T350 – ADS1220 Universal-ADC Sensor – Benutzerhandbuch

Device-Typ: 350
Chip: Texas Instruments ADS1220 (24-Bit Sigma-Delta ADC)
Schnittstelle: SDI-12
Firmware: 0350_ADS1220.c
Copyright: joembedded@gmail.com – joembedded.de

1. Überblick

Der T350 ist ein hochpräziser, universeller analoger Datenerfassungsknoten auf Basis des ADS1220. Er unterstützt bis zu 8 physikalische Messkanäle (Betriebsarten), die über das Array ad_physkan[] im Firmware-Source fest konfiguriert sind.

Typische Anwendungen: - Hochpräzise PT100-Temperaturmessung (–70 … +120 °C, Genauigkeit < 0,1 °C) - 0/4–20-mA-Strommessung - Brückensensoren (Last-/Druckzellen) - (Solar-)Strahlungssensoren - Allgemeine differential- und single-ended Spannungsmessung

Hardwareanschluss (SPI-Signale)

Signal	Pin	Farbe (Kabel)	Richtung am AD
SCLK	IX_SCL	gelb	IN
DIN (MOSI)	IX_SDA	grün	IN
DO / #DRDY	IX_X0	weiß	OUT
#DRDY	IX_X1	blau	OUT
#Vcc (Pwr)	IX_X2	–	LOW = EIN

Hinweis: Der ADS1220 wird mit dauerhaft LOW gezogenem #CS betrieben. SPI-Mode 1 (CPOL=0, CPHA=1). Nach PowerOff zieht IX_X2 die SPI-Leitungen via 2 × 15 kΩ auf GND.

2. Physikalische Kanäle (`ad_physkan[]`)

Die Firmware kennt 8 physikalische Kanäle (Indices 0–7). Jeder Kanal hat eine fest konfigurierte Betriebsart (typ), ADS1220-Registerkonfiguration, Mittelwertbildung und Einheit.

2.1 Betriebsarten (`typ`)

`typ`	Konstante	Beschreibung
1	`P_TYP_ITEMP`	Interne Chiptemperatur des ADS1220
2	`P_TYP_PT100_A`	PT100 via 2 kΩ Referenz + IDAC 1 mA + Polynom-Linearisierung
3	`P_TYP_STD`	Standard-AD (single-ended oder differential), Ergebnis in mV oder Counts

2.2 Kanalübersicht

Idx	SDI-12-Cmd	Typ	Konfiguration	SPS	Mittelwert	Kalibrierung	Einheit	Messzeit
0	M2	1	Interne Temperatur	45	1×	nein	`oC_int`	~22 ms
1	M3	2	PT100 (ext. Ref, IDAC)	45	8×	ja	`oC_PT100`	~453 ms
2	M4	3	Single-Ended AIN0	45	4×	ja	`mV_S0`	~275 ms
3	M5	3	Single-Ended AIN1	45	4×	ja	`mV_S1`	~275 ms
4	M6	3	Single-Ended AIN2	45	4×	ja	`mV_S2`	~275 ms
5	M7	3	Single-Ended AIN3	45	4×	ja	`mV_S2`	~275 ms
6	M8	3	Differentiell AIN0–AIN1	45	8×	ja	`mV_D01`	~453 ms
7	M9	3	Differentiell AIN2–AIN3	45	8×	ja	`mV_D23`	~453 ms

Kalibrierung (Kali-Flag): Wenn aktiv, wird vor der eigentlichen Messung automatisch ein Offset-Nullpunkt durch internes Kurzschließen der Eingänge (AIN_p/n auf AVDD/2) ermittelt und subtrahiert. Dies verdoppelt näherungsweise die Messzeit.

