Teil 6: Temperatur und Luftfeuchte messen mit dem AM2321

Wiring Pi und Java

Da die Java-Bibliothek, die für die Beispiele zum Einsatz kommt, auf den Wiring-Pi-Tools basiert, müssen Sie diese vorab installieren. Die Bibliothek Wiring Pi [3] wurde von Gordon Henderson entwickelt und wird von ihm weiter gepflegt. Sie ermöglicht den einfachen Zugriff auf die GPIO des Raspberry Pi. Dazu stellt sie einfache Kommandos sowie eine C-API zur Verfügung, um die I/O-Ports auszulesen und zu beschreiben. Unter anderem bringt Wiring Pi auch Treiber für den I2C-Bus mit. Die Installation nehmen Sie mit den Kommandos aus den ersten fünf Zeilen von Listing 1 vor. Nach dem erfolgreichen Abschluss des Builds testen Sie mit dem Kommando aus Zeile 7, ob die Installation erfolgreich war.

Listing 1

 

$ sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade
$ git clone git://git.drogon.net/wiringPi
$ cd wiringPi
$ ./build
[...]
$ cd ..
$ gpio readall
 +-----+-----+---------+------+---+---Pi 2---+---+------+---------+-----+-----+
 | BCM | wPi |   Name  | Mode | V | Physical | V | Mode | Name    | wPi | BCM |
 +-----+-----+---------+------+---+----++----+---+------+---------+-----+-----+
 |     |     |    3.3v |      |   |  1 || 2  |   |      | 5v      |     |     |
 |   2 |   8 |   SDA.1 |   IN | 1 |  3 || 4  |   |      | 5V      |     |     |
 |   3 |   9 |   SCL.1 |   IN | 1 |  5 || 6  |   |      | 0v      |     |     |
 |   4 |   7 | GPIO. 7 |   IN | 1 |  7 || 8  | 1 | ALT0 | TxD     | 15  | 14  |
 |     |     |      0v |      |   |  9 || 10 | 1 | ALT0 | RxD     | 16  | 15  |
 |  17 |   0 | GPIO. 0 |   IN | 0 | 11 || 12 | 0 | IN   | GPIO. 1 | 1   | 18  |
 |  27 |   2 | GPIO. 2 |   IN | 0 | 13 || 14 |   |      | 0v      |     |     |
 |  22 |   3 | GPIO. 3 |   IN | 0 | 15 || 16 | 0 | IN   | GPIO. 4 | 4   | 23  |
 |     |     |    3.3v |      |   | 17 || 18 | 0 | IN   | GPIO. 5 | 5   | 24  |
 |  10 |  12 |    MOSI |   IN | 0 | 19 || 20 |   |      | 0v      |     |     |
 |   9 |  13 |    MISO |   IN | 0 | 21 || 22 | 0 | IN   | GPIO. 6 | 6   | 25  |
 |  11 |  14 |    SCLK |   IN | 0 | 23 || 24 | 1 | IN   | CE0     | 10  | 8   |
 |     |     |      0v |      |   | 25 || 26 | 1 | IN   | CE1     | 11  | 7   |
 |   0 |  30 |   SDA.0 |   IN | 1 | 27 || 28 | 1 | IN   | SCL.0   | 31  | 1   |
 |   5 |  21 | GPIO.21 |   IN | 1 | 29 || 30 |   |      | 0v      |     |     |
 |   6 |  22 | GPIO.22 |   IN | 1 | 31 || 32 | 0 | IN   | GPIO.26 | 26  | 12  |
 |  13 |  23 | GPIO.23 |   IN | 0 | 33 || 34 |   |      | 0v      |     |     |
 |  19 |  24 | GPIO.24 |   IN | 0 | 35 || 36 | 0 | IN   | GPIO.27 | 27  | 16  |
 |  26 |  25 | GPIO.25 |   IN | 0 | 37 || 38 | 0 | IN   | GPIO.28 | 28  | 20  |
 |     |     |      0v |      |   | 39 || 40 | 0 | IN   | GPIO.29 | 29  | 21  |
 +-----+-----+---------+------+---+----++----+---+------+---------+-----+-----+
 | BCM | wPi |   Name  | Mode | V | Physical | V | Mode | Name    | wPi | BCM |
 +-----+-----+---------+------+---+---Pi 2---+---+------+---------+-----+-----+

