Thermomètre-hygromètre domestique basé sur le capteur SHT21 et l'écran LCD du téléphone Nokia 3310. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Régulateurs de puissance, thermomètres, stabilisateurs thermiques

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Les auteurs de l'article invitent les lecteurs à réaliser un appareil portable utile au quotidien, dont la base est constituée des composants indiqués dans le titre.

Actuellement, un grand nombre de descriptions de thermomètres électroniques sont apparues dans la littérature radioamateur. La plupart de ces appareils (par exemple, [1-3]) utilisent un capteur de température numérique DS18B20, en raison de sa large disponibilité, de son coût relativement faible, de sa connexion simple à un microcontrôleur à l'aide d'une seule broche et de sa grande précision (environ 0,5 ° C).

Mais pour évaluer les conditions environnementales humaines, outre la température, d’autres paramètres sont également importants, notamment l’humidité relative de l’air. Jusqu'à récemment, des capteurs distincts étaient utilisés pour le mesurer, la plupart analogiques, nécessitant un étalonnage minutieux. Mais aujourd'hui, des capteurs numériques combinés mesurant à la fois la température et l'humidité de l'air sont devenus accessibles aux radioamateurs.

Un exemple est le capteur SHT21 [4]. Selon le fabricant, il s'agit du plus petit capteur d'humidité et de température au monde. Il est produit dans un boîtier miniature à six broches pour montage en surface et se connecte à un microcontrôleur via l'interface I2C largement utilisée. L'intervalle de mesure de l'humidité relative de l'air est de 0 à 100 % avec une erreur typique de ±2 %. Les températures comprises entre -40 et +125 °C sont mesurées avec une erreur typique de ±0,3 °C. Tout cela le rend très intéressant pour une utilisation comme capteur pour un thermomètre-humidimètre domestique. Les inconvénients incluent les dimensions trop petites (3x3x1,1 mm) - tous les radioamateurs ne peuvent pas facilement le monter sur une carte, ainsi que le coût plutôt élevé. Cependant, en 2011, Sensirion (le développeur du capteur) a envoyé ces capteurs à tout le monde à des fins publicitaires, et de nombreux radioamateurs ukrainiens et russes ont réussi à les recevoir. Selon les auteurs, l'article proposé leur sera très utile.

Pour afficher des informations, la plupart des microcontrôleurs amateurs utilisent des indicateurs de synthèse de signes sur des LED ou des cristaux liquides. Les premiers consomment beaucoup d'énergie, tandis que les seconds nécessitent soit un couplage complexe avec un microcontrôleur, soit n'ont pas de gros chiffres, ce qui rend difficile la lecture de leurs lectures à longue distance ou pour les personnes malvoyantes. Récemment, les radioamateurs ont commencé à utiliser dans leurs conceptions des écrans LCD graphiques de téléphones portables, qui permettent, avec de petites dimensions et une grande efficacité, de synthétiser des nombres assez grands sur l'écran. Le plus populaire d'entre eux était l'écran LCD du téléphone portable Nokia 3310. Cela s'explique par la facilité de sa connexion au microcontrôleur (seulement quatre ou cinq fils sont nécessaires et le protocole d'échange d'informations est très simple) et la manière simple de générer une image sur l'écran avec une résolution de 84x48 pixels. De plus, cet écran LCD est beaucoup moins cher que les produits couramment utilisés de Winstar et MELT.

Le microcontrôleur ATtiny2313 a été choisi pour contrôler le dispositif proposé en raison de sa prévalence, de son faible coût, de ses petites dimensions et de sa large plage de tension d'alimentation autorisée (2,7...5,5 V).

Fig. 1

Le schéma du thermomètre-humidimètre est présenté sur la Fig. 1. C'est très simple : en plus du capteur (B1), de l'écran LCD (HG1) et du microcontrôleur (DD1) déjà mentionnés, il ne dispose que de trois condensateurs, deux résistances et trois connecteurs.

Le capteur B1, comme mentionné ci-dessus, mesure la température et l'humidité actuelles de l'air et transmet les informations reçues au microcontrôleur via l'interface I2C. Le microcontrôleur ATtiny2l23 ne disposant pas de module matériel I3C, l'échange d'informations est organisé par logiciel. Les résistances R1 et R2 connectées aux lignes SDA et SCL sont requises selon les spécifications de l'interface. Ils maintiennent un niveau logique élevé lorsque les transistors de sortie des émetteurs d'interface sont fermés. Les condensateurs C1 et C2 bloquent les circuits d'alimentation du capteur et du microcontrôleur. Ils doivent être situés aussi près que possible du capteur B1 et du microcontrôleur DD1, respectivement. Le condensateur C3 est nécessaire au bon fonctionnement du LCD et doit être celui illustré à la Fig. 1 conteneur.

