Termômetro-medidor de umidade doméstico baseado no sensor SHT21 e LCD do telefone Nokia 3310. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Os autores do artigo convidam os leitores a tornar útil no dia a dia um dispositivo portátil, cuja base são os componentes indicados no título.

Atualmente, um grande número de descrições de termômetros eletrônicos apareceu na literatura de rádio amador. A maioria desses dispositivos (por exemplo, [1-3]) usa um sensor digital de temperatura DS18B20, devido à sua ampla disponibilidade, custo relativamente baixo, conexão simples a um microcontrolador usando apenas um pino e alta precisão (cerca de 0,5° C).

Mas para avaliar as condições ambientais humanas, além da temperatura, outros parâmetros também são importantes, principalmente a umidade relativa do ar. Até recentemente, sensores separados eram usados ​​para medi-lo, a maioria deles analógicos, exigindo uma calibração meticulosa. Mas hoje, sensores digitais combinados que medem a temperatura e a umidade do ar estão disponíveis para rádios amadores.

Um exemplo é o sensor SHT21 [4]. Segundo o fabricante, este é o menor sensor de umidade e temperatura do mundo. Ele é produzido em um pacote miniatura de montagem em superfície de seis pinos e se conecta a um microcontrolador por meio da interface I2C amplamente utilizada. O intervalo de medição da umidade relativa do ar é de 0...100% com um erro típico de ±2%. Temperaturas na faixa de -40...+125 °C são medidas com um erro típico de ±0,3 °C. Tudo isso o torna muito atraente para uso como sensor para um termômetro-medidor de umidade doméstico. As desvantagens incluem dimensões muito pequenas (3x3x1,1 mm) - nem todo radioamador consegue facilmente montá-lo em uma placa, bem como o custo bastante alto. No entanto, em 2011, a Sensirion (o desenvolvedor do sensor) enviou esses sensores a todos para fins publicitários, e muitos rádios amadores ucranianos e russos conseguiram recebê-los. Segundo os autores, o artigo proposto será muito útil para eles.

Para exibir informações, a maioria dos dispositivos microcontroladores amadores usa indicadores de síntese de sinais em LEDs ou cristais líquidos. Os primeiros consomem muita energia, enquanto os últimos requerem um emparelhamento complexo com um microcontrolador, ou não possuem dígitos grandes, o que dificulta a leitura de suas leituras à longa distância ou para pessoas com deficiência visual. Recentemente, os rádios amadores começaram a utilizar em seus designs LCDs gráficos de celulares, que permitem, com pequenas dimensões e alta eficiência, sintetizar números bastante grandes na tela. O mais popular deles foi o LCD do celular Nokia 3310. Isso se explica pela facilidade de sua conexão ao microcontrolador (são necessários apenas quatro ou cinco fios e o protocolo de troca de informações é muito simples) e pela forma simples de gerando uma imagem na tela com resolução de 84x48 pixels. Além disso, este LCD é muito mais barato do que os produtos comumente usados ​​da Winstar e MELT.

O microcontrolador ATtiny2313 foi escolhido para controlar o dispositivo proposto devido à sua prevalência, baixo custo, pequenas dimensões e ampla faixa de tensão de alimentação permitida (2,7...5,5 V).

Fig. 1

O diagrama do termômetro-medidor de umidade é mostrado na Fig. 1. É muito simples - além do já citado sensor (B1), LCD (HG1) e microcontrolador (DD1), possui apenas três capacitores, dois resistores e três conectores.

O sensor B1, conforme mencionado acima, mede a temperatura e umidade atuais do ar e transmite as informações recebidas ao microcontrolador através da interface I2C. Como o microcontrolador ATtiny2l23 não possui módulo I3C de hardware, a troca de informações é organizada por software. Os resistores R1 e R2 conectados às linhas SDA e SCL são necessários conforme especificação da interface. Eles mantêm um alto nível lógico quando os transistores de saída dos transmissores de interface estão fechados. Os capacitores C1 e C2 estão bloqueando os circuitos de alimentação do sensor e do microcontrolador. Eles devem estar localizados o mais próximo possível do sensor B1 e do microcontrolador DD1, respectivamente. O capacitor C3 é necessário para o correto funcionamento do LCD e deve possuir o mostrado na Fig. 1 recipiente.