Falls Sie noch keine Java-Installation auf ihren Raspberry Pi haben, laden Sie das aktuelle Java Development Kit (JDK) von Oracle herunter [4] und übertragen es via SFTP – oder unter Windows mit WinSCP [5] – auf den Raspberry Pi (Listing 2).

Listing 2

 

$ sftp pi@192.168.2.6
pi@192.168.2.6's password:
Connected to 192.168.2.6.
sftp> put jdk-8u33-linux-arm-vfp-hflt.tar.gz
Uploading jdk-8u33-linux-arm-vfp-hflt.tar.gz to /home/pi/jdk-8u33-linux-arm-vfp-hflt.tar.gz
jdk-8u33-linux-arm-vfp-hflt.tar.gz                            100%   77MB   8.5MB/s   00:09

Auf dem Raspberry legen sie für Java ein neues Verzeichnis unterhalb von /opt/ an und entpacken das JDK dorthin (Listing 3, Zeile 1 bis 3). Dann teilen Sie dem System noch mit, wo es die neue Java-Version findet (Zeile 4) und dass es diese als Standardversion nutzen soll (Zeile 5). Da einige Programme die Umgebungsvariable JAVA_HOME benötigen, setzen Sie diese noch (Zeile 6). Für unsere Versuche genügt es, sie in die eigene .bashrc aufzunehmen; um sie systemweit zu setzen, müssen Sie sie als root in /etc/environment eintragen.

Listing 3

 

$ sudo mkdir -p -v /opt/java
$ gunzip jdk-8u33-linux-arm-vfp-hflt.tar.gz
$ sudo tar -xvf jdk-8u33-linux-arm-vfp-hflt.tar -C /opt/java/
$ sudo update-alternatives --install "/usr/bin/java" "java" "/opt/java/jdk1.8.0_33/bin/java" 1
$ sudo update-alternatives --set java /opt/java/jdk1.8.0_33/bin/java
$ echo 'export JAVA_HOME="/opt/java/jdk1.8.0_33/bin"' >> ./.bashrc

Um JAVA_HOME zum Tragen zu bringen, melden Sie sich nun ab und wieder an. Anschließend testen Sie noch, ob die Java-Installation fehlerfrei arbeitet (Listing 4).

Listing 4

 

$ java -version
java version "1.8.0_33"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_33-b05)
Java HotSpot(TM) Client VM (build 25.33-b05, mixed mode)
$ javac -version
javac 1.8.0

Um mit Java auf die GPIO zuzugreifen, benötigen Sie außerdem die Bibliothek Pi4j, die Sie am besten direkt aus dem Internet laden (Listing 5, Zeile 1). Das mit der Library eingerichtete Pi4j Utility Script pi4j setzt den Klassenpfad gleich richtig, sodass sie Ihre Java-Programme damit problemlos kompilieren können (Zeile 2). Meldet es keine Fehler zurück, hat es im aktuellen Verzeichnis eine passende Klassendatei erstellt, die Sie direkt ausführen können (Zeile 3).

Listing 5

 

$ curl -s get.pi4j.com | sudo bash
$ pi4j -c Programm.java
$ pi4j -r Programm

Nun installieren Sie noch die I2C-Tools, damit Sie eine Möglichkeit haben, den Hardware-Aufbau zu testen. Um später nicht immer als Superuser arbeiten zu müssen, nehmen Sie den Benutzer pi dazu in die Gruppe i2c auf. Um alle Änderungen zu aktivieren, starten Sie dann den RasPi neu (Listing 6, Zeile 1 bis 3). Vergessen Sie nicht, den I2C-Treiber vor den Tests auch zu laden (letzte Zeile). Die dabei auftretende Warnung dürfen Sie getrost ignorieren – den I2C-Bus 0 verwenden Sie nicht.