Le capteur B1 et le condensateur C1 sont placés sur une carte séparée, qui est connectée à la carte principale via un câble plat à quatre fils et un connecteur X2. Ceci est fait afin de pouvoir placer le capteur dans un endroit pratique pour mesurer la température et l'humidité. L'écran LCD HG1 est connecté au microcontrôleur à l'aide d'un câble plat à huit fils et du connecteur X3. Les informations sont transmises à l'indicateur via une interface SPI implémentée par logiciel. La fiche X1 est une double rangée avec une disposition de 5x2 broches. Il est destiné à programmer le microcontrôleur, ainsi qu'à alimenter l'appareil en tension d'alimentation via les circuits VCC et GND. L'affectation des broches de la fiche X1 est la même que celle de la prise câble de la carte de développement STK200/300 qui lui est associée.

Fig. 2

Le thermomètre-humidimètre est assemblé sur deux cartes de circuits imprimés : la carte principale (Fig. 2) et la carte capteur (Fig. 3). Les deux sont constitués d’une feuille PCB sur un côté.

Fig. 3

L'indicateur du téléphone Nokia 3310 est généralement vendu avec le clavier et le microphone sous la forme d'un ensemble illustré à la Fig. 4. Il dispose d'un contrôleur PCD8544 intégré, dont les informations peuvent être trouvées dans [5]. Au verso du module indicateur se trouvent des contacts à ressort dont la numérotation est indiquée sur la Fig. 5. Les fils du câble plat reliant l'écran LCD au connecteur X3 doivent y être soudés.

Fig. 4

Fig. 5

Bien entendu, pour réduire sa taille, l'indicateur peut être retiré du boîtier et souder les fils directement sur les plages de contact appliquées sur le verre. Mais il existe un risque extrêmement élevé de l'endommager accidentellement, cette option n'est donc pas recommandée. Il est préférable de scier les parties supérieure et inférieure du corps de l'indicateur. Dans le même temps, la soudure sera plus sûre et l'indicateur restera protégé contre les dommages. Mais même dans ce cas, il convient de rappeler que les contacts à ressort ne peuvent pas surchauffer lors du soudage. Si leur support en plastique fond, cela peut provoquer une perte de contact ou un court-circuit.

Après avoir assemblé la carte principale, vous devez charger les codes du fichier ht_meter.hex dans la mémoire programme du microcontrôleur DD1. La configuration du microcontrôleur doit être définie conformément à la Fig. 6.

Fig. 6

Il est important de se rappeler que la tension d'alimentation maximale du capteur et de l'écran LCD est de 3,6 V, vous devez donc les déconnecter des connecteurs X2 et X3 avant de programmer le microcontrôleur à l'aide d'un programmateur avec une tension d'alimentation de 5 V. Après avoir terminé la programmation et déconnecté le le programmateur, l'écran LCD et le capteur se reconnectent, puis alimentent en tension (pas plus de 3,6 V) les broches 2 et 4 du connecteur X1. Les auteurs ont utilisé deux cellules galvaniques de taille AA connectées en série pour alimenter l’appareil.

Fig. 7

Un thermomètre-humidimètre correctement assemblé ne nécessite aucun réglage. Les POUSSÉES DU BOUTON HG1 pendant son fonctionnement sont affichées sur deux lignes (Fig. 7) : les valeurs de température en degrés Celsius et d'humidité relative en pourcentage. Sous l'écran LCD sur le panneau avant de l'appareil, une fenêtre est découpée et recouverte d'un tissu lâche, juste derrière laquelle est installée une carte avec le capteur B1. L'appareil ne nécessite pas d'interrupteur d'alimentation, car le courant qu'il consomme est extrêmement faible, ce qui lui permet de fonctionner en continu à partir d'un ensemble de cellules galvaniques pendant six mois.

Les fichiers PCB au format Diptrace et le programme du microcontrôleur peuvent être téléchargés depuis ftp://ftp.radio.ru/pub/2013/09/ht-meter.zip.

littérature

1. Melnikov A. Thermomètre avec écran LCD et capteur DS18B20. - Radio, 2007, n°1, p. 46.
2. Frolov D. Thermomètre informatique avec capteur DS18B20. - Radio, 2004, n°9, p. 28, 29.
3. Sokol S. Thermomètre numérique. - sokolsp.at.ua/publ/cifrovoj_termom etr/1-1-0-6.
4. CI de capteur d'humidité et de température SHT21. - sensirion.com/fileadmin/user_upload/customers/sensirion/Dokume nte/Humidity/Sensirion_Humidity_SHT21_D atasheet_V3.pdf.
5. Contrôleur/pilote LCD matriciel PCD8544 48 84 pixels. - chipfind.ru/datasheet/pdf/philips/pcd8544.pdf.

Auteur: P. Kuznetsov, S. Sokol

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