Termometro-misuratore di umidità domestico basato sul sensore SHT21 e sul display LCD del telefono Nokia 3310. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Regolatori di potenza, termometri, stabilizzatori di calore

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Gli autori dell'articolo invitano i lettori a realizzare un dispositivo portatile utile nella vita di tutti i giorni, la cui base sono i componenti indicati nel titolo.

Attualmente, nella letteratura radioamatoriale è apparso un numero enorme di descrizioni di termometri elettronici. La maggior parte di questi dispositivi (ad esempio, [1-3]) utilizza un sensore di temperatura digitale DS18B20, che è dovuto alla sua ampia disponibilità, al costo relativamente basso, alla semplice connessione a un microcontrollore utilizzando un solo pin e all'elevata precisione (circa 0,5 ° C).

Ma per valutare le condizioni ambientali umane, oltre alla temperatura, sono importanti anche altri parametri, soprattutto l’umidità relativa dell’aria. Fino a poco tempo fa, per misurarlo venivano utilizzati sensori separati, la maggior parte dei quali analogici, che richiedevano un’accurata calibrazione. Ma oggi i radioamatori hanno a disposizione sensori digitali combinati che misurano sia la temperatura che l’umidità dell’aria.

Un esempio è il sensore SHT21 [4]. Secondo il produttore, questo è il sensore di umidità e temperatura più piccolo al mondo. È prodotto in un contenitore miniaturizzato a sei pin a montaggio superficiale e si collega a un microcontrollore tramite l'interfaccia I2C ampiamente utilizzata. L'intervallo di misurazione dell'umidità relativa dell'aria è 0...100% con un errore tipico di ±2%. Le temperature nel campo -40...+125 °C vengono misurate con un errore tipico di ±0,3 °C. Tutto ciò lo rende molto interessante per l'uso come sensore per un termometro-misuratore di umidità domestico. Gli svantaggi includono le dimensioni troppo piccole (3x3x1,1 mm) - non tutti i radioamatori possono facilmente far fronte al montaggio su una scheda, nonché il costo piuttosto elevato. Tuttavia, nel 2011, Sensirion (lo sviluppatore del sensore) ha inviato questi sensori a tutti per scopi pubblicitari e molti radioamatori ucraini e russi sono riusciti a riceverli. Secondo gli autori, l'articolo proposto sarà loro molto utile.

Per visualizzare le informazioni, la maggior parte dei dispositivi microcontrollori amatoriali utilizza indicatori di sintesi dei segni su LED o cristalli liquidi. I primi consumano molta energia, mentre i secondi richiedono un accoppiamento complesso con un microcontrollore o non hanno cifre grandi, il che rende difficile la lettura delle letture a lunga distanza o per le persone con problemi di vista. Recentemente, i radioamatori hanno iniziato a utilizzare nei loro progetti gli LCD grafici dei telefoni cellulari, che consentono, con dimensioni ridotte e alta efficienza, di sintetizzare numeri abbastanza grandi sullo schermo. Il più popolare di questi è stato lo schermo LCD del cellulare Nokia 3310. Ciò è spiegato dalla facilità della sua connessione al microcontrollore (sono necessari solo quattro o cinque fili e il protocollo di scambio delle informazioni è molto semplice) e dal modo semplice di generando un'immagine sullo schermo con una risoluzione di 84x48 pixel. Inoltre, questo LCD è molto più economico dei prodotti comunemente usati di Winstar e MELT.

Il microcontrollore ATtiny2313 è stato scelto per controllare il dispositivo proposto per la sua prevalenza, il basso costo, le dimensioni ridotte e l'ampio intervallo di tensione di alimentazione consentita (2,7...5,5 V).

Fig. 1

Lo schema del termometro-igrometro è mostrato in Fig. 1. È molto semplice: oltre al già citato sensore (B1), LCD (HG1) e microcontrollore (DD1), ha solo tre condensatori, due resistori e tre connettori.

Il sensore B1, come accennato in precedenza, misura la temperatura e l'umidità attuali dell'aria e trasmette le informazioni ricevute al microcontrollore tramite l'interfaccia I2C. Poiché il microcontrollore ATtiny2l23 non dispone di un modulo I3C hardware, lo scambio di informazioni è organizzato dal software. I resistori R1 e R2 collegati alle linee SDA e SCL sono richiesti secondo le specifiche dell'interfaccia. Mantengono un livello logico elevato quando i transistor di uscita dei trasmettitori di interfaccia sono chiusi. I condensatori C1 e C2 bloccano i circuiti di alimentazione del sensore e del microcontrollore. Dovrebbero essere posizionati il ​​più vicino possibile rispettivamente al sensore B1 e al microcontrollore DD1. Il condensatore C3 è necessario per il corretto funzionamento del display LCD e deve avere quello mostrato in Fig. 1 contenitore.