Listing 6

 

$ sudo apt-get install i2c-tools
$ sudo adduser pi i2c
$ sudo reboot
[...]
$ gpio load i2c

Damit liegen alle Voraussetzungen für einen ersten Test des Aufbaus vor. Hierbei tritt die Energiesparfunktion des AM2321 das erste Mal in Aktion: Beim ersten Aufruf von I2cdetect schläft der Sensor noch, merkt aber, dass er sich aktivieren soll. Beim zweiten Aufruf ist er dann betriebsbereit, legt sich aber anschließend sofort wieder schlafen. Das gilt es, im Hinterkopf zu behalten – sonst sucht man stundenlang vergeblich nach nicht vorhandenen Fehlern.

Beispielprogramm

Listing 7 zeigt ein einfaches Programm zum Auslesen des AM2321. Es stellt zunächst eine Verbindung zum I2C-Gerät an der Adresse 0x5Ch her. Die daraufhin folgende, etwas unschön wirkende Try-Catch-Zeile weckt den AM2321 auf (Zeile 15). Danach übergeben Sie ihm direkt die Byte-Sequenz für die Messung (Zeile 17).

Als Antwort erhalten Sie acht Bytes: Die ersten zwei beinhalten das gesendete Kommando und die Anzahl der Datenbytes, also immer 0x03 und 0x04. Danach folgen jeweils High- und Low-Byte der Luftfeuchtigkeit und der Temperatur. Die beiden letzten Bytes beinhalten eine CRC-Prüfsumme, die das Programm nicht weiter auswertet (Zeile 18). Nun setzt das Programm die Bytes wieder richtig zusammen, teilt sie durch 10, und schon lassen sich Luftfeuchtigkeit und Temperatur anzeigen (Zeile 19 bis 24).

Allerdings kann es vorkommen, dass sich der AM2321 trotz korrekten Weckens einfach noch einmal umdreht und weiterschläft. Das löst dann eine Exception aus (Zeile 26). Für diesen Fall gilt es, in einem laufenden Projekt entsprechende Vorkehrungen zu treffen. Um das Testprogramm zu kompilieren und zu starten, verwenden Sie wie in Listing 5 gezeigt das Tool Pi4j.

Listing 7

 

// AM2321.java
import com.pi4j.io.i2c.I2CBus;
import com.pi4j.io.i2c.I2CDevice;
import com.pi4j.io.i2c.I2CFactory;
public class AM2321 {
  private static final int i2cBus = 1;
  private static final int address = 0x5c;
  public static void main(String[] args)  {
    byte[] wb = new byte[] {(byte)0x03,(byte)0x00,(byte)0x04};
    byte[] rb = new byte[8];
    try {
      I2CBus bus=I2CFactory.getInstance(I2CBus.BUS_1);
      I2CDevice dev = bus.getDevice(address);
      // wecken
      try{dev.read();}catch(Exception e){Thread.sleep(100);};
      // messen
      dev.read(wb, 0, 3, rb, 0, 8);
      int crc = ((rb[6] & 0xff ) << 8) | rb[7] & 0xff;
      double hum = (((rb[2] & 0xff ) << 8) | rb[3] & 0xff);
      double temp = (((rb[4] & 0xff) << 8) | rb[5] & 0xff);
      hum=hum/10;
      temp=temp/10;
      System.out.println("Luftfeuchtigkeit:"+hum);
      System.out.println("Temperatur:"+temp);
    }
    catch(Exception e) {System.out.println(e.toString());}
  }
}

Listing 8

 

$ pi4j -c AM2321.java
+ javac -classpath '.:classes:*:classes:/opt/pi4j/lib/*' -d . AM2321.java
$ pi4j -r AM2321
+ sudo java -classpath '.:classes:*:classes:/opt/pi4j/lib/*' AM2321
Luftfeuchtigkeit:44.2
Temperatur:25.3

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