{"id":2053,"date":"2017-09-20T11:18:41","date_gmt":"2017-09-20T11:18:41","guid":{"rendered":"http:\/\/wp.andreas.bieri.name\/myblog\/?p=2053"},"modified":"2017-09-20T11:18:41","modified_gmt":"2017-09-20T11:18:41","slug":"pi-in-the-sky-telemetrie-daten-und-sensoren-ii","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/ec2-52-29-166-97.eu-central-1.compute.amazonaws.com\/myblog\/2017\/09\/20\/pi-in-the-sky-telemetrie-daten-und-sensoren-ii\/","title":{"rendered":"Pi in the Sky V: Telemetrie-Daten und Sensoren II"},"content":{"rendered":"<p>&nbsp;<\/p>\n<h4>Noch mehr Sensoren und Daten<\/h4>\n<p>(<a href=\"http:\/\/wp.andreas.bieri.name\/myblog\/index.php\/2016\/11\/20\/sdr-sharp-und-dl-fldigi-im-einsatz\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">Zum ersten Artikel der Serie<\/a>)<\/p>\n<p>Das Pi-in-the-Sky Ballontrackersystem (PITS) ist flexibel genug, auch andere Sensoren und Daten verarbeiten zu k\u00f6nnen. Mit etwas C\/C++ Kenntnissen und gesundem Menschenverstand bringt man das hin. In diesem Blog Beitrag m\u00f6chte ich einige Tips und Hilfen geben, wenn man einen neuen, dem PITS nicht bekannten Sensor anbinden will (siehe auch den 1. Artikel zum Thema <a href=\"http:\/\/wp.andreas.bieri.name\/myblog\/index.php\/2016\/12\/04\/pi-in-the-sky-telemetrie-i\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">hier<\/a>).<\/p>\n<p>Eine ganz andere Frage ist nat\u00fcrlich, die Messwerte korrekt zu erfassen.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h4>BME 280: Temperatur, Luftdruck\/H\u00f6he, Feuchtigkeit<\/h4>\n<p>Meinen PITS habe ich f\u00fcr den Sensor BME 280 von Bosch eingerichtet (der Sensor ist dem PITS im wesentlichen bekannt, siehe Teil <a href=\"http:\/\/wp.andreas.bieri.name\/myblog\/index.php\/2016\/12\/04\/pi-in-the-sky-telemetrie-i\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">Telemetrie Daten I<\/a>). Auf der PITS Platine gibt es praktischerwiese untendran einen Stecker f\u00fcr den I2C Bus (f\u00fcr ein 4-poliges Flachbandkabel):<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" class=\"wp-image-2944 aligncenter\" src=\"http:\/\/wp.andreas.bieri.name\/wp-content\/uploads\/2017\/07\/pits-i2c-bme280.jpg\" alt=\"\" width=\"743\" height=\"430\" srcset=\"http:\/\/ec2-52-29-166-97.eu-central-1.compute.amazonaws.com\/myblog\/wp-content\/uploads\/2017\/07\/pits-i2c-bme280.jpg 1715w, http:\/\/ec2-52-29-166-97.eu-central-1.compute.amazonaws.com\/myblog\/wp-content\/uploads\/2017\/07\/pits-i2c-bme280-300x174.jpg 300w, http:\/\/ec2-52-29-166-97.eu-central-1.compute.amazonaws.com\/myblog\/wp-content\/uploads\/2017\/07\/pits-i2c-bme280-768x444.jpg 768w, http:\/\/ec2-52-29-166-97.eu-central-1.compute.amazonaws.com\/myblog\/wp-content\/uploads\/2017\/07\/pits-i2c-bme280-1024x592.jpg 1024w\" sizes=\"(max-width: 743px) 100vw, 743px\" \/><\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h4>Tracker Beispiel mit diversen I2C Sensoren<\/h4>\n<p>In diesem sch\u00f6n handlich beschriebenen Tracker-Beispiel\u00a0<a