2.3 Technische Details der Betriebsarten

Typ 1 – Interne Temperatur (`oC_int`)

Nutzt den internen Temperatursensor des ADS1220
Auflösung: Rohwert / 32768 = °C
Konfiguration: ITEMP_CONFIG = 0x5022E0
- TS_ENA (interner Temperatursensor aktiv), Single-Shot, externe Referenz (irrelevant), FIR 50/60 Hz
Messzeit: ca. 22 ms (1 Sample, kein Kali)

Typ 2 – PT100 (`oC_PT100`)

2-Leiter-PT100 mit 2 kΩ Referenzwiderstand und 1-mA-IDAC
Polynom-Linearisierung 2. Grades (koeffizientenbasiert, ermittelt per Kalibrierung):

T = c₀ + c₁ ⋅ x + c₂ ⋅ x²

mit c₀ = −2, 457390 × 10², c₁ = 7, 022650 × 10⁻⁵, c₂ = 8, 966090 × 10⁻¹³

Gültigkeitsbereich: Rohwert 2 427 000 … 4 910 000 Counts (ca. –70 … +120 °C)
Außerhalb: Rückgabe –99 °C (Sensor defekt / außerhalb Bereich)
Konfiguration: PT100_CONFIG = 0x80562406
- AIN0/AIN1, GAIN=8, PGA AN, EXT-REF, IDAC1 → AIN3, 1 mA
Messzeit: ca. 453 ms (8 Samples, Kali aktiv)

Typ 3 – Standard-AD (`mV_…`)

Single-Ended (SE): AIN0–AIN3 gegen AGND, GAIN=1, PGA deaktiviert
- Umrechnungsfaktor: SE_MULTI_G1 = 2,4414 × 10⁻⁴ → Ergebnis in mV
- Interne Referenz (ca. 2,048 V → Messbereich 0 … 2048 mV)
- Konfiguration SE0: SE_CONFIG = 0x102481
Differentiell (DE): AIN0–AIN1 bzw. AIN2–AIN3, GAIN=128, PGA aktiv
- Umrechnungsfaktor: DE_MULTI_G128 = 1,907 × 10⁻⁶ → Ergebnis in mV
- Interne Referenz → Messbereich ± 16 mV (bei GAIN=128)
- Konfiguration DE01: DE_CONFIG = 0x10240E

3. SDI-12 Messbefehle

Das Gerät antwortet auf die SDI-12-Standardbefehle aM!, aM1! … aM9!.

3.1 Befehlsübersicht

Befehl	Kanäle	Beschreibung
`aM!`	Alle aktiven Kanäle	Misst alle Kanäle, deren Bit im `m0_mask`-Register gesetzt ist
`aM1!`	Alle aktiven + VSup	Wie `M`, zusätzlich Versorgungsspannung (`VSup`) als letzter Kanal
`aM2!`	Kanal 0 (intern Temp)	Nur interne Chiptemperatur (oC_int)
`aM3!`	Kanal 1 (PT100)	Nur PT100-Temperatur (oC_PT100)
`aM4!`	Kanal 2 (SE AIN0)	Nur Single-Ended-Kanal AIN0 (mV_S0)
`aM5!`	Kanal 3 (SE AIN1)	Nur Single-Ended-Kanal AIN1 (mV_S1)
`aM6!`	Kanal 4 (SE AIN2)	Nur Single-Ended-Kanal AIN2 (mV_S2)
`aM7!`	Kanal 5 (SE AIN3)	Nur Single-Ended-Kanal AIN3 (mV_S2)
`aM8!`	Kanal 6 (DE AIN0–AIN1)	Nur Differentiell AIN0–AIN1 (mV_D01)
`aM9!`	Kanal 7 (DE AIN2–AIN3)	Nur Differentiell AIN2–AIN3 (mV_D23)

a = SDI-12-Adresse des Sensors (Standard: 0)

Fehlerwerte im Messergebnis:

Wert	Bedeutung
`–99`	PT100: Außerhalb Messbereich / Bruch
`–9998`	AD-Initialisierungsfehler
`–9999`	Allgemeiner Messfehler

4. SDI-12 Erweiterte Befehle (`X`-Kommandos)

Alle Konfigurationsbefehle beginnen mit aX gefolgt vom jeweiligen Befehlsbuchstaben. Zum Lesen wird kein =-Zeichen verwendet, zum Schreiben mit =Wert. Jeder Befehl wird mit ! abgeschlossen.

Änderungen an Parametern sind flüchtig (RAM). Erst XWrite! speichert dauerhaft im NVM (Flash).

