Работа с DS1307 RTC модул, MicroPython и ESP32

Работа с DS1307 RTC модул, MicroPython и ESP32

Въведение

Модулът DS1307 RTC (Real-Time Clock) е популярен и достъпен чип за управление на време и дата. Той поддържа данни за секунди, минути, часове, дни, месеци и години, включително високосни години. Основното му предимство е, че разполага с батерия на борда, която запазва точността на времето дори при изключено захранване.

Освен че предоставя основна функционалност на часовник, модулът DS1307 е оборудван и с EEPROM AT24C32, което позволява съхранение на до 4KB данни (32 байта на страница). Това го прави идеален за data logger за приложения, особено в комбинация с температурни сензори като DS18B20, за който също има място на борда. Наличието на EEPROM и място за свързване на температурен сензор разширява възможностите за събиране и записване на данни, правейки този модул подходящ за различни IoT проекти.

RTC DS1307, EEPROM AT24C32, DS18B20
RTC DS1307, EEPROM AT24C32, DS18B20

Използвани библиотеки

За работа с DS1307 и EEPROM ще използваме MicroPython и ESP32, като за примерите в тази статия ще използваме ESP32 C3 Super Mini. В тази статия ще разгледаме частта с RTC модула а в следващата и частта с EEPROM.

Библиотеката RTC DS1307 е предоставена и разработена от Mike Causer: GitHub.

Библиотека за RTC DS1307.

"""
MicroPython TinyRTC I2C Module, DS1307 RTC + AT24C32N EEPROM
https://github.com/mcauser/micropython-tinyrtc-i2c

MIT License
Copyright (c) 2018 Mike Causer

Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy
of this software and associated documentation files (the "Software"), to deal
in the Software without restriction, including without limitation the rights
to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell
copies of the Software, and to permit persons to whom the Software is
furnished to do so, subject to the following conditions:

The above copyright notice and this permission notice shall be included in all
copies or substantial portions of the Software.

THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE
AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,
OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
SOFTWARE.

BCD Format:
https://en.wikipedia.org/wiki/Binary-coded_decimal
"""

from micropython import const

DATETIME_REG = const(0) # 0x00-0x06
CHIP_HALT    = const(128)
CONTROL_REG  = const(7) # 0x07
RAM_REG      = const(8) # 0x08-0x3F

class DS1307(object):
    """Driver for the DS1307 RTC."""
    def __init__(self, i2c, addr=0x68):
        self.i2c = i2c
        self.addr = addr
        self.weekday_start = 1
        self._halt = False

    def _dec2bcd(self, value):
        """Convert decimal to binary coded decimal (BCD) format"""
        return (value // 10) << 4 | (value % 10)

    def _bcd2dec(self, value):
        """Convert binary coded decimal (BCD) format to decimal"""
        return ((value >> 4) * 10) + (value & 0x0F)

    def datetime(self, datetime=None):
        """Get or set datetime"""
        if datetime is None:
            buf = self.i2c.readfrom_mem(self.addr, DATETIME_REG, 7)
            return (
                self._bcd2dec(buf[6]) + 2000, # year
                self._bcd2dec(buf[5]), # month
                self._bcd2dec(buf[4]), # day
                self._bcd2dec(buf[3] - self.weekday_start), # weekday
                self._bcd2dec(buf[2]), # hour
                self._bcd2dec(buf[1]), # minute
                self._bcd2dec(buf[0] & 0x7F), # second
                0 # subseconds
            )
        buf = bytearray(7)
        buf[0] = self._dec2bcd(datetime[6]) & 0x7F # second, msb = CH, 1=halt, 0=go
        buf[1] = self._dec2bcd(datetime[5]) # minute
        buf[2] = self._dec2bcd(datetime[4]) # hour
        buf[3] = self._dec2bcd(datetime[3] + self.weekday_start) # weekday
        buf[4] = self._dec2bcd(datetime[2]) # day
        buf[5] = self._dec2bcd(datetime[1]) # month
        buf[6] = self._dec2bcd(datetime[0] - 2000) # year
        if (self._halt):
            buf[0] |= (1 << 7)
        self.i2c.writeto_mem(self.addr, DATETIME_REG, buf)

    def halt(self, val=None):
        """Power up, power down or check status"""
        if val is None:
            return self._halt
        reg = self.i2c.readfrom_mem(self.addr, DATETIME_REG, 1)[0]
        if val:
            reg |= CHIP_HALT
        else:
            reg &= ~CHIP_HALT
        self._halt = bool(val)
        self.i2c.writeto_mem(self.addr, DATETIME_REG, bytearray([reg]))

    def square_wave(self, sqw=0, out=0):
        """Output square wave on pin SQ at 1Hz, 4.096kHz, 8.192kHz or 32.768kHz,
        or disable the oscillator and output logic level high/low."""
        rs0 = 1 if sqw == 4 or sqw == 32 else 0
        rs1 = 1 if sqw == 8 or sqw == 32 else 0
        out = 1 if out > 0 else 0
        sqw = 1 if sqw > 0 else 0
        reg = rs0 | rs1 << 1 | sqw << 4 | out << 7
        self.i2c.writeto_mem(self.addr, CONTROL_REG, bytearray([reg]))

Код за сверяване на RTC часовника с MicroPython и ESP32

След поставянето на батерията (CR2032) и свързването на RTC модула към ESP32 е време да сверим часовника. Този код ще ви помогне да зададете текущата дата и час на модула DS1307.

from machine import I2C, Pin
import time
from ds1307 import DS1307

# Инициализиране на I2C интерфейса
i2c = I2C(0, scl=Pin(7), sda=Pin(6), freq=100000)

rtc = DS1307(i2c)

# Задаване на дата и час: (година, месец, ден, ден от седмицата, час, минути, секунди, субсекунди)
rtc.datetime((2024, 10, 6, 3, 0, 11, 25, 0))  # Задава на 6 октомври 2024, 11:25:00
print("Дата и час зададени успешно.")

