I2C für analoge Sensoren mit dem ADS1115

Hallo zusammen,

heute möchte ich Ihnen kurz die Verwendung unseres ADS1115-Moduls zeigen. Für Arduino-Einsteiger bietet dieses Modul kaum einen Mehrwert. Benötigt man für sein Projekt mehr analoge Pins lohnt sich meist der Umstieg auf den nächst größeren Controller, der MEGA bietet Beispielsweise 16 analoge Eingänge. Wer für ein Projekt mehr als 16 analoge Pins benötigt gilt meistens nicht mehr als Anfänger :)

Für fortgeschrittene Benutzer lässt sich die Funktionalität des Moduls in einem kurzen Satz beschreiben: Ein 16-bit ADC mit PGA und I2C-Interface für bis zu 860/s.

Einsteigern möchte ich heute kurz die Funktionsweise des Moduls erklären und ein Anwendungsbeispiel zur Hand geben.

Was ist ein ADC?

ADC steht für AnalogDigitalConverter, auch A/D-Wandler oder Umsetzer genannt. Dieser ermöglicht es analoge Signale zu digitalen Signalen umzuwandeln. A/D-Umsetzer sind im Bereich der Elektronik unverzichtbar und so gut wie in jedem Elektrogerät vorhanden, so auch in Arduinos. Das Gegenstück hierzu wird DAU genannt. Es gibt viele Arten analoge Signale in digitale umzuwandeln, je nach tiefe handelt es sich dabei um sehr komplexe Prozesse und so sind diese Verfahren bis zum heutigen Tag noch immer Thema aktueller Forschungen im Bereich Elektrotechnik und Informatik.

Auflösung und Sample Rate

Für den Hobbybereich gibt es zwei relevante Werte um mit den Modulen arbeiten zu können, die Auflösung und die Abtastrate. Die Abtastrate bestimmt, wieviele Veränderungen des Signals erfasst werden können. Im Prinzip also der horizontale Abstand der gepunkteten Linien unten im Bild:

Die Auflösung kann als Anzahl möglicher Stufen verstanden werden und ist in der nächsten Abbildung als vertikaler Abstand der horizontalen Linien zu verstehen (x).

Was ist ein PGA?

PGA steht für Programmable Gain Amplifier was übersetzt soviel wie "programmierbarer Verstärker" heißt. Diese dienen primär als Operationsverstärker in der Messtechnik, wir verwenden diese Funktion des ADUs auf unseren Modulen nur recht selten, da unsere analogen Sensoren "out-of-the-box" für unsere Mikrocontroller lesbare Werte liefern.

Wieso I2C?

Über das I2C-Interface ist eine Kommunikation zwischen dem Modul (auch mehreren Modulen) und Mikrocontrollern mit nur zwei Datenleitungen möglich. Der Umgang mit dem I2C-Bus ist vor allem für Einsteiger empfehlenswert wenn auch nicht mehr Stand der Technik. Alle gängigen Mikrocontroller können über dieses Protokoll kommunizieren und der Umgang der Sensoren auf Modul-Ebene (mit Library) ist besonders leicht zu erlernen. Für fortgeschrittene Benutzer sei an der Stelle die alternativen I2S und CAN genannt. 

Die Verdrahtung:

Der heutige Versuchsaufbau wurde höchst konservativ gewählt:

Welche Library?

Da das Layout unseres ADS1115 zum Großteil mit dem Adafruit-Layout identisch ist können wir diese Library uneingeschränkt und ohne Anpassungen nutzen. Diese steht im Library-Manager der Arduino-IDE zur Verfügung:

Die oben zu sehende Library unterstütz auch die ADS1117 Module an unseren Arduinos sowie ESP8266-Boards.

Hier der Code:

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_ADS1015.h>

Adafruit_ADS1115 ads;


void setup(void) 
{
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Hello!");
  Serial.println("Getting single-ended readings from AIN0..3");
  Serial.println("ADC Range: +/- 6.144V (1 bit = 0.1875mV/ADS1115)");
  
  ads.begin();
}


void loop(void) 
{
  int16_t adc0, adc1, adc2, adc3;

  adc0 = ads.readADC_SingleEnded(0);
 // adc1 = ads.readADC_SingleEnded(1);
 // adc2 = ads.readADC_SingleEnded(2);
 // adc3 = ads.readADC_SingleEnded(3);
  Serial.print("AIN0: "); Serial.println(adc0);
 // Serial.print("AIN1: "); Serial.println(adc1);
 // Serial.print("AIN2: "); Serial.println(adc2);
 // Serial.print("AIN3: "); Serial.println(adc3);
  Serial.println(" ");
  
  delay(1000);
}

Dieser wurde von uns am Nano, UNO und MEGA sowie auf unseren D1, Amica und LoLin Boards mit ESP8266-12E/F getestet, er sollte jedoch auch auf den ESP8266-01 funktionieren.

Bis zum nächsten Beitrag :)