O sensor B1 e o capacitor C1 são colocados em uma placa separada, que é conectada à placa principal por meio de um cabo plano de quatro fios e conector X2. Isso é feito para poder colocar o sensor em um local conveniente para medir temperatura e umidade. O LCD HG1 é conectado ao microcontrolador por meio de um cabo plano de oito fios e conector X3. As informações são transmitidas ao indicador por meio de uma interface SPI implementada por software. O plugue X1 é uma fileira dupla com um arranjo de 5x2 pinos. Destina-se à programação do microcontrolador, bem como à alimentação do dispositivo com tensão de alimentação através dos circuitos VCC e GND. A atribuição dos pinos do plugue X1 é a mesma do soquete do cabo da placa de desenvolvimento STK200/300 que está acoplado a ele.

Fig. 2

O termômetro-medidor de umidade é montado em duas placas de circuito impresso: a principal (Fig. 2) e a placa sensora (Fig. 3). Ambos são feitos de folha PCB de um lado.

Fig. 3

O indicador do telefone Nokia 3310 é normalmente vendido junto com a unidade de teclado e microfone na forma de um conjunto mostrado na Fig. 4. Possui um controlador PCD8544 integrado, cujas informações podem ser encontradas em [5]. No verso do módulo indicador existem contatos de mola, cuja numeração é mostrada na Fig. 5. Os fios do cabo plano que conecta o LCD ao conector X3 devem ser soldados a eles.

Fig. 4

Fig. 5

Claro, para reduzir seu tamanho, o indicador pode ser removido da caixa e soldados os fios diretamente nas almofadas de contato aplicadas no vidro. Mas existe um risco extremamente elevado de danificá-lo acidentalmente, por isso esta opção não é recomendada. É melhor cortar as partes superior e inferior do corpo do indicador. Ao mesmo tempo, a soldagem será mais segura e o indicador permanecerá protegido contra danos. Mas mesmo neste caso, vale lembrar que os contatos da mola não podem superaquecer durante a soldagem. Se o suporte de plástico derreter, poderá causar perda de contato ou curto-circuito.

Após montar a placa principal, é necessário carregar os códigos do arquivo ht_meter.hex na memória de programa do microcontrolador DD1. A configuração do microcontrolador deve ser definida conforme Fig. 6.

Fig. 6

É importante lembrar que a tensão máxima de alimentação do sensor e do LCD é de 3,6 V, portanto deve-se desconectá-los dos conectores X2 e X3 antes de programar o microcontrolador utilizando um programador com tensão de alimentação de 5 V. Concluída a programação e desconexão do o programador, o LCD e o sensor são conectados novamente e, em seguida, fornecem tensão (não mais que 3,6 V) aos pinos 2 e 4 do conector X1. Os autores usaram duas células galvânicas conectadas em série de tamanho AA para alimentar o dispositivo.

Fig. 7

Um termômetro-medidor de umidade montado corretamente não requer ajuste. Os APERTOS DO BOTÃO HG1 durante seu funcionamento são exibidos em duas linhas (Fig. 7): valores de temperatura em graus Celsius e umidade relativa em porcentagem. Abaixo do LCD no painel frontal do aparelho, uma janela é recortada e forrada com tecido solto, logo atrás da qual está instalada uma placa com sensor B1. Não é necessário interruptor liga / desliga no aparelho, pois a corrente que ele consome é extremamente pequena, o que permite operar a partir de um conjunto de células galvânicas continuamente por seis meses.

Arquivos PCB no formato Diptrace e o programa do microcontrolador podem ser baixados em ftp://ftp.radio.ru/pub/2013/09/ht-meter.zip.

Literatura

1. Melnikov A. Termômetro com LCD e sensor DS18B20. - Rádio, 2007, nº 1, p. 46.
2. Frolov D. Termômetro de computador com sensor DS18B20. - Rádio, 2004, nº 9, p. 28, 29.
3. Sokol S. Termômetro digital. - sokolsp.at.ua/publ/cifrovoj_termom etr/1-1-0-6.
4. IC do sensor de umidade e temperatura SHT21. - sensirion.com/fileadmin/user_upload/customers/sensirion/Dokume nte/Humidity/Sensirion_Humidity_SHT21_D atasheet_V3.pdf.
5. PCD8544 Controlador/driver LCD de matriz de 48 84 pixels. - chipfind.ru/datasheet/pdf/philips/pcd8544.pdf.

Autor: P. Kuznetsov, S. Sokol

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