4.1 Koeffizienten (`K`) – Individuelle Skalierung pro Kanal

Jeder physikalische Kanal hat 2 Koeffizienten: Multi (Index gerade) und Offset (Index ungerade).

Anwendungsreihenfolge:

Ergebnis = (AD-Rohwert × Kanal-Multi) × Kn_Multi − Kn_Offset

Koeffizienten-Tabelle:

Nr.	Name	Default
K0	Temp_int.Multi	1,0
K1	Temp_int.Offset	0,0
K2	Temp_PT100.Multi	1,0
K3	Temp_PT100.Offset	0,0
K4	SEnd_0.Multi	1,0
K5	SEnd_0.Offset	0,0
K6	SEnd_1.Multi	1,0
K7	SEnd_1.Offset	0,0
K8	SEnd_2.Multi	1,0
K9	SEnd_2.Offset	0,0
K10	SEnd_3.Multi	1,0
K11	SEnd_3.Offset	0,0
K12	Diff_01.Multi	1,0
K13	Diff_01.Offset	0,0
K14	Diff_23.Multi	1,0
K15	Diff_23.Offset	0,0

Syntax:

Befehl	Funktion	Beispiel
`aXKn!`	Koeffizient n lesen	`0XK2!`
`aXKn=Wert!`	Koeffizient n setzen	`0XK3=0.5!`

Antwort: aKn=Wert (z. B. 0K3=0.500000)

4.2 Kanalmaske (`B`) – Aktive Kanäle bei M / M1

Die Bitmaske m0_mask (1 Byte) steuert, welche Kanäle bei M und M1 gemessen werden.
Bit 0 → Kanal 0 (iTemp), Bit 1 → Kanal 1 (PT100), … , Bit 7 → Kanal 7 (DE23).

Beispiel: m0_mask = 0x4F = 0b01001111 → Kanäle 0, 1, 2, 3, 6 aktiv

Befehl	Funktion	Beispiel
`aXB!`	Aktuelle Maske lesen	`0XB!`
`aXB=Wert!`	Maske setzen (1–255, dezimal)	`0XB=3!` (nur iTemp + PT100)

Antwort: aB=Wert (z. B. 0B=79)

4.3 Individuelle Einheit (`U`) – Kanalbezeichnung überschreiben

Jeder Kanal hat eine Standard-Einheit aus ad_physkan[] (z. B. oC_PT100). Diese kann pro Kanal überschrieben werden (max. 8 Zeichen). Bei leerem String wird die Standard-Einheit verwendet.

Befehl	Funktion	Beispiel
`aXUn!`	Einheit von Kanal n lesen	`0XU1!`
`aXUn=Text!`	Einheit von Kanal n setzen	`0XU1=degC!`
`aXUn=!`	Einheit von Kanal n zurücksetzen	`0XU1=!`

Antwort: aUn='Text' (z. B. 0U1='degC')

4.4 Ausgabegenauigkeit (`P`) – Nachkommastellen

Legt die Anzahl der Nachkommastellen für die SDI-12-Ausgabe fest (0–9).
Sonderwert 7, 8, 9: Standardformat %+f (printf-default).

Formatcodes:

P-Wert	Format	Beispiel-Ausgabe
0	`%+.0f`	`+23`
1	`%+.1f`	`+23.4`
2	`%+.2f`	`+23.45`
3	`%+.3f`	`+23.450`
4–6	…	…
7–9	`%+f`	printf-default

Befehl	Funktion	Beispiel
`aXPn!`	Präzision von Kanal n lesen	`0XP1!`
`aXPn=Wert!`	Präzision von Kanal n setzen (0–9)	`0XP1=3!`

Antwort: aPn=Wert (z. B. 0P1=3)

4.5 Parameter speichern / Sensor identifizieren

Befehl	Funktion
`aXWrite!`	Alle Parameter (SDI-Adresse, Koeffizienten, Maske, Einheiten, Präzision) dauerhaft im Flash speichern
`aXSensor!`	Sensortyp abfragen → Antwort: `aADS1220!`

5. Kommandozeilen-Befehle (TB-UART / Debug-Terminal)

Diese Befehle sind über die serielle Debugschnittstelle (tb_tools UART) verfügbar.

