Haushaltsthermometer-Feuchtigkeitsmesser basierend auf dem SHT21-Sensor und dem LCD des Nokia 3310-Telefons. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Die Autoren des Artikels laden die Leser ein, ein tragbares Gerät im Alltag nützlich zu machen, dessen Grundlage die im Titel angegebenen Komponenten sind.

Derzeit ist in der Amateurfunkliteratur eine Vielzahl von Beschreibungen elektronischer Thermometer erschienen. Die meisten dieser Geräte (z. B. [1-3]) verwenden einen digitalen Temperatursensor DS18B20, was auf seine weit verbreitete Verfügbarkeit, relativ niedrige Kosten, den einfachen Anschluss an einen Mikrocontroller mit nur einem Pin und die hohe Genauigkeit (ca. 0,5 °) zurückzuführen ist C).

Doch zur Beurteilung der menschlichen Umweltbedingungen sind neben der Temperatur auch andere Parameter wichtig, insbesondere die relative Luftfeuchtigkeit. Bis vor Kurzem wurden für die Messung separate Sensoren verwendet, die meisten davon analog und erforderten eine sorgfältige Kalibrierung. Doch heute stehen Funkamateuren kombinierte digitale Sensoren zur Verfügung, die sowohl Temperatur als auch Luftfeuchtigkeit messen.

Ein Beispiel ist der SHT21-Sensor [4]. Laut Hersteller handelt es sich um den weltweit kleinsten Feuchtigkeits- und Temperatursensor. Es wird in einem oberflächenmontierbaren Miniaturgehäuse mit sechs Pins hergestellt und über die weit verbreitete I2C-Schnittstelle mit einem Mikrocontroller verbunden. Das Messintervall für die relative Luftfeuchtigkeit beträgt 0...100 % mit einem typischen Fehler von ±2 %. Temperaturen im Bereich -40...+125 °C werden mit einem typischen Fehler von ±0,3 °C gemessen. All dies macht es sehr attraktiv für den Einsatz als Sensor für ein Haushaltsthermometer-Feuchtigkeitsmessgerät. Zu den Nachteilen zählen die zu kleinen Abmessungen (3x3x1,1 mm) – nicht jeder Funkamateur kommt mit der Montage auf einer Platine problemlos zurecht, sowie die recht hohen Kosten. Im Jahr 2011 verschickte Sensirion (der Entwickler des Sensors) diese Sensoren jedoch zu Werbezwecken an alle, und viele ukrainische und russische Funkamateure konnten sie erhalten. Den Autoren zufolge wird der vorgeschlagene Artikel für sie sehr nützlich sein.

Um Informationen anzuzeigen, verwenden die meisten Amateur-Mikrocontroller-Geräte vorzeichensynthetisierende Anzeigen auf LEDs oder Flüssigkristallen. Erstere verbrauchen viel Energie, während letztere entweder eine komplexe Kopplung mit einem Mikrocontroller erfordern oder keine großen Ziffern haben, was das Ablesen der Messwerte aus großer Entfernung oder für Menschen mit Sehbehinderung erschwert. Vor kurzem haben Funkamateure begonnen, in ihren Designs grafische LCDs von Mobiltelefonen zu verwenden, die es ermöglichen, bei kleinen Abmessungen und hoher Effizienz ziemlich große Zahlen auf dem Bildschirm zu synthetisieren. Das beliebteste davon war das LCD des Mobiltelefons Nokia 3310. Dies erklärt sich aus der einfachen Verbindung mit dem Mikrocontroller (es sind nur vier oder fünf Drähte erforderlich, und das Informationsaustauschprotokoll ist sehr einfach) und der einfachen Art und Weise Erzeugen eines Bildes auf dem Bildschirm mit einer Auflösung von 84x48 Pixeln. Darüber hinaus ist dieses LCD deutlich günstiger als häufig verwendete Produkte von Winstar und MELT.

Der Mikrocontroller ATtiny2313 wurde aufgrund seiner Verbreitung, seiner geringen Kosten, seiner geringen Abmessungen und seines breiten zulässigen Versorgungsspannungsbereichs (2,7 bis 5,5 V) zur Steuerung des vorgeschlagenen Geräts ausgewählt.

Fig. 1

Das Diagramm des Thermometer-Feuchtigkeitsmessers ist in Abb. dargestellt. 1. Es ist ganz einfach – es verfügt neben dem bereits erwähnten Sensor (B1), LCD (HG1) und Mikrocontroller (DD1) nur über drei Kondensatoren, zwei Widerstände und drei Anschlüsse.

Sensor B1 misst, wie oben erwähnt, die aktuelle Temperatur und Luftfeuchtigkeit und übermittelt die empfangenen Informationen über die I2C-Schnittstelle an den Mikrocontroller. Da der Mikrocontroller ATtiny2l23 über kein Hardware-I3C-Modul verfügt, wird der Informationsaustausch per Software organisiert. Gemäß der Schnittstellenspezifikation sind die an die SDA- und SCL-Leitungen angeschlossenen Widerstände R1 und R2 erforderlich. Sie halten einen hohen Logikpegel aufrecht, wenn die Ausgangstransistoren der Schnittstellensender geschlossen sind. Die Kondensatoren C1 und C2 blockieren die Stromversorgungskreise für den Sensor und den Mikrocontroller. Sie sollten möglichst nahe am Sensor B1 bzw. am Mikrocontroller DD1 angebracht werden. Der Kondensator C3 ist für den korrekten Betrieb des LCD erforderlich und muss den in Abb. gezeigten haben. 1 Behälter.