href=\"http:\/\/www.projectedge.net\/tutorials\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">Project Edge\u00a0<\/a>werden eine ganze Reihe von I2C Sensoren angeschlosssen:<\/p>\n<ul>\n<li>LSM303DLHC Accelerometer\/Compass\/Magnetometer\/Thermometer<\/li>\n<li>Light Sensor TSL2561<\/li>\n<li>Altimeter\/Barometer\/Thermometer MPL3115A2<\/li>\n<\/ul>\n<p>Es fehlt noch der Code, der die Daten aus CSV Dateien liest und sendet. Ich w\u00fcrde das anders machen: n\u00e4mlich im PITS tracker Code einen zus\u00e4tzlichen &#8222;Handler&#8220; f\u00fcr diese Sensoren einschlaufen, der die Daten wenn gew\u00fcnscht in die Telemetrie einbaut und parallel in jedem Fall als CSV speichert. Bei jedem Sensor k\u00f6nnt man auch zentral im Code festlegen, ob seine Daten auch per Telemetrie \u00fcbertragen werden sollen.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h4>Schnelle\/Langsame Sensoren, Events z\u00e4hlen<\/h4>\n<p>Wie binden wir Sensoren ein, die schnell (nicht nur alle x Sekunden) oder nur langsam ausgelesen werden m\u00fcssen? Beispielsweise event-z\u00e4hlende Sensoren wie Geigerz\u00e4hler? Grunds\u00e4tzlich sollte man aus statistischen Gr\u00fcnden die Impulse von Geiger-Z\u00e4hlrohren l\u00e4ngerer Zeit aufzeichnen und nur die gemittelten Werte vergleichen. Diese Diskussion w\u00fcrde hier zu weit f\u00fchren. Es kann aber sein, dass die Messdaten weniger h\u00e4ufig aktualisiert werden als sie \u00fcbertragen werden. Und umgekehrt: bei der Bild\u00fcbertragung ber\u00fccksichtigt der PITS Code ja bereits, dass die Bild\u00fcbertragung l\u00e4nger dauert, als neue Bilder gemacht werden. Ausserdem wechslen sich Daten und Bilder bei der \u00dcbertragung ab.<\/p>\n<p>Man hat also ein zeitliches (Sende-) Ger\u00fcst vor sich, das man nicht beliebig auf die Sensoren abstimmen kann und sich auch laufend \u00e4ndern kann.<\/p>\n<p>Meine \u00dcberlegungen dazu:<\/p>\n<ul>\n<li>Der PITS Code ist bereits einigermassen komplex, da er schon viele Arbeiten erledigen muss: Bestimmung der Position, Abfragen der Messwerte, Speicherung in Dateien (telemetry.txt), \u00dcbermittlung per Funk (RTTY, APRS, LoRA parallel) mit zeitkritischen Abh\u00e4ngigkeiten<\/li>\n<li>Die Hauptschleife im PITS Code (tracker.c) und die einzelnen Threads der Sensoren sind mit blockierenden sleep Anweisungen programmiert.\u00a0Das kann nicht einfach beliebig beschleunigt werden<\/li>\n<li>Ausserhalb der Haupt-Schleife k\u00f6nnte mit einem Timer und Interrupt-gesteuert die Sensoren gelesen werden.\u00a0Dabei ist auf Konflikte (Sender-Timing!) zu achten, evtl. sind die Timer schon besetzt<\/li>\n<li>Ein Raspberry kann nicht wirklich rein mit Interrupts umgehen (die wiringPI\/GPIO Library beitet diese M\u00f6glichkeit aber)<\/li>\n<\/ul>\n<div class=\"hidden-sm hidden-xs\">Aus diesen \u00dcberlegungen k\u00f6nnte es eben sinnvoll sein, die Z\u00e4hlung einem Mikrocontroller zu \u00fcberlassen und von ihm nur die fertigen Messwerte abzuholen. \u00dcberlegen muss man sich auch, ob man die Messwerte unabh\u00e4ngig von der Telemetrie-Schleife abholen und speichern will, oder ob man es in diese komplizierte Schleife einflechten will. Dies macht f\u00fcr mich nur Sinn, wenn die Werte auch gefunkt werden sollen.