5.1 Gerätebefehle (`device_type_cmdline`)

Befehl	Funktion
`k`	Alle Koeffizienten (K0–K15) mit Namen, aktuellem Wert, Einheit, Präzision und Aktivstatus (ON/Bitnummer) ausgeben
`p`	(Reserviert, ohne Funktion)

Beispielausgabe k:

K0: 1.000000 Temp_int.Multi(f) (Def: 1.0) Unit:'oC_int' Prec:2 ON(1)
K1: 0.000000 Temp_int.Offset(f) (Def: 0.0)
K2: 1.000000 Temp_PT100.Multi(f) (Def: 1.0) Unit:'oC_PT100' Prec:3 ON(2)
K3: 0.000000 Temp_PT100.Offset(f) (Def: 0.0)
...

5.2 Debug-Befehle (nur wenn `#define DEBUG` aktiv)

Befehl	Funktion
`a<n>`	Kanal n (0–7) in Dauerschleife messen und Rohwert, Laufzeit und physikalisches Ergebnis ausgeben. Beenden mit beliebiger Taste.

Beispielausgabe a1 (PT100):

Val:1
AD-Reset: 0
Res:3456789 (P:470/Real:463 msec) => +21.456 oC_PT100
Res:3456901 (P:470/Real:461 msec) => +21.458 oC_PT100
...
AD-Deepsleep

6. Parameterspeicherung (NVM)

Alle veränderbaren Betriebsparameter werden im internen Flash des Prozessors gespeichert:

Parameter	Inhalt
`param.koeff[]`	16 Float-Koeffizienten (K0–K15)
`param.m0_mask`	Kanalmaske für M / M1
`param.precision[]`	Ausgabepräzision pro Kanal (0–9)
`param.ind_unit[]`	Individuelle Einheiten pro Kanal
`param.ble_advname`	BLE-Advertising-Name
SDI-12-Adresse	Gespeichert unter `ID_INTMEM_SDIADR`

Speichern nur durch explizites aXWrite!-Kommando.

7. Gerätekennzeichnung

Die Sensor-ID hat folgendes Format:

TT_A24_A_0350_OSX<MAC_Low_HEX>

Beispiel: TT_A24_A_0350_OSX1A2B3C4D

TT = TerraTransfer
A24 = Analog Sensor 24 Bit
A = ADS1220
0350 = Device-Typ
OSX = OSX-Master-Plattform
<MAC> = Untere 32 Bit der BLE-MAC-Adresse (entspricht BLE-Advertising-Name)

8. Standardkonfiguration ab Werk

Parameter	Standardwert
SDI-12-Adresse	`0`
m0_mask	`0x4F` (Kanäle 0, 1, 2, 3, 6 aktiv)
Präzision	K0:2, K1:3, K2–K7:9 (printf-default)
Alle Koeffizienten	Multi=1,0, Offset=0,0
Individuelle Einheiten	leer (Kanalstandard)

9. Schnellreferenz SDI-12-Befehle

aM!           Alle aktiven Kanäle messen
aM1!          Alle aktiven Kanäle + Versorgungsspannung
aM2! – aM9!   Einzelkanal 0–7 messen

aXKn!         Koeffizient n lesen
aXKn=val!     Koeffizient n setzen
aXB!          Kanalmaske lesen
aXB=val!      Kanalmaske setzen
aXUn!         Einheit Kanal n lesen
aXUn=str!     Einheit Kanal n setzen
aXPn!         Präzision Kanal n lesen
aXPn=val!     Präzision Kanal n setzen (0–9)
aXWrite!      Parameter in Flash speichern
aXSensor!     Sensortyp abfragen

T350 – ADS1220 Universal-ADC Sensor – Benutzerhandbuch

1. Überblick

Hardwareanschluss (SPI-Signale)

2. Physikalische Kanäle (ad_physkan[])

2.1 Betriebsarten (typ)

2.2 Kanalübersicht

2.3 Technische Details der Betriebsarten

Typ 1 – Interne Temperatur (oC_int)

Typ 2 – PT100 (oC_PT100)

Typ 3 – Standard-AD (mV_…)