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前话
模拟量在物联网电路中开发也是较为重要的，本章使用ADS1115高精度数模转换芯片读取电压模拟量，使用的是树莓派Zero WH。
Demo运行效果
Demo：电压模拟量采集
ADS1115
实物
特点
注意：ADS1115可以调整测量增益，测量范围有八档：
引脚图与访问地址
ADS1115模块，设备地址默认有4个，先看器件引脚图：
根据ADDR引脚连接不到不同的引脚上，其I2C的访问地址是不同的：
- 当ADDR引脚连接到GND时，地址为：0x48（0100, 1000B）
- 当ADDR引脚连接到VDD时，地址为：0x49（0100, 1001B）
- 当ADDR引脚连接到SDA时，地址为：0x4A（0100, 1010B）
- 当ADDR引脚连接到SCL时，地址为：0x4B（0100, 1011B）
根据以上可以得到，我们一个I2C接口单层级联，可以同时连接4个ADS1115,也就是单层一个I2C接口可以同时测量16路16位的模拟电压量。
注意：数据手册还提供了分压的电路图，可以用于测量超过可测量电压的电压值，确保稳定。
多个ADS1115连接（单级最大4个）
4个ADS1115连接的电路图在数据手册上也提供了，所以ADS1115的数据手册还是比较详细的，如下图：
控制指令
特别注意，全程测量范围，输入的电压不应大于VDD+0.3V，否则可能烧坏元器件。
读取指令
先查看读取范围：0~32767。
开启I2C接口
sudo raspi-config按照下图步骤选取
然后重启。
查看系统是否启动i2c，如下图：
电源原理图
实际接线图：
加了一个电阻分压，检测测量效果。
检测I2C设备是否在线
我们按照电路图连接好后，使用三方查看设备是否在线来判断设备是否正常连接。
sudo apt-get install i2c-tools
sudo i2cdetect -y 1
关键代码
初始化代码
Ads1115Widget::Ads1115Widget(QWidget *parent) :
QWidget(parent),
ui(new Ui::Ads1115Widget)
{
ui->setupUi(this);
QString version = "V1.1.0";
QString title = QString("树莓派Qt开发之Ads1115测量电压Demo %1 作者:红模仿-红胖子 QQ:21497936 blog:https://blog.csdn.net/qq21497936").arg(version);
setWindowTitle(title);
_pAds1115Manager = new Ads1115Manager();
startTimer(1000);
}
每隔1s读取
void Ads1115Widget::timerEvent(QTimerEvent *event)
{
if(ui->checkBox_adc0->isChecked())
{
float adc0 = _pAds1115Manager->readADC_singleEnded(0);
ui->lineEdit_adc0->setText(QString("%1").arg(adc0));
}else{
ui->lineEdit_adc0->setText(QString("未进行测量"));
}
if(ui->checkBox_adc1->isChecked())
{
float adc1 = _pAds1115Manager->readADC_singleEnded(1);
ui->lineEdit_adc1->setText(QString("%1").arg(adc1));
}else{
ui->lineEdit_adc1->setText(QString("未进行测量"));
}
if(ui->checkBox_adc2->isChecked())
{
float adc2 = _pAds1115Manager->readADC_singleEnded(2);
ui->lineEdit_adc2->setText(QString("%1").arg(adc2));
}else{
ui->lineEdit_adc2->setText(QString("未进行测量"));
}
if(ui->checkBox_adc3->isChecked())
{
float adc3 = _pAds1115Manager->readADC_singleEnded(3);
ui->lineEdit_adc3->setText(QString("%1").arg(adc3));
}else{
ui->lineEdit_adc3->setText(QString("未进行测量"));
}
}
模块代码
Ads1115Manager.h
#ifndef ADS1115MANAGER_H
#define ADS1115MANAGER_H
#include <QObject>
#include "i2c.h"
#include <QDebug>
// I2C ADDRESS/BITS
#define ADS1115_ADDRESS (0x48) // 1001 000 (ADDR = GND)
// CONVERSION DELAY (in mS)
#define ADS1115_CONVERSION_DELAY (8)
// POINTER REGISTER 通过写入不同的地址进入不同的寄存器
#define ADS1115_REG_POINTER_MASK (0x03)
#define ADS1115_REG_POINTER_CONVERT (0x00) // 转换寄存器
#define ADS1115_REG_POINTER_CONFIG (0x01) // 配置寄存器
#define ADS1115_REG_POINTER_LOWTHRESH (0x02)
#define ADS1115_REG_POINTER_HITHRESH (0x03)
// CONFIG REGISTER
