Sensoren via I2C

Het meetstation begint bij de sensor. De SHT31 meet temperatuur en relatieve luchtvochtigheid nauwkeurig en praat via I2C: een bus met twee draden waarop meerdere apparaten kunnen zitten, elk met een eigen adres. In les 5 zet je het scherm op dezelfde bus.

Aansluiten

Gebruik 3,3 V, niet 5 V: de ESP32-pinnen zijn niet 5V-tolerant. De meeste breakoutbordjes hebben al pull-up-weerstanden op SDA en SCL.

De bus scannen

from machine import I2C, Pin
i2c = I2C(0, scl=Pin(22), sda=Pin(21), freq=100_000)
print([hex(a) for a in i2c.scan()])

Voorspel eerst: welk adres verwacht je, en wat zie je als een draad los zit?

Het datasheet lezen

Voor één meting (single shot, high repeatability) zegt het datasheet van de SHT31:

1. Stuur het commando 0x24 0x00.
2. Wacht minstens 15 ms.
3. Lees 6 bytes: temperatuur (2 bytes + CRC), vochtigheid (2 bytes + CRC).
4. Reken om: T = -45 + 175 × raw / 65535 °C en RH = 100 × raw / 65535 %.

Een driver

lib/sensor.py:

import time
from micropython import const

_ADRES = const(0x44)

def _crc8(data):
    crc = 0xFF
    for b in data:
        crc ^= b
        for _ in range(8):
            crc = ((crc << 1) ^ 0x31) & 0xFF if crc & 0x80 else (crc << 1) & 0xFF
    return crc

class SensorFout(Exception):
    pass

class SHT31:
    def __init__(self, i2c, adres=_ADRES):
        self.i2c = i2c
        self.adres = adres
        if adres not in i2c.scan():
            raise SensorFout("SHT31 niet gevonden op 0x%02x" % adres)

    def lees(self):
        self.i2c.writeto(self.adres, b"\x24\x00")
        time.sleep_ms(16)
        d = self.i2c.readfrom(self.adres, 6)
        if _crc8(d[0:2]) != d[2] or _crc8(d[3:5]) != d[5]:
            raise SensorFout("CRC klopt niet")
        t_raw = d[0] << 8 | d[1]
        rh_raw = d[3] << 8 | d[4]
        temp = -45 + 175 * t_raw / 65535
        rv = 100 * rh_raw / 65535
        return temp, rv

Gebruik:

from machine import I2C, Pin
from sensor import SHT31
s = SHT31(I2C(0, scl=Pin(22), sda=Pin(21)))
print("%.2f °C  %.1f %%" % s.lees())

De CRC (een controlegetal) vangt bitfouten op door storing of lange draden. Een driver zonder CRC-controle geeft bij storing stilletjes rare waarden, bijvoorbeeld 130 °C.

Fouten afhandelen

I2C kan OSError: [Errno 19] ENODEV of ETIMEDOUT geven als de sensor even niet antwoordt. In main.py:

try:
    temp, rv = s.lees()
except (OSError, SensorFout) as e:
    print("meting mislukt:", e)
    temp = rv = None

Een meetstation dat bij één mislukte meting crasht, is niet bruikbaar. In les 16 bouw je hier een volledig herstelpad omheen.

Typische fouten

• OSError: [Errno 19] ENODEV: niets op dat adres; bedrading of verkeerd adres.
• Temperatuur te hoog: de sensor zit vlak naast de ESP32, die warm wordt. Zet hem een paar centimeter verder, of aan een kabel.
• Andere pinnen: niet elk bord gebruikt 21/22 voor I2C. Elke GPIO met invoer/uitvoer kan; geef ze op bij I2C(...).

Oefenen

import time
from machine import I2C, Pin
from sensor import SHT31
s = SHT31(I2C(0, scl=Pin(22), sda=Pin(21)))
while True:
    t, rv = s.lees()
    print("%.2f °C  %.1f %%" % (t, rv))
    time.sleep(2)

Lokaal oefenen

Geen live lab: je hebt de echte sensor nodig. Heb je nog geen sensor, schrijf dan een NepSensor-klasse met dezelfde lees()-methode die willekeurige waarden geeft, zodat je verder kunt.

Samenvatting

• I2C: twee draden, apparaten met een adres; altijd 3,3 V.
• scan() is je eerste diagnose: leeg = bedrading.
• Een eigen driver uit het datasheet: commando, wachten, lezen, omrekenen, CRC.
• Vang sensorfouten op; één mislukte meting mag niet crashen.
• Volgende les: meten, filteren en kalibreren.