<\/div>\n<div><\/div>\n<div class=\"hidden-sm hidden-xs\">Die Program-Struktur k\u00f6nnte dabei so aussehen:<\/div>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<div><strong>Seite Raspberry:<\/strong><\/div>\n<div>&#8211; man definiert GPIO Pins als Ausgang\/Eingang mit Interruptsteuerung (Anleitung bei der WiringPi\/GPIO Library)<\/div>\n<div>&#8211; in der Tracker-Hauptschleife klinkt man einen neuen &#8222;Handler&#8220; ein, der die momentan aktuellsten Messwerte zur\u00fcckgibt. Dies sind in Variablen mit Nummer und Zeitstempel bereits vorliegend. Damit wird &#8211; wenn angefordert &#8211; sofort ohne Warten die Telemetrie-Zeile gebaut und gesendet<\/div>\n<div>&#8211; der neue Handler beschafft sich auch regelm\u00e4ssig, z.B. jede Minute, neue Messwerte(*). Dazu\u00a0setzt er den GPIO Pin, wodurch per Interrrupt auf dem MC eine\u00a0neue Messung gestart wird. Er wartet das Ende der Messung aber nicht ab, sondern kehrt sofort ins Hauptprogramm zur\u00fcck<\/div>\n<div><\/div>\n<div><img loading=\"lazy\" class=\"wp-image-3176 aligncenter\" src=\"http:\/\/wp.andreas.bieri.name\/wp-content\/uploads\/2017\/09\/isr-polling.jpg\" alt=\"\" width=\"453\" height=\"271\" srcset=\"http:\/\/ec2-52-29-166-97.eu-central-1.compute.amazonaws.com\/myblog\/wp-content\/uploads\/2017\/09\/isr-polling.jpg 1753w, http:\/\/ec2-52-29-166-97.eu-central-1.compute.amazonaws.com\/myblog\/wp-content\/uploads\/2017\/09\/isr-polling-300x179.jpg 300w, http:\/\/ec2-52-29-166-97.eu-central-1.compute.amazonaws.com\/myblog\/wp-content\/uploads\/2017\/09\/isr-polling-768x459.jpg 768w, http:\/\/ec2-52-29-166-97.eu-central-1.compute.amazonaws.com\/myblog\/wp-content\/uploads\/2017\/09\/isr-polling-1024x612.jpg 1024w\" sizes=\"(max-width: 453px) 100vw, 453px\" \/><\/div>\n<div><\/div>\n<div>&#8211; der MC signalisiert das Ende der Messung per GPIO Pin, wodurch auf dem Pi eine weitere Interrrupt-Routine aktiviert wird. Diese holt nun vom MC den neusten Messwert ab und speichert ihn mit der n\u00e4chsten Nummer und Zeitstempel ab. Der MC kann auch ein Flag f\u00fchren, dass der Wert abgeholt worden ist &#8211; so gibt es sicher keine Dubletten<\/div>\n<div>(*) so wird auch die Pi Kamera angesteuert, z.B. ein Bild jede 60s, unabh\u00e4ngig von der Senderei<\/div>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<div><strong>Seite MC:<\/strong><\/div>\n<div>&#8211; wartet auf eine GPIO-Signal vom Raspberry<\/div>\n<div>&#8211; beim Eintreffen wird die eigentliche Messung als Interruptroutine aktiviert und nach Ablauf der Messzeit wieder deaktiviert.