#define ADS1115_REG_CONFIG_OS_MASK (0x8000) // [15] 无效
#define ADS1115_REG_CONFIG_OS_SINGLE (0x8000) // 启动一次转换
#define ADS1115_REG_CONFIG_OS_BUSY (0x0000) // 读取时使用,设备正在执行转换
#define ADS1115_REG_CONFIG_OS_NOTBUSY (0x8000) // 读取时使用,设备当前没有执行转换
#define ADS1115_REG_CONFIG_MUX_MASK (0x7000) // [14:12] 输入多路复用器配置(仅适用于ADS1115)
#define ADS1115_REG_CONFIG_MUX_DIFF_0_1 (0x0000) // 000 : AINP = AIN0, AINN = AIN3 :
#define ADS1115_REG_CONFIG_MUX_DIFF_0_3 (0x1000) // 001 : AINP = AIN0, AINN = AIN3 :
#define ADS1115_REG_CONFIG_MUX_DIFF_1_3 (0x2000) // 010 : AINP = AIN1, AINN = AIN3 :
#define ADS1115_REG_CONFIG_MUX_DIFF_2_3 (0x3000) // 011 : AINP = AIN2, AINN = AIN3 :
#define ADS1115_REG_CONFIG_MUX_SINGLE_0 (0x4000) // 100 : AINP = AIN0, AINN = GND : 单测量AIN0使用
#define ADS1115_REG_CONFIG_MUX_SINGLE_1 (0x5000) // 101 : AINP = AIN1, AINN = GND : 单测量AIN1使用
#define ADS1115_REG_CONFIG_MUX_SINGLE_2 (0x6000) // 110 : AINP = AIN2, AINN = GND : 单测量AIN2使用
#define ADS1115_REG_CONFIG_MUX_SINGLE_3 (0x7000) // 111 : AINP = AIN3, AINN = GND : 单测量AIN3使用
#define ADS1115_REG_CONFIG_PGA_MASK (0x0E00) // [11:9] 可变成增益放大器配置
#define ADS1115_REG_CONFIG_PGA_6_144V (0x0000) // 000 : +/-6.144V range = Gain 2/3
#define ADS1115_REG_CONFIG_PGA_4_096V (0x0200) // 001 : +/-4.096V range = Gain 1
#define ADS1115_REG_CONFIG_PGA_2_048V (0x0400) // 010 : +/-2.048V range = Gain 2 (default)
#define ADS1115_REG_CONFIG_PGA_1_024V (0x0600) // 011 : +/-1.024V range = Gain 4
#define ADS1115_REG_CONFIG_PGA_0_512V (0x0800) // 100 : +/-0.512V range = Gain 8
#define ADS1115_REG_CONFIG_PGA_0_256V (0x0A00) // 101/110/111 : +/-0.256V range = Gain 16
#define ADS1115_REG_CONFIG_MODE_MASK (0x0100) // [8] 设定运行模式
#define ADS1115_REG_CONFIG_MODE_CONTIN (0x0000) // 0 : 连续转换模式
#define ADS1115_REG_CONFIG_MODE_SINGLE (0x0100) // 1 : 单次模式或掉线状态(默认)
#define ADS1115_REG_CONFIG_DR_MASK (0x00E0) // [7:5] 数据数率
#define ADS1115_REG_CONFIG_DR_8SPS (0x0000) // 000 : 8 samples per second
#define ADS1115_REG_CONFIG_DR_16SPS (0x0020) // 001 : 16 samples per second
#define ADS1115_REG_CONFIG_DR_32SPS (0x0040) // 010 : 32 samples per second
#define ADS1115_REG_CONFIG_DR_64SPS (0x0060) // 011 : 64 samples per second
#define ADS1115_REG_CONFIG_DR_128SPS (0x0080) // 100 : 128 samples per second (default)
#define ADS1115_REG_CONFIG_DR_250SPS (0x00A0) // 101 : 250 samples per second
#define ADS1115_REG_CONFIG_DR_475SPS (0x00C0) // 110 : 475 samples per second
#define ADS1115_REG_CONFIG_DR_860SPS (0x00C0) // 111 : 860 samples per second
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_MODE_MASK (0x0010) // [4] 该位匹配比较器工作模式,该位在ADS1113上不起作用
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_MODE_TRAD (0x0000) // 0 : 传统比较器
