrão de 100 kbit/s existindo outras possibilidades para casos específicos.

A comunicação I²C segue uma estrutura organizada em pacotes de dados. Cada transação no barramento I²C inicia com uma condição de Start, seguida pelo envio de um byte de endereço, que identifica o dispositivo preriférico com o qual o controlador deseja comunicar. Após o endereço, o controlador pode enviar ou receber dados, dependendo da natureza da transação (escrita ou leitura).

Os principais elementos dos protocolos de mensagem do I²C incluem:

  1. Condição de Início ( Start ): O controlador gera uma transição do sinal SDA de alto para baixo enquanto SCL está alto, indicando o início de uma comunicação.

  2. Byte de Endereço: Após a condição de Start, o controlador envia um byte de endereço que contém o endereço do periférico alvo e um bit de leitura/escrita. O periférico com o endereço correspondente responde com um bit de reconhecimento ( ACK ).

  3. Dados: Os dados são transmitidos em bytes, seguidos por um bit de reconhecimento ( ACK ) enviado pelo receptor após cada byte. Se o receptor não reconhecer o byte, ele envia um bit de não reconhecimento ( NACK ).

  4. Condição de Paragem ( Stop ): A comunicação termina com uma condição de Stop, onde o controlador gera uma transição do sinal SDA de baixo para alto enquanto SCL está alto. Isso sinaliza o fim da transação no barramento I²C.

Essa estrutura simples e eficiente permite que o I²C suporte a comunicação entre múltiplos dispositivos de forma organizada, minimizando a necessidade de fios e facilitando a integração em sistemas eletrónicos complexos.

Desenvolvido pela Philips Semiconductor em 1982, o I²C é ideal para aplicações que exigem comunicação eficiente e de curto alcance entre componentes eletrónicos. Este protocolo suporta a comunicação entre múltiplos dispositivos, onde o dispositivo contolador comanda o barramento I²C e os peféricos respondem aos comandos recebidos. A simplicidade do I²C, combinada com a sua flexibilidade, torna-o uma escolha popular para interligar sensores, displays, memória e outros periféricos a microcontroladores em diversos projetos.

De seguida apresenta-se uma aplicação prática do I²C usando a placa de desenvolvimento ESP32-C6-DevKitM-1, que possui suporte integrado para I²C, em conjunto com o sensor de temperatura e humidade SHT40.

Procedimento:

Atentando nos terminais 3, 4, GND e 5V do ESP32 como referência deve considerar-se o seguinte ilustração de montagem:

8_i2c_setup.png

Instruções:
  • Montar o circuito esquematizado anteriormente
  • Ligar a placa ESP32 ao computador por via de cabo USB C
  • Abrir o IDE Arduino
  • Usando a ferramenta de gestão de bibliotecas do IDE Arduino procurar e instalar a biblioteca Adafruit SHT4X ([1])
  • Selecionar o dispositivo ESP32 adequado ( ESP32C6 Dev Module )
  • Copiar o seguinte  
    #include <Wire.h>
#include <Adafruit_SHT4x.h>

// Definição de uma nova instância da classe TwoWire
TwoWire myWire = TwoWire(0x44); // Usa o barramento I2C no ID 0 (podes alterar conforme necessário)
Adafruit_SHT4x sht40 = Adafruit_SHT4x();

void setup() {
  digitalWrite(RGB_BUILTIN, LOW);  // Turn the RGB LED off
  Serial.begin(115200);

  // Inicia a instância myWire no barramento I2C utilizando pinos SDA e SCL personalizados
  myWire.begin(4, 3); // Pinos SDA=4 e SCL=3 (substitua pelos pinos que preferires)

  // Inicializa o sensor SHT40 usando a instância personalizada de TwoWire
  if (!sht40.begin(&myWire)) {
    Serial.println("Falha ao inicializar o SHT40. Verifique a conexão I2C.");
    while (1) {
      delay(10);
    }
  }
  sht40.setPrecision(SHT4X_HIGH_PRECISION);
  sht40.setHeater(SHT4X_NO_HEATER);  
  Serial.println("Sensor SHT40 inicializado com sucesso!");
}

void loop() {
  digitalWrite(RGB_BUILTIN, LOW);  // Turn the RGB LED off

  sensors_event_t humidity, temp;
  sht40.getEvent(&humidity, &temp);

  Serial.print("Temperatura: ");
  Serial.print(temp.temperature);
  Serial.println(" °C");
  
  Serial.print("Humidade: ");
  Serial.print(humidity.relative_humidity);
  Serial.println(" %");

  delay(2000);  // Espera 2 segundos antes de nova leitura
  
  digitalWrite(RGB_BUILTIN, HIGH);  // Turn the RGB LED white
}
    • Compilar e carregar o código para a placa ESP32
    • Verificar o resultado
    8_img_out_b.png

    Referências:

    [1] Adafruit. Adafruit Sensirion SHT40, SHT41 & SHT45 Temperature & Humidity Sensors. url: https://learn.adafruit.com/adafruit-sht40-temperature-humidity-sensor (acedido em 29/08/2023).
    [2] Seeed Studio. Grove - Temperature & Humidity Sensor. url: https://wiki.seeedstudio.com/Grove-SHT4x/ (acedido em 29/08/2023).
    [3] Wikipedia. I2C. url: https://en.wikipedia.org/wiki/I%C2%B2C (acedido em 29/08/2023).

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