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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
  • Breadboards
  • Sensor SHT40
  • Fios de ligação 
  • Cabo micro USB 

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 [4].

Inter-Integrated Circuit (I²C) [5] 

O Inter-Integrated Circuit (I²C)[5] é um barramento série 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 e o modo rápido de 400 kbit/s. Existe também um modo de baixa velocidade de 10 kbit/s, mas também são permitidas frequências de relógio arbitrariamente baixas. As revisões posteriores do I²C permitem alojar mais nós e funcionar a velocidades mais rápidas (como por exmplo modo rápido de 400 kbit/s ou modo ultrarrápido de 5 Mbit/s). Estas velocidades são mais amplamente utilizadas em sistemas embebidos do que em PCs.

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 21, 22, GND e 3.3V 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 micro
  • Abrir o IDE Arduino
  • Usando a ferramenta de gestão de bibliotecas do IDE Arduino procurar e instalar a biblioteca Adafruit SHT4X ([1])

8_arduino_setup.png

  • Selecionar o dispositivo ESP32 adequado
  • Copiar o seguinte  
    /*
* sensor sht40
*/

#include "Adafruit_SHT4x.h" // Biblioteca relacionada com sensor SHT40

// inicialização de classe relacionada com SHT40
Adafruit_SHT4x sht4 = Adafruit_SHT4x();


// a função setup é executada pontualmente quando o botão reset é premido ou 
// a placa é alimentada:
void setup() {
	// inicializa a comunicação série a 115200 bits por segundo:
	Serial.begin(115200); 
	
	sht4.begin(); 
	
	// definição de precisão e outras opções do sensor
	sht4.setPrecision(SHT4X_HIGH_PRECISION);
	sht4.setHeater(SHT4X_NO_HEATER);  
}

// a função loop é executada sucessivamente, uma e outra vez, 
// e por aí em diante
void loop() {
	sensors_event_t humidade, temperatura;
	
	// atualiza os objetos com dados novos
	sht4.getEvent(&humidade, &temperatura); 
	
	Serial.print("Temperatura: "); 
	Serial.print(temperatura.temperature); 
	Serial.println(" ºC");
	Serial.print("Humidade: "); 
	Serial.print(humidade.relative_humidity); 
	Serial.println("% rH"); 
	delay(1000);
}
    • Compilar e carregar o código para a placa ESP32
    • Verificar o resultado
    8_img_out_a.png 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).
    [4] Seeed Studio. Grove - Temperature & Humidity Sensor. url: https://wiki.seeedstudio.com/Grove-SHT4x/ (acedido em 29/08/2023).
    [5] Wikipedia. I2C. url: https://en.wikipedia.org/wiki/I%C2%B2C (acedido em 29/08/2023).

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