Владимир Макаров.

Цифровая комнатная метеостанция.

(хроно-термо-гигро-барометр)

Как поется в известной песне «Главней всего погода в доме…». Конечно автор под погодой имел ввиду душевное состояние супругов живущих под одной крышей. Но если подходить к этой фразе буквально, то она о том, что под крышей кроме душевного должен быть и климатический комфорт. Предлагаемое устройство обеспечивает измерение и отображение на светодиодном индикаторе температуры и относительной влажности воздуха в помещении, значения атмосферного давления и текущего времени.

Станция снабжена датчиком движения, который включает ее при появлении человека в зоне действия датчика. Этот режим позволяет экономить потребляемую энергию и использовать в качестве источника питания гальванические батареи. Кроме того, этот режим удобно использовать в спальне - выключенный дисплей станции не будет раздражать своим свечением. В этом случае для включения станции будет достаточно выполнить движение рукой или ногой.

Внешний вид станции показан на рисунках (Рисунок 1 и Рисунок 2).

Рисунок 1.
Внешний вид станции

Рисунок 2.
Внешний вид станции (обратная сторона)

Видео с демонстрацией работы станции представлено ниже:


 

Электрическая схема.

Схема электрическая принципиальная представлена на рисунке 3.

Рисунок 3.
Схема электрическая принципиальная.

Станция собрана на микроконтроллере ATmega8. Цепочка R1С1 обеспечивает начальный сброс (Reset) микроконтроллера при включении. Предусмотрено внутрисхемное программирование МК через разъем XP3 «SPI программатор».
Фьюзы МК ATmega8: HIGH=0xD9, LOW=0xE4.

В качестве дисплея используется четырех-разрядный 7-сегментный индикатор типа CL5642BN c общим анодом и двухточечным («:») разделителем часов и минут. Катоды сегментов индикатора подключены к МК через ограничительные резисторы. МК обеспечивает динамическую индикацию поочередно включая транзисторные ключи VT3…VT6.

Хронометр собран на микросхеме DS1307 по штатной схеме включения. Точность хода часов обеспечивается кварцевым резонатором Y1 с частотой 32768Гц. При отсутствии основного питания (5 Вольт) непрерывность хода часов обеспечивается резервным источником питания на гальваническом элементе CR2032 (3 Вольта). Взаимодействие МК с микросхемой DS1307 осуществляется по шине TWI (I2C). Линии шины TWI «подтянуты» к питанию VCC2 резисторами R20, R21. Установка часов и минут обеспечивается кнопками SA1 («Часы+»), SA2 («Минуты+»), SA3 («Установка»). При этом необходимо в момент начала цикла отображения данных на дисплее нажать и удерживать кнопку «Установка». Нажатием или нажатием с удержанием кнопок «Часы+» или «Минуты+» устанавливается время хронометра. При отпускании кнопки «Установка» в микросхему DS1307 в соответствующие ячейки запишутся значения часов и минут, отображенные на дисплее, а в ячейку секунд запишется значение 0. Таким образом можно точно синхронизировать время с внешними эталонными источниками точного времени (например, от вещательных радиостанций или телевидения).

К шине TWI также подключена плата барометра BMP180. Программа устройства считывает калибровочные коэффициенты, устанавливаемые производителем, и учитывает их при расчете атмосферного давления.

Измерение температуры осуществляется датчиком DHT11. МК управляет датчиком по последовательному однопроводному двунаправленному интерфейсу. Линия интерфейса «подтянута» к питанию VCC2 резистором R19.

Для экономного расходования энергии батарей микроконтроллер большую часть своего времени пребывает в состоянии глубокого сна («power-down»). При этом МК перед засыпанием обесточивает все измерительные датчики, подключенные к VCC2 (хронометр, датчик атмосферного давления, датчик влажности и температуры). Обесточивание датчиков обеспечивается ключами на транзисторах VT1 и VT2.

Для пробуждения МК в схему станции включен датчик движения HC-SR501. Его задача – вывести МК из состояния сна. При срабатывании датчик посылает сигнал МК, который пробуждается сам и подает питание VCC2 на периферийные датчики (хронометр, датчик атмосферного давления, датчик влажности и температуры). Ключ на транзисторе VT7 обеспечивает инверсию сигнала датчика движения для согласования с МК. Переключатель «Движение» позволяет отключить датчик движения, для еще большей экономии энергии батарей. В этом случае альтернативную команду на пробуждение МК можно подать нажатием кнопки «Установка».

Питание станции осуществляется от двух альтернативных типов источников: от трех батарей типа АА или от сетевого источника питания 5 Вольт по шине USB. Для переключения между источниками питания необходимо установить переключатель «Питание» в одно из положений: «USB» или «Батарея». При питании от батарей ток потребления станции в режиме сна составляет не более 200мкА, что при емкости батареи 2000мАч соответствует 10000 часам (более одного года) непрерывной работы.

При выборе сетевого источника питания следует учитывать, что пиковый ток потребления станции (во время измерения и при включенном дисплее) не превышает 100мА. Поэтому можно использовать практически любое зарядное устройство.

При питании от шины USB иногда целесообразно обеспечить постоянное измерение значений датчиками и отображение данных на дисплее. Для этого необходимо установить переключатель «Дисплей» в положение «Вкл». В этом случае МК не будет переводится в состояние сна.

Печатные платы.

Печатные платы разработаны в программе Dip Trace. Они выполнены на одностороннем фольгированном стеклотекстолите. Расположение деталей на основной печатной плате показано на рисунке (Рисунок 4). На рисунке перемычки со стороны монтажа выделены цветными ломаными линиями. Печатная плата со стороны дорожек показана на рисунке (Рисунок 5).

Рисунок 4.
Печатная плата (вид со стороны радиодеталей).

Рисунок 5.
Печатная плата (вид снизу, зеркальное отображение).

Кнопки и переключатели пульта управления станцией установлены на отдельной печатной плате (Рисунок 6 и Рисунок 7).

Рисунок 6.
Печатная плата Пульта управления (вид сверху).

Рисунок 7.
Печатная плата Пульта управления (вид со стороны дорожек).

Гнездо для подключения USB кабеля установлено на отдельной плате, купленной на AliExpress (Рисунок 8).

Рисунок 8.
Плата с гнездом USB.

Монтаж.

Станция смонтирована в корпусе универсальной коробки для кабельных каналов «Промрукав» - IP42; 400V; полистирол ГОСТ Р 50827.1-2009 ТУ 3464-001-97341529-2012 Артикул 40-0460.

На передней стороне корпуса прорезаны окна для дисплея и датчика движения. На тыльной стороне корпуса размещен датчик влажности и температуры DHT11, кнопки и переключатели пульта управления.

Батарея питания – три элемента AA 1.5 Вольт каждый размещены в специализированном держателе – «кроватке» .

Размещение радиодеталей на печатной плате показан на рисунке (Рисунок 9).

Рисунок 9.
Внешний вид размещения деталей на плате.

Архив к статье «CTBH.rar» содержит:

     1.   Папку CTBH – файлы проекта на Си в среде Atmel Studio 7.
     2.   CTBH.dch – схема электрическая принципиальная в формате Dip Trace.
     3.   CTBH.dip – печатная плата устройства в формате Dip Trace.
     4.   CTBH_Buttons.dip – печатная плата Пульта управления в формате Dip Trace.
     5.   CTBH.hex – загрузочный файл для МК.

Удачи Вам в творчестве и всего наилучшего!

Скачать архив.