Барометр-сигнализатор для метеозависимых людей БС-4

Владимир Макаров

Аннотация:
Устройство, опубликованное в 2017 году на сайте vprl.ru в статье «Барометр-сигнализатор для метеозависимых людей БС-1», оказалось чрезвычайно востребованным. В настоящей статье предлагается новая версия барометра-сигнализатора, модифицированного по многочисленным просьбам читателей. В частности, вместо датчика BMP180 - применен современный и более стабильный датчик BME/BMP280 фирмы Bosch. Кроме того, для отслеживания динамики, на экран устройства добавлен график, показывающий изменения атмосферного давления в течение последних трех часов. Добавлена возможность подключения устройства к бортовой сети автомобиля (яхты).

Введение

Барометр-сигнализатор предназначен для информирования метеозависимых людей в режиме реального времени о текущем значении атмосферного давления, выходе значения атмосферного давления за установленные границы и его резких скачках. Внешний вид устройства показан на Рисунке 1.

Рисунок 1. Барометр-сигнализатор. Внешний вид.

Рисунок 2. Барометр-сигнализатор. Обратная сторона

Пользователь самостоятельно задает граничные значения – минимальный и максимальный пороги. В случаях если атмосферное давление превысит максимальный порог или опустится ниже минимального порога, то устройство будет подавать прерывистые звуковые сигналы и световые сигналы «Порог». После трехкратного повтора звуковых сигналов звук отключается, при этом световой сигнал будет подаваться до возврата значения атмосферного давления в заданные границы.

Пользователь задает величину контролируемого скачка атмосферного давления за устанавливаемый интервал времени. В случаях если атмосферное давление в заданный интервал времени отклонилось на величину, превышающую контролируемый скачок, то устройство будет подавать прерывистые звуковые сигналы и световые сигналы «Скачок». После трехкратного повтора звуковых сигналов звук отключается, при этом световой сигнал будет подаваться до возврата значения атмосферного давления в условия, когда изменение атмосферного давления не может быть признано скачком.

Кроме того, пользователь может внести корректирующий коэффициент для устранения разницы между показаниями устройства и эталонного барометра.

В устройстве может быть задано нормальное (среднее) атмосферное давление для данной местности. Этот показатель определяет среднюю линию графика изменения атмосферного давления, отображаемого на главном экране устройства.

Значения атмосферного давления представлены в «мм рт. ст.».

Демонстрационный ролик:

Схема электрическая принципиальная

Схема электрическая принципиальная представлена на Рисунке 3.

Рисунок 3. Схема электрическая принципиальная

Устройство собрано на микроконтроллере ATmega328P.

Внимание! Фьюзы для настройки МК: High=0xD9; Low=0xE2; Ext=0x07; Lock=0x3F.

Резистор R1 и конденсатор C4 обеспечивают аппаратный сброс МК при подаче питания. Конденсаторы C1 и C5 защищают цепи питания от высокочастотных помех и бросков питания.

Значение атмосферного давления поступает от датчика BMP1 (BME/BMP280). Управление датчиком давления осуществляется по интерфейсу TWI (I2C). Входы датчика подтянуты к напряжению питания резисторами R7 и R8. Эти резисторы можно не устанавливать, если они уже установлены на плате датчика BME/BMP280.

Для отображения информации используется жидкокристаллический экран Nokia 5110. На экране отображается информация о текущем атмосферном давлении, а также параметры настройки устройства.

Оперативная индикация состояния атмосферного давления осуществляется с использованием светодиодов VD2...4 («Скачок», «Порог», «Норма»).

Звуковая сигнализация осуществляется с помощью усилителя низкой частоты на транзисторах VT2..3  и громкоговорителя SP1. Громкость звучания может быть отрегулирована с помощью переменного резистора R10 (на плате).

Настройка устройства осуществляется с использованием кнопок SA3(«Настройка»), SA1(«+»), SA2(«-»).

При нажатии на кнопку SA4(«Экран») отображается главный экран с текущим значением атмосферного давления.

Питание устройства может осуществляться от внутреннего или внешнего источника. Внутренний источник – две батареи типа AA> (2x1,5=3Вольта). Внешний источник – бортовая сеть 12Вольт. Понижение напряжения питания с 12В бортовой сети до 3В, необходимых устройству, осуществляется регулятором на микросхеме DA1 LM1117-3.3. Выбор вида источника питания осуществляется кнопкой с фиксацией SW1.

Внимание! Во избежание искажения результатов измерения от нагрева регулятора питания DA1 рекомендуется вынести его за пределы корпуса устройства и установить на радиатор.

Конструкция устройства

Плата выполнена на одностороннем фольгированном стеклотекстолите. Размер платы 84х64мм. Расположение деталей на плате показано на рисунке 4. На плате сверху проложены перемычки (!). Если использовать двухстороннюю печатную плату, то перемычки могут быть преобразованы в дорожки.

Рисунок 4. Печатная плата (со стороны деталей)

Разводка печатной платы показана на рисунке 5. Изображение зеркальное.

Рисунок 5. Печатная плата (со стороны дорожек, зеркальное изображение)

Рисунок 6. Расположение деталей на плате

Динамик закрепляется на задней стенке корпуса устройства.

Рисунок 7. Расположение отсека батарей питания и динамика

Настройка устройства

На рисунках 8 и 9 показаны экраны для настройки устройства. Для входа в режим нажмите кнопку «Настройка». На дисплее отобразятся настраиваемые параметры. Кнопками «+» и «-» установите требуемое значение параметра. Для перехода к настройке следующего параметра нажмите кнопку «Настройка». Для выхода из режима настройки нажмите несколько раз кнопку «Настройка».

Рисунок 8. Экран настройки №1

Рисунок 9. Экран настройки №2

Главный экран устройства отображает измеренные значения атм. давления и результаты расчетов по превышению текущим значением атм. давления установленных границ (порогов). В поле «Сигналы» отображается результат расчетов: низкое атм. давление, высокое атм. давление, нормальное атм. давление или обнаруженный скачок атм. давления. В пределах заданного интервала контроля скачка вычисляется разница между самым высоким и самым низким значениями атм. давления и отображается в позиции «Текущий скачок».  Интервал времени, за который должен быть определен скачок, отображается в позиции «Интервал времени…».

Рисунок 10. Главный экран

График отображает измеренные значения атм. давления в течение двух суток от текущего времени. Значение средней линии графика устанавливается параметром настройки «Ср.линия». Штриховые линии на графике определяют уровни верхней и нижней границ (пороги) коридора, внутри которого атм. давление считается нормальным.

Приложение:

SignalBarometer4.dch      Схема электрическая в формате Dip Trace

SignalBarometer4.            Печатная плата в формате Dip Trace

SignalBarometer4.hex      Загрузочный файл

SignalBarometer4.rar       Архив проекта Microchip Studio 7 на Си

Скачать архив