Sensor B1 und Kondensator C1 sind auf einer separaten Platine untergebracht, die über ein vieradriges Flachkabel und den Stecker X2 mit der Hauptplatine verbunden ist. Dies geschieht, um den Sensor an einem Ort platzieren zu können, der für die Messung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit geeignet ist. LCD HG1 wird über ein flaches achtadriges Kabel und Stecker X3 mit dem Mikrocontroller verbunden. Die Übermittlung der Informationen an den Indikator erfolgt über eine softwareimplementierte SPI-Schnittstelle. Der X1-Stecker ist zweireihig mit einer 5x2-Pin-Anordnung. Es dient der Programmierung des Mikrocontrollers sowie der Versorgung des Geräts mit Versorgungsspannung über die VCC- und GND-Kreise. Die Belegung der Pins des X1-Steckers entspricht der der damit verbundenen Kabelbuchse des STK200/300-Entwicklungsboards.

Fig. 2

Das Thermometer-Feuchtigkeitsmessgerät ist auf zwei Leiterplatten montiert: der Hauptplatine (Abb. 2) und der Sensorplatine (Abb. 3). Beide sind einseitig aus PCB-Folie gefertigt.

Fig. 3

Die Anzeige des Nokia 3310-Telefons wird normalerweise zusammen mit der Tastatureinheit und dem Mikrofon in Form einer in Abb. gezeigten Baugruppe verkauft. 4. Es verfügt über einen integrierten PCD8544-Controller, Informationen dazu finden Sie in [5]. Auf der Rückseite des Anzeigemoduls befinden sich Federkontakte, deren Nummerierung in Abb. dargestellt ist. 5. Die Drähte des Flachkabels, das das LCD mit dem Anschluss X3 verbindet, sollten daran angelötet werden.

Fig. 4

Fig. 5

Um die Größe zu reduzieren, kann der Indikator natürlich aus dem Gehäuse entfernt und die Drähte direkt an die auf dem Glas angebrachten Kontaktpads angelötet werden. Da jedoch die Gefahr einer versehentlichen Beschädigung extrem hoch ist, ist diese Option nicht zu empfehlen. Besser ist es, den oberen und unteren Teil vom Blinkergehäuse abzusägen. Gleichzeitig wird das Löten sicherer und der Indikator bleibt vor Beschädigungen geschützt. Aber auch in diesem Fall ist zu beachten, dass die Federkontakte beim Löten nicht überhitzt werden dürfen. Wenn der Kunststoffhalter schmilzt, kann es zu einem Kontaktverlust oder einem Kurzschluss kommen.

Nach dem Zusammenbau der Hauptplatine müssen Sie die Codes aus der Datei ht_meter.hex in den Programmspeicher des DD1-Mikrocontrollers laden. Die Konfiguration des Mikrocontrollers sollte gemäß Abb. eingestellt werden. 6.

Fig. 6

Es ist wichtig zu bedenken, dass die maximale Versorgungsspannung für Sensor und LCD 3,6 V beträgt. Sie müssen diese daher von den Anschlüssen X2 und X3 trennen, bevor Sie den Mikrocontroller mit einem Programmiergerät mit einer Versorgungsspannung von 5 V programmieren Programmiergerät, LCD und Sensor wieder anschließen, dann Spannung (nicht mehr als 3,6 V) an die Pins 2 und 4 des Steckers X1 anschließen. Zur Stromversorgung des Geräts verwendeten die Autoren zwei in Reihe geschaltete galvanische Zellen der Größe AA.

Fig. 7

Ein korrekt zusammengebautes Thermometer-Feuchtigkeitsmessgerät erfordert keine Justierung. HG1-TASTENDRÜCKE während des Betriebs werden in zwei Zeilen angezeigt (Abb. 7): Temperaturwerte in Grad Celsius und relative Luftfeuchtigkeit in Prozent. Unterhalb des LCDs in der Frontplatte des Gerätes ist ein Fenster ausgeschnitten und mit losem Stoff abgedeckt, direkt dahinter ist eine Platine mit Sensor B1 verbaut. Ein Netzschalter ist im Gerät nicht erforderlich, da der Stromverbrauch äußerst gering ist, sodass es sechs Monate lang ununterbrochen mit einem Satz galvanischer Zellen betrieben werden kann.

PCB-Dateien im Diptrace-Format und das Mikrocontroller-Programm können von ftp://ftp.radio.ru/pub/2013/09/ht-meter.zip heruntergeladen werden.

Literatur

1. Melnikov A. Thermometer mit LCD und DS18B20-Sensor. – Radio, 2007, Nr. 1, S. 46.
2. Frolov D. Computerthermometer mit DS18B20-Sensor. – Radio, 2004, Nr. 9, S. 28, 29.
3. Sokol S. Digitales Thermometer. - sokolsp.at.ua/publ/cifrovoj_termom etr/1-1-0-6.
4. SHT21 Feuchtigkeits- und Temperatursensor-IC. - sensirion.com/fileadmin/user_upload/customers/sensirion/Dokumente/Humidity/Sensirion_Humidity_SHT21_D atasheet_V3.pdf.
5. PCD8544 48 84-Pixel-Matrix-LCD-Controller/Treiber. - chipfind.ru/datasheet/pdf/philips/pcd8544.pdf.

Autor: P. Kuznetsov, S. Sokol

Siehe andere Artikel Abschnitt Leistungsregler, Thermometer, Wärmestabilisatoren.

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