Medições meteorológicas com BeagleBone Black - Embarcados
Este artigo mostrará como fazer uma BeagleBone Black interagir com um sensor DHT22 para medir os valores instantâneos de temperatura e umidade relativa. Além disso, as informações lidas do sensor serão exibidas em um display OLED (comunicando com a BeagleBone Black via I2C).
Para a reprodução deste projeto, são necessários os seguintes materiais e softwares:
Uma placa BeagleBone Black (utilizei a Rev. C)*;
Um sensor de temperatura e umidade DHT22;
Um display OLED 0.96″ (modelo de comunicação I2C);
Terminal serial (sugestão: PuTTY)**.
* Foi utilizada a distribuição Debian 8.6 (Jessie). A imagem para instalação da distribuição na placa, bem como as outras suportadas na placa, pode ser baixada aqui.
O circuito esquemático do projeto é exibido na figura 1.
Sendo, no OLED:
Fio lilás: SCL
Fio laranja: SDA
A alimentação da BeagleBone Black neste projeto pode ser feita tanto via USB quanto pela entrada de fonte DC 5V.
Considerações: I2C na BeagleBone Black
A BeagleBone Black possui três barramentos I2C: 0, 1 e 2. O barramento 0 (I2C-0) é reservado para comunicação do SoC com componentes da própria placa (HDMI e chip de gerenciamento de energia) e o barramento 1, aparentemente, tem uso reservado (pois não vem habilitado de fábrica para uso). Sendo assim, somente o barramento número 2 está completamente livre / disponível para acesso ao desenvolvedor, conforme mostrado na figura 2.
Figura 2 – Pinagem da BeagleBoneBlack (destaque para I2C2)
Desta forma, é possível comunicar a placa com dispositivos I2C através do bus 2 (I2C-2), permitindo assim o uso de muitos periféricos e sensores, tais como: acelerômetros, controladores LCD, displays OLED, memórias EEPROM, etc.
O display OLED utilizado possui dimensão de 0.96″, com resolução 128×64 pixels. Este display utiliza o controlador SSD1306. No mercado, há uma grande variedade de displays (resolução, dimensões e cores distintas, sendo mais comum entre os hobbistas e makers os modelos mostrados na figura 3.
Figura 3 – Tipos mais comuns de displays OLED 0.96″ destinado a hobbistas / makers
Dentre os grandes atrativos no uso destes tipos de displays estão:
Baixo consumo energético, uma vez que a tecnologia OLED não exige o uso e um backlight;
Boa resolução, permitindo até a exibição de pequenas fotos (binarizadas, devido à limitação de cores do display);
Comunicação I2C, o que permite comunicação com o display a 2 fios somente;
Independente do ângulo ao qual é olhado o display, sua visualização não é prejudicada ou impossibilitada (como ocorre em displays LCD e sete segmentos).
Quanto à comunicação I2C, estes modelos de display OLED 0.96″ já contém resistores de pull-up. Portanto, para a comunicação basta ligar o SDA e SCL do display ao SDA e SCL da BeagleBone Black.
IMPORTANTE: apesar do endereço do display no barramento I2C vem indicado atrás dos mesmo (seja por uma seleção via jumper ou fixo), é altamente recomendável verificar o real endereço do display no barramento. Isso evita transtornos e perdas de tempo no desenvolvimento de aplicações com estes displays.
Para esta verificação no Linux da BeagleBone Black há o comando i2cdetect. Este comando irá varrer o barramento I2C informado na chamada do comando, permitindo o usuário verificar quais endereços estão sendo usados (e, no caso deste display OLED, descobrir em qual endereço ele está). Para esta varredura no barramento 2 (I2C-2), com o circuito esquemático montado e ligado, utilize o comando da seguinte maneira:
O comando produzirá a seguinte resposta:
Figura 4 – Varredura do barramento 2 da I2C. Em destaque, o endereço do display OLED
Ou seja, conclui-se que o display OLED está no endereço 0x3c do barramento 2 da I2C.
O sensor DHT22 (também conhecido como AM2302) é capaz de medir temperatura ambiente e umidade relativa do ar. Possui somente 4 terminais, sendo um dedicado à comunicação (que utiliza protocolo proprietário).
Figura 5 – Sensor de temperatura e umidade relativa do ar DHT22
Este sensor, assim como o display OLED 0.96″, é muito popular entre os hobbistas e makers. Inclusive, já foi utilizado neste projeto aqui no portal Embarcados.
Projeto – Bibliotecas
Tanto o display OLED 0.96″ (com controlador SSD1306) quanto o sensor DHT22 possuem bibliotecas suportadas pela Adafruit. São ótimas bibliotecas, disponíveis em várias linguagens. Neste projeto, irá ser utilizada a linguagem de programação Python, portanto as bibliotecas utilizadas estão disponíveis em:
Para maiores informações de como instalar as bibliotecas, consulte os seguintes sites: DHT Humidity Sensing on Raspberry Pi or Beaglebone Black with GDocs Logging e SSD1306 OLED Displays with Raspberry Pi and BeagleBone Black.