\u00a0Danach wird Zeit und Messwert in Variablen weggespeichert und dem Pi mittels GPIO-Pin signalisiert, dass der neue Messwert abgeholt werden kann<\/div>\n<div>&#8211; die eigentliche Mess-Interruptroutine besteht nur daraus, einen Z\u00e4hler bei Eintreffen der Impulse vom Geiger-Z\u00e4hlrohr zu erh\u00f6hen<\/div>\n<div>\n<p>Evtl. macht etwas analog-elektronisches Sinn. Geiger Z\u00e4hler brauchen eine gewisse <a href=\"https:\/\/www.aatis.de\/content\/bausatz\/AS622_Geigerz%C3%A4hler\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">Ansteuerelektonik<\/a>, dort k\u00f6nnte man auch die Events korrekt erfassen (Schmitt-Trigger) und mit einem Mikrontroller z\u00e4hlen. \u00a0Da gibt es auch fertige Module (<a href=\"https:\/\/www.sparkfun.com\/products\/14209\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">Sparkfun Strahlungssensor<\/a>):<br \/>\n<em>&#8222;The Type 5 Pocket Geiger Radiation Sensor from Radiation Watch is a highly sensitive radiation sensor designed for the embedded systems market. Capable of detecting Gamma and Beta radiation, this sensor has a simple pulsed output that can be used with any microcontroller&#8220;<\/em><\/p>\n<p>Siehe auch die <a href=\"http:\/\/myscope.net\/geigerzaehler\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">deutsche Bausatzbeschreibung<\/a> zum Mighty Ohm Bausatz:<br \/>\n<em>&#8222;Der Bausatz kann sowohl \u00fcber den \u201ePuls\u201c-Ausgang (J6) als auch \u00fcber die serielle Schnittstelle \u201eSerial\u201c (J7) an den GPIO-Anschluss eines Raspberry Pi angeschlossen werden. Wesentlich leichter und praktischer ist die Verbindung des Geigerz\u00e4hlers \u00fcber die serielle Schnittstelle, weil hier die Messdaten bereits in normierte Strahlungswerte umgerechnet ausgegeben werden.&#8220;<\/em><\/p>\n<\/div>\n<div>Der <a href=\"http:\/\/mightyohm.com\/blog\/products\/geiger-counter\/source-code\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">Code dazu<\/a> ist Opensource und wartet nur auf die Pl\u00fcnderung \ud83d\ude42<\/div>\n<div class=\"description\">\n<hr \/>\n<h4>Referenz: Elektor<\/h4>\n<ul>\n<li>Sensoren f\u00fcr Arduino und Co. (3), Elektor 2017\/1 pp. 74-79 f\u00fcr DS18B20, DHT11, IR<\/li>\n<li>Sensoren f\u00fcr Arduino und Co. (2), Elektor 2016\/12 pp. 33-39 Sensoren mit Komparator<\/li>\n<li>Sensoren f\u00fcr Arduino und Co. (1), Elektor 2016\/11 pp. 46-54 Kit 35 Sensoren<\/li>\n<\/ul>\n<p><strong>Andere Referenzen<\/strong><\/p>\n<ul>\n<li><a href=\"https:\/\/www.cooking-hacks.com\/documentation\/tutorials\/geiger-counter-radiation-sensor-board-arduino-raspberry-pi-tutorial\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">Cooking Hacks &#8211; Libelium Modul, Code f\u00fcr Pi und Arduino<\/a><\/li>\n<li><a href=\"http:\/\/thepiandi.blogspot.ch\/2016\/03\/interrupts-and-arduino-uno.html\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">Interrupts and the Arduino Uno<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<hr \/>\n<p><em>Update 20170904\/20170901\/20171003<\/em><\/p>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>&nbsp; Noch mehr Sensoren und Daten (Zum ersten Artikel der Serie) Das Pi-in-the-Sky Ballontrackersystem (PITS) ist flexibel genug, auch andere Sensoren und Daten verarbeiten zu k\u00f6nnen. Mit etwas C\/C++ Kenntnissen und gesundem Menschenverstand bringt man das hin. 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