Обяснение на кода:

Библиотеки, използвани в кода:

from machine import I2C, Pin
import time
from ds1307 import DS1307
  • machine: Предоставя контрол върху хардуерните функции на ESP32, включително I2C интерфейса и GPIO пиновете.
  • time: Стандартна MicroPython библиотека за работа със закъснения и измерване на време.
  • ds1307: Библиотека, специално създадена за работа с модула DS1307 RTC. Тя осигурява методи за настройка и четене на текуща дата и час от RTC чипа.

Инициализация на I2C интерфейс:

i2c = I2C(0, scl=Pin(7), sda=Pin(6), freq=100000)

Тук задаваме I2C комуникация с ESP32, като използваме пинове 7 (SCL) и 6 (SDA) с честота на комуникацията от 100kHz. Това е необходимо за връзката с модула DS1307.

Инициализация на DS1307 RTC:

rtc = DS1307(i2c)

Създаваме обект rtc, който ще комуникира с модула DS1307 чрез I2C интерфейса.

Задаване на дата и час:

rtc.datetime((2024, 10, 6, 3, 0, 11, 25, 0))

Тук настройваме текущата дата и час: 6 октомври 2024 година, 11:25:00. Форматът е (година, месец, ден, ден от седмицата, час, минути, секунди, субсекунди). Денят от седмицата (3) отговаря на сряда (неделя = 0, понеделник = 1 и т.н.).

Потвърждение:

print("Дата и час зададени успешно.")

Тази команда изписва съобщение в конзолата, че настройката е завършена успешно.ове 7 (SCL) и 6 (SDA) с честота от 400kHz. Това е необходимо за връзката с модула DS1307.


Код за изчитане на текущото време от RTC с MicroPython и ESP32

Този примерен код ще ви покаже как да четете текущата дата и час от DS1307 в реално време.

from machine import I2C, Pin
import time
from ds1307 import DS1307

# Инициализиране на I2C интерфейса
i2c = I2C(0, scl=Pin(7), sda=Pin(6), freq=100000)

rtc = DS1307(i2c)

current_time = rtc.datetime()
print("Текуща дата и час:")
print("Година:", current_time[0])
print("Месец:", current_time[1])
print("Ден:", current_time[2])
print("Час:", current_time[4])
print("Минути:", current_time[5])
print("Секунди:", current_time[6])

while True:
    current_time = rtc.datetime()
    print(f"{current_time[2]:02}.{current_time[1]:02}.{current_time[0]} - {current_time[4]:02}:{current_time[5]:02}:{current_time[6]:02}")
    time.sleep(1)

Обяснение на кода:

Използвани библиотеки:

from machine import I2C, Pin
import time
from ds1307 import DS1307
  • machine: Тази библиотека предоставя достъп до хардуерни функции на микроконтролера, като I2C, SPI и GPIO. Използваме я, за да инициализираме I2C интерфейса.
  • time: Стандартна библиотека за работа със закъснения и управление на времето.
  • ds1307: Библиотека за управление на RTC (Real Time Clock) чип DS1307. Тя позволява да се четат и задават дата и час.

Инициализация на I2C интерфейса:

i2c = I2C(0, scl=Pin(7), sda=Pin(6), freq=100000)

Тук настройваме I2C интерфейса, използвайки пинове SCL (7) и SDA (6) с честота на комуникацията от 100 kHz.

Създаване на обект за DS1307:

rtc = DS1307(i2c)

Създаваме обект rtc, който ще комуникира с модула DS1307 чрез I2C интерфейса.

Четене и извеждане на текуща дата и час:

current_time = rtc.datetime()
print("Текуща дата и час:")
print("Година:", current_time[0])
print("Месец:", current_time[1])
print("Ден:", current_time[2])
print("Час:", current_time[4])
print("Минути:", current_time[5])
print("Секунди:", current_time[6])

Постоянно актуализиране на времето:

while True:
    current_time = rtc.datetime()
    print(f"{current_time[2]:02}.{current_time[1]:02}.{current_time[0]} - {current_time[4]:02}:{current_time[5]:02}:{current_time[6]:02}")
    time.sleep(1)

Този безкраен цикъл обновява времето всяка секунда и го извежда във формат дд.мм.гггг - чч:мм:сс.


Заключение

Модулът DS1307 RTC е полезен инструмент за проекти, които изискват точно време и съхранение на данни. В тази статия разгледахме как да зададем и четем час с помощта на MicroPython и ESP32. В следващата част ще се фокусираме върху това как да използваме вградения EEPROM за съхранение на данни и как да интегрираме температурен сензор DS18B20 за събиране на данни в реално време.

Translate »