Multisensor-Starterkit mit sechs Sinnen
Feinstaubschnüffler erklärt IoT
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Vielfältige Möglichkeiten
Das Entwickler-Board eröffnet Entwicklern mit zwei ARM-Cores, einem BLE-Stack und FPGA- und Analog-Elementen die Welt der PSoC6 Mikrocontroller. Zwei Software-Beispiele von Glyn für den PSoC Creator decken dabei alle Grundfunktionen des Dustyn ab und lassen sich außerdem für eigene Anwendungen anpassen. Erfahrenen Programmierern steht darüber hinaus die ebenfalls kostenlose Entwicklungsumgebung »Modus Toolbox« zur Verfügung. Sie läuft auf allen gängigen Betriebssystemen und ist auf Eclipse ausgerichtet.
Die Dustyn-Platine bietet aber noch weitere Möglichkeiten für den Entwickler. Über einen I2C-PMOD-Anschluss können I2C-Sensoren, -Aktoren oder -Speicher mit 3,3-V-Signalpegel angeschlossen werden. Die Versorgungsspannung lässt sich dort zwischen 3,3 V und 5 V umschalten. Für die Visualisierung sind acht WS2812b RGB-LEDs im Quadrat angeordnet. Auf dem Board selbst befindet sich noch eine zusätzliche RGB-LED für aktuelle Statusinformationen.
- Feature I2C-Bridge: Die Cypress PC-Software »Bridge Control Panel« erlaubt einen einfachen Zugriff auf den I2C-Bus über den KitProg2 Debugger. Hier können ganze Skripte von I2C-Befehlen einzeln oder zyklisch abgearbeitet werden. Die Ergebnisse werden protokolliert und auf Wunsch grafisch angezeigt. So können die vorhandenen Motion- und Luftsensoren sowie externe Sensoren über das PC-I2C-Interface manuell beschrieben und ausgelesen werden. Der PSoC6 sollte hierbei keine Aktivität auf dem I2C-Bus haben. Mit einem passenden PMOD-Kabel wird der Dustyn auf diese Weise zu einem I2C-Tester.
- Feature BLE 5.0: Cypress gibt Anwendern die Gelegenheit, eigene Bluetooth-Low-Energy-5.0-Software zu entwickeln. Es unterstützt alle aktuellen BLE-Leistungsmerkmale und stellt Entwicklern ein komplettes BLE-Entwicklungs- und Anwendungsportfolio zur Verfügung. Bei der PSoC-Familie lässt sich die Hardware per Drag-and-drop im PSoC-Creator konfigurieren. Das heißt, die Entwickler müssen lediglich das Bluetooth-BLE-Modul auf das Arbeitsblatt ziehen und können es dann mit der Maus nach eigenen Vorstellungen konfigurieren. Der BLE-Stack wird automatisch eingebunden und ist kostenfrei. Alle von der SIG definierten Profile sind vorhanden und nutzbar. Entwickler können auch benutzerspezifische Custom Profiles erstellen. Diese müssen die Verantwortlichen allerdings bei der SIG anmelden.
- Feature Sensorik: Neben dem Feinstaubsensor SPS30 von Sensirion befindet sich noch ein SHT31 Temperatur- und Luftfeuchtesensor, ebenfalls von Sensirion, sowie ein 9-Achsen MEMS MotionTracking Sensor ICM-20948 der neuen Generation von TDK InvenSense auf dem Board.
SPS30 Feinstaubsensor
Der optische PM-Sensor SPS30 erreicht – dank hochwertiger und langlebiger Komponenten – eine Gesamtlebensdauer von über acht Jahren. Wohingegen gängige Marktbegleiter oft nur eine Lebensdauer von knapp einem Jahr erreichen und zwischen den Messungen heruntergefahren werden. Zusätzlich zeichnet sich der Sensor von Sensirion durch seine kompakte Baugröße von 4 x 4 cm2 aus.
Um zu verhindern, dass der Sensor und insbesondere die Optik verschmutzt, verfügt der SPS30 außerdem über eine Verschmutzungsresistenz-Technik. Dazu wird der zu messende »schmutzige« Luftstrom von einem sauberen Luftstrom umhüllt. Durch einen speziellen Befehl kann Restschmutz ausgeblasen werden. Der Sensor liefert mittels des Messprinzips der Laserstreuung die Masse der Partikel PM1.0, PM2.5, PM 4.0, PM10 in µg/m3 und deren Anzahl pro Kubikzentimeter. Zusätzlich wird die typische Partikelgröße in µm ausgegeben.
Das Interface kann über eine Steuerleitung zwischen I2C und UART wechseln. Der Dustyn verwendet das UART-Interface. Um Fehler bei der Übertragung zu verhindern, nutzt die UART Byte-Stuffing und Checksummen. Die Betriebsspannung beträgt 5 V und die Signalpegel sind TTL-5-V- und LVTT-3,3-V-kompatibel. Einsatzzwecke sind die Überwachung von Luftfiltern und die Messung der Luftgüte in Innenräumen, zum Beispiel Laboren, Werkstätten und Wohnräumen.
SHT31 Temperatur- und Luftfeuchtesensor
Der digitale SHT31 ist das Resultat von 15 Jahren Know-how bei Sensirion. Die Größe von nur 2,5 x 2,5 mm und der I2C-Bus ermöglichen eine leichte Integration ins eigene System.
ICM-20948 9-Achsen-MotionTracking-Sensor
Das ICM-20948 ist der 9-Achsen-MotionTracking-Sensor mit einer niedrigen Leistungsaufnahme und eignet sich für Smartphones, Tablets, tragbare Sensoren und IoT-Anwendungen. Er verfügt über ein 3-Achsen-Gyroskop, ein 3-Achsen-Beschleunigungsmesser, einen 3-Achsen-Kompass und einen Digital-Motion-Prozessor zur Entlastung des Hauptprozessors.
Der ICM-20948 unterstützt eine zusätzliche I2C-Schnittstelle zu externen Sensoren und verfügt über 16-Bit-ADCs auf dem Chip, programmierbare Digitalfilter, einem eingebetteten Temperatursensor und programmierbare Interrupts. Die Kommunikationsanschlüsse umfassen I2C und Hochgeschwindigkeits-SPI bei 7 MHz.
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Unsichtbares sichtbar machen
Der Dustyn ist ein Messgerät zur schnellen Erfassung des nicht sichtbaren Feinstaubs und gleichzeitig ein Multitool zum Entwickeln von Sensorik-, BLE- und I2C- Projekten im IoT. Um den Feinstaub in der Umgebung zu messen, muss Dustyn lediglich an eine Powerbank angebunden werden – und schon hat man ein mobiles Messgerät.
Der Autor
Peter Dörwald ist seit 18 Jahren als Applikationsingenieur für Mikrocontroller bei Glyn tätig. Nach der Betreuung der Linien Fujitsu und Spansion, betreut er aktuell den Hersteller Cypress.
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