Projeto – Código-fonte e execução
O código-fonte do projeto é visto a seguir:
#Medicao da temperatura e exibicao no display OLED 0.96 (I2C) #Autor: Pedro Bertoleti #Data: Novembro/2016 import Adafruit_SSD1306 import Adafruit_DHT import time from PIL import Image from PIL import ImageDraw from PIL import ImageFont #configuracao do sensor de temperatura utilizado (DHT22) sensor = Adafruit_DHT.DHT22 #Configuracao do pino de reset do display (utilizado apenas para comunicacao via SPI, porem de #uso obrigatorio nas funcoes da biblioteca RST = 'P9_12' #configuracao do pino de leitura do sensor de temperatura pin = 'P8_11' #display 128x64 (no barramento 2 da I2C, no endereco 0x3c) disp = Adafruit_SSD1306.SSD1306_128_64(rst=RST, i2c_address=0x3c, i2c_bus=2) #------------------ #Programa principal #------------------ disp.begin() disp.clear() disp.display() #Cria area de imagem para escrita / desenho no display width = disp.width height = disp.height image = Image.new('1', (width, height)) #imagem binaria (somente 1's e 0's) #Determina a area a ser desenhada / escrita draw = ImageDraw.Draw(image) #definicoes uteis do display (para localizacao no mesmo) padding = 2 shape_width = 20 top = padding bottom = height-padding x = padding #Carrega fonte padrao do display font = ImageFont.load_default() Leitura = 1 while(True): try: #faz leitura do sensor de temperatura e umidade umidade, temperatura = Adafruit_DHT.read_retry(sensor, pin) #formata string de umidade e temperatura UmidadeStr = "{0:0.1f}".format(umidade) TemperaturaStr = "{0:0.1f}*C".format(temperatura) print "Leitura "+str(Leitura)+": "+TemperaturaStr+" - "+UmidadeStr Leitura = Leitura + 1 #Escreve informacoes na tela	draw.text((x, top), ' Medicoes DHT22', font=font, fill=255) draw.text((x, top+20), 'TEMPERATURA: ', font=font, fill=255) draw.text((x, top+30), TemperaturaStr, font=font, fill=255) draw.text((x, top+40), 'UMIDADE: ', font=font, fill=255) draw.text((x, top+50), UmidadeStr, font=font, fill=255) disp.image(image) disp.display() time.sleep(1) #desenha um retangulo preto em todo o display (para apagar "restos" de dados na #area de imagem) draw.rectangle((0,0,width,height), outline=0, fill=0) except KeyboardInterrupt: print "Aplicacao encerrada." exit(1)
#Medicao da temperatura e exibicao no display OLED 0.96 (I2C)
#Data: Novembro/2016
#configuracao do sensor de temperatura utilizado (DHT22)
Leitura = 1
#faz leitura do sensor de temperatura e umidade
#formata string de umidade e temperatura
UmidadeStr = "{0:0.1f}".format(umidade)
TemperaturaStr = "{0:0.1f}*C".format(temperatura)
print "Leitura "+str(Leitura)+": "+TemperaturaStr+" - "+UmidadeStr
#Escreve informacoes na tela
draw.text((x, top), ' Medicoes DHT22', font=font, fill=255)
draw.text((x, top+20), 'TEMPERATURA: ', font=font, fill=255)
draw.text((x, top+30), TemperaturaStr, font=font, fill=255)
draw.text((x, top+40), 'UMIDADE: ', font=font, fill=255)
draw.text((x, top+50), UmidadeStr, font=font, fill=255)
#area de imagem)
Salve o arquivo com o nome temp_oled.py e, para executar o programa, utilize o seguinte comando:
sudo python temp_oled.py
Observação: no Linux da BeagleBone Black, para acessar barramentos (SPI, I2C, etc.) é preciso que se faça como super usuário (por isso a execução é feita com sudo).
Como resultado da execução, a tela do terminal irá exibir todas as leituras de temperatura e umidade relativa feitas. Observe a figura 6.
Figura 6 – Execução do programa (terminal)
E, o projeto montado, ficara conforme mostram as figuras 7 e 8.
Figura 7 – Montagem
Figura 8 – Montagem
Artigo: DHT Humidity Sensing on Raspberry Pi or Beaglebone Black with GDocs Logging
Artigo: SSD1306 OLED Displays with Raspberry Pi and BeagleBone Black
Artigo: Hardware BeagleBone Black – Controlando o PMIC
Artigo: Acessando a BeagleBone Black via SSH
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Fala Pedro, blz? Excelente artigo, muito bom. Deixa eu te perguntar, tem previsão pra abertura de turmas no e-Stude, no curso de Sistemas Embarcados Profissionais? Mandei e-mail para o Rafael a algum tempo, mas não obtive rerorno.