senseBox I2C-Multiplexer

Bei der I2C Schnittstelle kann es vorkommen, dass zwei oder mehrere Geräte die gleiche Adresse nutzen. Auch wenn man zwei gleiche Sensoren nutzen möchte, tritt dieses Problem auf. Hierbei hilft ein sogenannter Multiplexer. Angeschlossen wird er ebenfalls an den I2C Anschluss vom Controller. Danach sendet man an seine Adresse (0x77) einen Befehl mit einer Kanalnummer von 0-7 (entspricht der Nummerierung 1-8 auf dem Multiplex), mit der man kommunizieren möchte. Alle weiteren Befehle werden danach an den entsprechenden Kanal umgeleitet. Im Folgenden ein Beispiel für die Implementierung von drei HDC1080 Sensoren aus der senseBox Baureihe.

Aufbau

Zunächst wird der I2C-Multiplexer mit einem JST-JST Kabel an einen der I2C/Wire Ports der MCU angeschlossen. Die Temperatursensoren wiederum werden mit den Anschlüssen 1, 2 und 3 vom I2C-Multiplexer (entspricht den Kanälen 0, 1 und 2) verbunden.

Programmierung

Der senseBox I2C-Multiplexer basiert auf dem TCA9548A von Texas Instruments, welcher bereits Bestandteil vieler Tutorials aus der Community geworden ist. Mit dem folgenden Beispielcode von Retians Blog könnt ihr den Multiplexer testen und überprüfen, an welchen Kanälen etwas angeschlossen ist:

https://arduino-projekte.webnode.at/_files/200002383-38c7539c19/TCA9548A_Scanner.ino.txt

Nutze den senseBox - Code Editor oder die Arduino IDE, um die Programmierung für dieses Projekt durchzuführen.

Für die Implementierung des o.g. Beispiels binden wir zuerst die benötigten Bibliotheken ein. Wire.h für die I2C Funktionalität und SenseBoxMCU.h für die Funktionen des Sensors.

#include <Wire.h>
#include <SenseBoxMCU.h>

Nun definieren wir die Adresse des Multiplexers und eine Liste von Kanälen, an denen die Sensoren angeschlossen sind.

byte multiplexAddress = 0x77;
byte channels[] = {0,1,2};

Für den Sensor erzeugen wir ein Objekt und starten dessen Instanz hinter der seriellen Verbindung in der Setup-Funktion.

HDC1080 hdc;

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    hdc.begin();
}

In der Endlosschleife werden mit Hilfe einer for-Schleife die Kanäle fortlaufend gewechselt. Für jeden Kanal wird der Multiplexer über seine Adresse angesprochen. Dann übergeben wir lediglich die Nummer des Kanals an den alle Folgebefehle gesendet werden. Das geschieht so lange bis ein neuer Kanal kommuniziert wird.

for (int i = 0; i < (sizeof(channels)/sizeof(channels[0])); i++){
   Wire.beginTransmission(multiplexAddress);
   Wire.write(1 << channels[i]);
   Wire.endTransmission();

   Serial.print(channels[i]);
   Serial.print(F(". channel temperature: "));
   Serial.println(hdc.getTemperature());
}

Nun lassen sich die Sensoren einzeln auslesen. Man erkennt dabei minimale Abweichungen unter den baugleichen Sensoren:

0. channel temperature: 21.96
1. channel temperature: 22.09
2. channel temperature: 22.14

Äquivalent lässt sich jedes I2C Gerät mehrfach mit dem Multiplexer nutzen. Falls mehr als acht Geräte mit gleicher Kennung parallel betrieben werden sollen, lässt sich die Adressierung vom Multiplexer anhand der drei Lötstellen auf seiner Rückseite und der folgenden Tabelle aus seinem Datenblatt anpassen:

Hervorgehoben in der Tabelle wurde die Standardeinstellung mit der Adressierung 0x77.