|
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ Бытовой термометр-влагомер на базе датчика SHT21 и ЖКИ от телефона Nokia 3310
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы Авторы статьи предлагают читателям изготовить полезный в быту портативный
прибор, основой которого являются указанные в заголовке компоненты.
В настоящее время в радиолюбительской литературе появилось огромное число
описаний электронных термометров. В большинстве этих устройств (например, [1-3])
использован цифровой датчик температуры DS18B20, что обусловлено его широкой
распространенностью, относительно низкой стоимостью, простым подключением к
микроконтроллеру с использованием всего одного вывода и высокой точностью (около
0,5 оС).
Но для оценки условий окружающей человека среды кроме температуры важны и другие
параметры, особенно относительная влажность воздуха. До недавнего времени для ее
измерения применяли отдельные датчики, в большинстве своем аналоговые, требующие
кропотливой калибровки. Но сегодня радиолюбителям стали доступны комбинированные
цифровые датчики, измеряющие как температуру, так и влажность воздуха.
В качестве примера можно привести датчик SHT21 [4]. По заявлению производителя,
это самый маленький в мире датчик влажности и температуры. Выпускается он в
миниатюрном шестивыводном корпусе для поверхностного монтажа и соединяется с
микроконтроллером по широко распространенному интерфейсу I2C. Интервал измерения
относительной влажности воздуха - 0...100 % при типовой погрешности ±2 %.
Температура в интервале -40...+125 °С измеряется с типовой погрешностью ±0,3 оС.
Все это делает его очень привлекательным для использования в качестве датчика
для бытового термометра-влагомера. К недостаткам можно отнести слишком маленькие
размеры (3x3x1,1 мм) - далеко не каждый радиолюбитель легко справится с его
монтажом на плату, а также довольно высокую стоимость. Однако в 2011 г. фирма
Sensirion (разработчик датчика) в рекламных целях рассылала эти датчики всем
желающим, и многие украинские и российские радиолюбители успели их получить. По
мнению авторов, предлагаемая статья будет им очень полезна.
Для вывода информации в большинстве любительских микроконтроллерных приборов
используются знакосинтезирующие индикаторы на светодиодах или жидких
кристаллах. Первые потребляют много энергии, а вторые либо требуют сложного
сопряжения с микроконтроллером, либо не отличаются большим размером цифр, что
затрудняет считывание их показаний с большого расстояния или людьми с
ослабленным зрением. В последнее время радиолюбители стали использовать в своих
разработках графические ЖКИ от сотовых телефонов, позволяющие при малых
габаритах и высокой экономичности синтезировать на экране цифры довольно
большого размера. Самым популярным из них стал ЖКИ от сотового телефона Nokia
3310. Это объясняется легкостью его соединения с микроконтроллером (требуются
всего четыре или пять проводов, а протокол обмена информацией очень прост) и
несложным способом формирования изображения на экране с разрешением 84x48 пкс. К
тому же этот ЖКИ значительно дешевле обычно применяемых изделий фирм Winstar и
МЭЛТ.
Микроконтроллер ATtiny2313 был выбран в качестве управляющего предлагаемым
устройством благодаря своей распространенности, низкой стоимости, малым
габаритам и широкому допустимому интервалу напряжения питания (2,7...5,5 В).
![]() Рис. 1 Схема термометра-влагомера показана на рис. 1. Он очень прост - кроме уже
упомянутых датчика (B1), ЖКИ (HG1) и микроконтроллера (DD1), в нем всего три
конденсатора, два резистора и три разъема.
Датчик B1, как было сказано выше, измеряет текущие температуру и влажность
воздуха и по интерфейсу I2C передает полученную информацию в микроконтроллер.
Поскольку аппаратный модуль I2C в микроконтроллере ATtiny23l3 не предусмотрен,
то обмен информацией организован программно. Резисторы R1 и R2, подключенные к
линиям SDA и SCL, необходимы согласно спецификации интерфейса. Они поддерживают
на них высокий логический уровень, когда выходные транзисторы интерфейсных
передатчиков закрыты. Конденсаторы С1 и С2 - блокировочные цепей питания датчика
и микроконтроллера. Они должны находиться как можно ближе соответственно к
датчику B1 и микроконтроллеру DD1. Конденсатор С3 необходим для правильной
работы ЖКИ и обязательно должен иметь указанную на рис. 1 емкость.
