【瑞萨RA6E2】Home Assistant物联网 ADC 温度计

本文介绍了瑞萨 RA-Eco-RA6E2-64PIN-V1.0 开发板由 ADC 采集芯片温度和电压数据，通过串口发送数据至 ATK D20 WiFi 模块，ATK-D20 模块将 MQTT 消息透传至 Home Assistant 平台，实现 HA 物联网温度计的项目设计。

项目介绍

瑞萨 RA6E2 Eco 开发板结合 ADC 温度传感器和 ATK-D20 模块实现物联网温度计的项目设计。

项目结构

项目内容

• 硬件连接：RA6E2开发板和 ATK-D20 WiFi 模块的接线；
• 流程图：代码和项目流程；
• 工程代码：ADC 配置和主程序；
• MQTT透传：包括 ATK-D20 模块 MQTT 透传配置、软件测试等；
• 效果演示：包括接入 Home Assistant 平台、YAML 配置等。

硬件连接

连接方案

• 连接 ATK-D20 模块

实物连接

流程图

工程创建

• 打开 e^2^ studio 软件；
• 依次点击 文件 - 新建 - 瑞萨 C/C++ 项目 - Renesas RA ；
• 依次进行工程命名，路径设置，FSP版本，目标开发板选择，Device 选择 R7FA6E2BB3CFM ，工具链选择 GNU ARM Embedded ，调试器选择 J-Link ；
• 完成工程创建 ；

串口配置

• 进入 FSP 配置界面，打开 Pins 标签页，根据原理图或开发板丝印，将 P109 和 P110 引脚分别配置为 TXD9 和 RXD9 串口模式；

  

• 新建串口通信堆栈 New Stack - Connectivity - UART (r_sci_uart) ；

• 串口属性配置

  

• 进入 BSP 标签页，配置 RA Common 属性

  

ADC 配置

• 进入 Stacks 堆栈标签页，新建 ADC 堆栈 New Stack - Analog - ADC (r_adc) ；
• 选中 ADC 堆栈，进入属性选项；
• Input 选项下勾选 Channel 0 和 Temperature Sensor 选项；
• 中断配置 - Interrupts - Callback 值修改为 adc_callback - 优先级设置为 Priority 2 ；
• 引脚 Pins 开启 AN000 对应 P000 引脚；

• 配置完成后，点击 Generate Project Content 按钮，生成工程代码；
• 右键项目，构建工程，确保 0 报错。

代码

在左侧的项目目录中，打开 src/hal_entry.c 文件，添加如下关键代码

#include "hal_data.h"
#include <stdio.h>

fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;
volatile bool uart_send_complete_flag = false;
void user_uart_callback (uart_callback_args_t * p_args)
{
    if(p_args->event == UART_EVENT_TX_COMPLETE)
    {
        uart_send_complete_flag = true;
    }
}

/*------------- UART redirection printf -------------*/
#ifdef __GNUC__
    #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else

#endif

PUTCHAR_PROTOTYPE
{
        err = R_SCI_UART_Write(&g_uart9_ctrl, (uint8_t *)&ch, 1);
        if(FSP_SUCCESS != err) __BKPT();
        while(uart_send_complete_flag == false){}
        uart_send_complete_flag = false;
        return ch;
}

int _write(int fd,char *pBuffer,int size)
{
    for(int i=0;i<size;i++)
    {
        __io_putchar(*pBuffer++);
    }
    return size;
}

/*------------- ADC callback -------------*/
volatile bool scan_complete_flag = false;
void adc_callback (adc_callback_args_t * p_args)
{
    FSP_PARAMETER_NOT_USED(p_args);
    scan_complete_flag = true;
}

/* 全局：125 ℃ 校准值 */
static int16_t g_cal125 = 0;

/***************
 * main()
****************/
void hal_entry(void)
{
    /* TODO: add your own code here */
    /* Open the transfer instance with initial configuration. */
    err = R_SCI_UART_Open(&g_uart9_ctrl, &g_uart9_cfg);
    assert(FSP_SUCCESS == err);

    /* Initializes the module. */
    err = R_ADC_Open(&g_adc0_ctrl, &g_adc0_cfg);
    /* Handle any errors. This function should be defined by the user. */
    assert(FSP_SUCCESS == err);