Il sensore B1 e il condensatore C1 sono posizionati su una scheda separata, collegata alla scheda principale tramite un cavo piatto a quattro fili e un connettore X2. Questo viene fatto per poter posizionare il sensore in un luogo conveniente per misurare la temperatura e l'umidità. LCD HG1 è collegato al microcontrollore tramite un cavo piatto a otto fili e un connettore X3. Le informazioni vengono trasmesse all'indicatore tramite un'interfaccia SPI implementata dal software. La spina X1 è una doppia fila con una disposizione di pin 5x2. È destinato alla programmazione del microcontrollore e all'alimentazione del dispositivo con tensione di alimentazione tramite i circuiti VCC e GND. L'assegnazione dei pin della spina X1 è la stessa della presa del cavo della scheda di sviluppo STK200/300 ad essa accoppiata.

Fig. 2

Il termometro-igrometro è assemblato su due circuiti stampati: quello principale (Fig. 2) e la scheda sensori (Fig. 3). Entrambi sono realizzati con un foglio PCB su un lato.

Fig. 3

L'indicatore del telefono Nokia 3310 viene solitamente venduto insieme alla tastiera e al microfono sotto forma di un insieme mostrato in Fig. 4. Ha un controllore PCD8544 integrato, le cui informazioni possono essere trovate in [5]. Sul retro del modulo indicatore sono presenti contatti a molla, la cui numerazione è mostrata in Fig. 5. I fili del cavo piatto che collega il display LCD al connettore X3 devono essere saldati ad essi.

Fig. 4

Fig. 5

Naturalmente, per ridurne le dimensioni, è possibile rimuovere l'indicatore dalla custodia e saldare i fili direttamente ai contatti applicati sul vetro. Ma il rischio di danneggiarlo accidentalmente è estremamente elevato, quindi questa opzione non è consigliata. È meglio segare le parti superiore e inferiore dal corpo dell'indicatore. Allo stesso tempo, la saldatura sarà più sicura e l'indicatore rimarrà protetto da eventuali danni. Ma anche in questo caso vale la pena ricordare che i contatti a molla non possono surriscaldarsi durante la saldatura. Se il supporto in plastica si scioglie, potrebbe causare perdita di contatto o cortocircuito.

Dopo aver assemblato la scheda principale, è necessario caricare i codici dal file ht_meter.hex nella memoria del programma del microcontrollore DD1. La configurazione del microcontrollore deve essere impostata secondo la Fig. 6.

Fig. 6

È importante ricordare che la tensione massima di alimentazione del sensore e del display LCD è di 3,6 V, quindi è necessario scollegarli dai connettori X2 e X3 prima di programmare il microcontrollore utilizzando un programmatore con tensione di alimentazione di 5 V. Una volta completata la programmazione e scollegato il il programmatore, il display LCD e il sensore si ricollegano, quindi forniscono tensione (non più di 3,6 V) ai pin 2 e 4 del connettore X1. Gli autori hanno utilizzato due celle galvaniche di dimensioni AA collegate in serie per alimentare il dispositivo.

Fig. 7

Un termometro-igrometro correttamente assemblato non richiede regolazioni. LE PRESSIONI DEL PULSANTE HG1 durante il suo funzionamento vengono visualizzate su due righe (Fig. 7): i valori della temperatura in gradi Celsius e l'umidità relativa in percentuale. Sotto il display LCD nel pannello frontale dell'apparecchio è ritagliata una finestra e ricoperta con tessuto sfuso, direttamente dietro la quale è installata una scheda con il sensore B1. Non è necessario un interruttore di alimentazione nel dispositivo, poiché la corrente che consuma è estremamente ridotta, il che gli consente di funzionare ininterrottamente con un set di celle galvaniche per sei mesi.

I file PCB in formato Diptrace e il programma del microcontrollore possono essere scaricati da ftp://ftp.radio.ru/pub/2013/09/ht-meter.zip.

Letteratura

1. Melnikov A. Termometro con display LCD e sensore DS18B20. - Radio, 2007, n. 1, pag. 46.
2. Frolov D. Termometro computerizzato con sensore DS18B20. - Radio, 2004, n. 9, pag. 28, 29.
3. Sokol S. Termometro digitale. - sokolsp.at.ua/publ/cifrovoj_termom etr/1-1-0-6.
4. CI sensore di umidità e temperatura SHT21. - sensirion.com/fileadmin/user_upload/customers/sensirion/Dokume nte/Humidity/Sensirion_Humidity_SHT21_D atasheet_V3.pdf.
5. PCD8544 48 Controller/driver LCD a matrice da 84 pixel. - chipfind.ru/datasheet/pdf/philips/pcd8544.pdf.

Autore: P. Kuznetsov, S. Sokol

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