Датчик В1 и конденсатор С1 вынесены на отдельную плату, которая соединяется с
основной посредством четырехпроводного плоского кабеля и разъема Х2. Так
сделано для того, чтобы иметь возможность поместить датчик в удобное для
измерения температуры и влажности место. ЖКИ HG1 соединяется с микроконтроллером
с помощью плоского восьмипроводного кабеля и разъема X3. Информация на
индикатор передается по реализованному программно интерфейсу SPI. Вилка X1 -
двухрядная с расположением штырьков 5x2. Она предназначена для программирования
микроконтроллера, а также для подачи на устройство напряжения питания по цепям
VCC и GND. Назначение контактов вилки X1 такое же, как у стыкуемой с ней
кабельной розетки отладочной платы STK200/300.
![]() Рис. 2 Термометр-влагомер собран на двух печатных платах: основной (рис. 2) и плате
датчика (рис. 3). Обе выполнены из фольгированного с одной стороны текстолита.
![]() Рис. 3 Индикатор от телефона Nokia 3310 обычно продается вместе с клавиатурным блоком и
микрофоном в виде сборки, показанной на рис. 4. В него встроен контроллер
PCD8544, информацию о котором можно найти в [5]. С обратной стороны модуля
индикатора находятся пружинные контакты, нумерация которых показана на рис. 5. К
ним и следует припаять провода плоского кабеля, соединяющего ЖКИ с разъемом X3.
![]() Рис. 4 ![]() Рис. 5 Конечно, для уменьшения габаритов индикатор можно вынуть из корпуса и припаять
провода непосредственно к нанесенным на стекло контактным площадкам. Но при этом
крайне велик риск случайно повредить его, поэтому такой вариант не
рекомендуется. Лучше отпилить от корпуса индикатора верхнюю и нижнюю части. При
этом и пайка будет безопаснее, и индикатор останется защищенным от повреждений.
Но даже в этом случае стоит помнить, что перегревать пружинные контакты при
пайке нельзя. Если их пластмассовый держатель расплавится, это может привести к
потере контакта или к замыканию.
После сборки основной платы необходимо загрузить коды из файла ht_meter.hex в
программную память микроконтроллера DD1. Конфигурацию микроконтроллера следует
установить в соответствии с рис. 6.
![]() Рис. 6 Важно помнить, что максимальное напряжение питания датчика и ЖКИ - 3,6 В,
поэтому необходимо отключить их от разъемов X2 и X3 прежде, чем приступать к
программированию микроконтроллера с помощью программатора с напряжением питания
5 В. Закончив программирование и отсоединив программатор, ЖКИ и датчик
подключают обратно, затем подают напряжение питания (не более 3,6 В) на контакты
2 и 4 разъема X1. Авторы использовали для питания прибора два последовательно
соединенных гальванических элемента типоразмера АА.
![]() Рис. 7 Правильно собранный термометр-влагомер в налаживании не нуждается. НаЖКИ HG1 при
его работе выводятся в две строки (рис. 7): значения температуры в градусах
Цельсия и относительной влажности в процентах. Ниже ЖКИ в передней панели
прибора вырезано и закрыто неплотной тканью окно, непосредственно за которым
установлена плата с датчиком B1. Выключатель питания в устройстве не требуется,
поскольку потребляемый им ток крайне мал, что позволяет ему работать от одного
комплекта гальванических элементов непрерывно в течение полугода.
Файлы печатных плат в формате Diptrace и программу микроконтроллера можно
скачать с ftp://ftp.radio.ru/pub/2013/09/ht-meter.zip.
Литература
Автор: П. Кузнецов, С. Сокол
журналы Левша (годовые архивы) книга Телевизионные антенны. Капчинский Л.М., 1970 статья Автомобильный усилитель УМЗЧ на микросхеме TDA1554Q справочник Зарубежные микросхемы и транзисторы. Серия K
|