    /* Enable channels. */
    err = R_ADC_ScanCfg(&g_adc0_ctrl, &g_adc0_channel_cfg);
    assert(FSP_SUCCESS == err);
    //adc_tsn_init();       /* FSP 生成的 ADC0 初始化 */
    g_cal125 = *(volatile uint16_t *)0x010090E0u;

    while(1)
    {
        uint16_t adc_raw=0;
        uint16_t traw = 0;//tsn_read_raw();
        /* Enable scan triggering from ELC events. */
        (void) R_ADC_ScanStart(&g_adc0_ctrl);
        scan_complete_flag = false;
        while (!scan_complete_flag)
        {
            /* Wait for callback to set flag. */
        }

        err = R_ADC_Read(&g_adc0_ctrl, ADC_CHANNEL_0, &adc_raw);
        assert(FSP_SUCCESS == err);

        err = R_ADC_Read(&g_adc0_ctrl, ADC_CHANNEL_TEMPERATURE, &traw);
        assert(FSP_SUCCESS == err);

        float volt = (double)(adc_raw/4095.0)*3.3;            // define voltage formula
        float temp = (float)((int16_t)traw - g_cal125) * 0.1f - 127.0f; // temperature
        //printf("P000(AN0)=%d, Voltage(V)=%.3f, CPU Temp(C): %.2f\r\n",adc_raw,volt,temp); // print text
        printf("{\"adc\": %u, \"volt\": %.3f, \"temp\": %.2f}\r\n", adc_raw, volt, temp); // JSON MQTT payload
        R_BSP_SoftwareDelay (1000, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);
    }
#if BSP_TZ_SECURE_BUILD
    /* Enter non-secure code */
    R_BSP_NonSecureEnter();
#endif
}

保存文件，右键项目 - 构建程序；

右键项目 - 调试项目 - 上传固件至开发板。

测试效果

• TypeC - USB 数据线连接开发板串口和电脑；
• 打开串口调试助手，配置对应的波特率等参数；
• 打开串口，即可接收芯片发送的 JSON 报文

格式为

{"adc": 2307, "volt": 1.859, "temp": 26.00}

包括 ADC 数值、ADC 电压转换值、ADC 温度值。

ATK D20

这里使用 ATK-D20 WiFi DTU 模块实现串口 MQTT 透传。

ATK-D20 是由正点原子团队（ALIENTEK）自主研发的一款高性能 2.4GHz WiFi DTU 模块，主要用于实现串口设备通过 WiFi 无线方式接入网络。

• 模块支持 TCP、UDP、HTTP、MQTT、原子云等多种通信协议，支持 AT 指令控制、注册包、心跳包、Modbus 采集等功能，极大地方便了二次开发与系统集成。

详见：D20 WiFi DTU | 文档 .

MQTT 配置

• 检查硬件连接，打开 ATK-D2x 配置软件，打开串口；
• 进入左侧 模式配置 界面，工作模式选择 MQTT；
• 填写 MQTT 服务器用户名、密码、ip地址、订阅主题、发送主题等信息；
• 点击上方 保存所有参数 按钮，此时上位机自动发送 AT 指令，完成 MQTT 配置并自动重启；

详见：正点原子 D20 WiFi 模块 .

MQTTX

使用 MQTTX 软件测试串口透传与服务器转发。

• 打开 MQTTX 软件，新建连接；
• 填写 MQTT 服务器地址、用户名信息等，点击 Connect 按钮；
• 新建订阅主题，输入 ATK-D20 上位机对应的发布主题信息，如 homeassistant/sensor/aht10/state；
• 窗口不断弹出接收到的 MQTT 服务器转发的温度信息；

Home Assistant

配置 HA 平台的 YAML 文件，根据主题添加相关参数；

YAML 文件代码

mqtt:
  sensor:
    - name: "ADC 温度"
      state_topic: "homeassistant/sensor/aht10/state"
      unit_of_measurement: "°C"
      value_template: "{{ value_json.temp }}"
    - name: "ADC 数值"
      state_topic: "homeassistant/sensor/aht10/state"
      unit_of_measurement: "%"
      value_template: "{{ value_json.humi }}"
    - name: "ADC 电压"
      state_topic: "homeassistant/sensor/aht10/state"
      unit_of_measurement: "%"
      value_template: "{{ value_json.volt }}"

进入 HA 概览页面，编辑仪表盘，添加对应的卡片即可；

动态效果

见底部视频。

总结

本文介绍了瑞萨 RA-Eco-RA6E2-64PIN-V1.0 开发板由 ADC 采集芯片温度和电压数据，通过串口发送数据至 ATK D20 WiFi 模块，ATK-D20 模块将 MQTT 消息透传至 Home Assistant 平台，实现 HA 物联网温度计的项目设计，为该产品在物联网领域的开发设计和快速应用提供了参考。