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_MODE_WINDOW (0x0010) // 1 : 窗口比较器
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_POL_MASK (0x0008) // [3] 比较器极性
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_POL_ACTVLOW (0x0000) // 0 : 低电平(默认)
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_POL_ACTVHI (0x0008) // 1 : 高电平
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_LAT_MASK (0x0004) // [2] 所存比较器(仅ADS1114和ADS1115)
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_LAT_NONLAT (0x0000) // 0 : 非锁定比较器(默认)
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_LAT_LATCH (0x0004) // 1 : 锁存比较器
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_QUE_MASK (0x0003) // [1:0] 比较队列和禁用(仅用于ADS1114和ADS1115)
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_QUE_1CONV (0x0000) // 00 : 一次转换后置位
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_QUE_2CONV (0x0001) // 01 : 两次转换后置位
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_QUE_4CONV (0x0002) // 10 : 在四次转换后置位
#define ADS1115_REG_CONFIG_COMP_QUE_NONE (0x0003) // 11 : 禁止比较器并将ALERT/RDY引脚设置为高阻抗(默认)
class Ads1115Manager : public QObject
{
Q_OBJECT
public:
explicit Ads1115Manager(uchar devAddr = 0x48, QObject *parent = 0);
signals:
public slots:
bool isOpened();
float readADC_singleEnded(int channel);
protected:
float getVoltageFromDigit(int adc);
private:
I2c _i2c;
bool _opened;
uchar _i2cAddress;
};
#endif // ADS1115MANAGER_H
Ads1115Manager.cpp
#include "Ads1115Manager.h"
#include <QDebug>
#include <QThread>
#include <QMessageBox>
#include <QElapsedTimer>
#include <QApplication>
Ads1115Manager::Ads1115Manager(uchar devAddr, QObject *parent)
: QObject(parent)
{
_i2cAddress = devAddr;
_opened = _i2c.open(devAddr);
if(!_opened)
{
QMessageBox::warning(0, "Error", "Failed to open ads1115");
}
}
bool Ads1115Manager::isOpened()
{
return _opened;
}
float Ads1115Manager::readADC_singleEnded(int channel)
{
if(!_opened)
{
return -1;
}
if (channel > 3)
{
return 0;
}
// 使用默认值
uint16_t config = 0x00;
…
_i2c.writeData16(ADS1115_REG_POINTER_CONFIG, config);
#if 1
QElapsedTimer t;
t.start();
while(t.elapsed() < 5)
{
QApplication::processEvents();
}
#endif
// 读取配置,若一直在转换则循环读取
int readConfig;
do {
readConfig = _i2c.readData16(ADS1115_REG_POINTER_CONFIG);
}while(readConfig & 0x8000 == 0);
int data = 0;
float voltage;
data = _i2c.readData16(ADS1115_REG_POINTER_CONVERT);
…
voltage = getVoltageFromDigit(data);
return voltage;
}
float Ads1115Manager::getVoltageFromDigit(int adc)
{
// 当前设定测量范围0~4.096V, ADS1115_REG_CONFIG_PGA_4_096V
float voltage = 0.0f;
…
return voltage;
}
运行效果
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