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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Termómetro-higrómetro doméstico basado en el sensor SHT21 y LCD del teléfono Nokia 3310. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Reguladores de potencia, termómetros, estabilizadores de calor Los autores del artículo invitan a los lectores a hacer que un dispositivo portátil sea útil en la vida cotidiana, cuya base son los componentes indicados en el título. En la actualidad, ha aparecido una gran cantidad de descripciones de termómetros electrónicos en la literatura de radioaficionados. La mayoría de estos dispositivos (por ejemplo, [1-3]) utilizan el sensor de temperatura digital DS18B20, que se debe a su uso generalizado, costo relativamente bajo, conexión simple al microcontrolador usando solo una salida y alta precisión (alrededor de 0,5 ° C). Pero para evaluar las condiciones del entorno humano, además de la temperatura, también son importantes otros parámetros, especialmente la humedad relativa del aire. Hasta hace poco, se usaban sensores separados para medirlo, en su mayoría analógicos, que requerían una calibración minuciosa. Pero hoy, los sensores digitales combinados que miden tanto la temperatura como la humedad están disponibles para los radioaficionados. Un ejemplo es el sensor SHT21 [4]. Según el fabricante, este es el sensor de temperatura y humedad más pequeño del mundo. Viene en un paquete de montaje en superficie de seis pines en miniatura y se conecta al microcontrolador a través de la interfaz I2C ampliamente utilizada. Intervalo de medición de humedad relativa - 0...100% con un error típico de ±2%. La temperatura en el rango -40...+125 °C se mide con un error típico de ±0,3 °C. Todo esto lo hace muy atractivo para su uso como sensor de un termómetro de humedad doméstico. Las desventajas incluyen dimensiones demasiado pequeñas (3x3x1,1 mm): no todos los radioaficionados pueden montarlo fácilmente en una placa, así como un costo bastante alto. Sin embargo, en 2011, la empresa Sensirion (desarrollador del sensor) envió estos sensores a todos con fines publicitarios, y muchos radioaficionados ucranianos y rusos lograron obtenerlos. Según los autores, el artículo propuesto les será de gran utilidad. Para mostrar información en la mayoría de los dispositivos de microcontroladores de aficionados, se utilizan indicadores de síntesis de señales en LED o cristales líquidos. Los primeros consumen mucha energía, mientras que los segundos requieren una interfaz compleja con el microcontrolador o no difieren en dígitos grandes, lo que dificulta la lectura de sus lecturas desde una gran distancia o por parte de personas con problemas de visión. Recientemente, los radioaficionados han comenzado a utilizar en sus desarrollos los LCD gráficos de los teléfonos móviles, los cuales, con pequeñas dimensiones y alta eficiencia, permiten sintetizar números bastante grandes en la pantalla. El más popular de ellos fue el LCD del celular Nokia 3310. Esto se debe a la facilidad de su conexión al microcontrolador (solo se requieren cuatro o cinco cables, y el protocolo de intercambio de información es muy simple) y la forma sencilla de formar una imagen en una pantalla con una resolución de 84x48 píxeles. Además, esta pantalla LCD es mucho más económica que los productos de uso común de Winstar y MELT. El microcontrolador ATtiny2313 fue elegido como controlador del dispositivo propuesto debido a su prevalencia, bajo costo, tamaño pequeño y amplio rango de voltaje de suministro permitido (2,7...5,5 V).
El esquema del termómetro-higrómetro se muestra en la fig. 1. Es muy simple: además del sensor (B1), la pantalla LCD (HG1) y el microcontrolador (DD1) ya mencionados, solo tiene tres condensadores, dos resistencias y tres conectores. El sensor B1, como se mencionó anteriormente, mide la temperatura y la humedad actuales y transmite la información recibida al microcontrolador a través de la interfaz I2C. Dado que el módulo de hardware I2C no se proporciona en el microcontrolador ATtiny23l3, el intercambio de información está organizado por software. Las resistencias R1 y R2 conectadas a las líneas SDA y SCL se requieren según la especificación de la interfaz. Mantienen un alto nivel lógico en ellos cuando los transistores de salida de los transmisores de interfaz están cerrados. Los condensadores C1 y C2 son circuitos de bloqueo para alimentar el sensor y el microcontrolador. Deben estar lo más cerca posible del sensor B1 y del microcontrolador DD1, respectivamente. El capacitor C3 es necesario para el correcto funcionamiento del LCD y debe tener el que se muestra en la Fig. 1 contenedor El sensor B1 y el condensador C1 se colocan en una placa separada, que se conecta a la placa principal a través de un cable plano de cuatro hilos y un conector X2. Esto se hace para poder colocar el sensor en un lugar conveniente para medir la temperatura y la humedad. El LCD HG1 se conecta al microcontrolador mediante un cable plano de ocho hilos y un conector X3. La información se transmite al indicador a través de la interfaz de software implementada SPI. El enchufe X1 es un enchufe de dos filas con una disposición de pines de 5x2. Está destinado a programar el microcontrolador, así como a suministrar tensión de alimentación al dispositivo a través de los circuitos VCC y GND. El propósito de las clavijas del conector X1 es el mismo que el del conector del cable de la placa de desarrollo STK200/300 que se acopla con él.
El termómetro de humedad se ensambla en dos placas de circuito impreso: la principal (Fig. 2) y la placa del sensor (Fig. 3). Ambos están hechos de textolita laminada por un lado.
El indicador del teléfono Nokia 3310 generalmente se vende junto con una unidad de teclado y un micrófono en forma de ensamblaje que se muestra en la fig. 4. Tiene un controlador PCD8544 incorporado, cuya información se puede encontrar en [5]. En el reverso del módulo indicador hay contactos de resorte, cuya numeración se muestra en la fig. 5. Es a ellos a los que se deben soldar los cables del cable plano que conecta la pantalla LCD al conector X3.
Por supuesto, para reducir las dimensiones, el indicador se puede quitar de la caja y los cables se pueden soldar directamente a las almohadillas aplicadas al vidrio. Pero al mismo tiempo, el riesgo de dañarlo accidentalmente es extremadamente alto, por lo que no se recomienda esta opción. Es mejor cortar las partes superior e inferior de la carcasa del indicador. En este caso, la soldadura será más segura y el indicador permanecerá protegido contra daños. Pero incluso en este caso, vale la pena recordar que es imposible sobrecalentar los contactos de resorte al soldar. Si su soporte de plástico se derrite, puede causar una pérdida de contacto o un cortocircuito. Después de ensamblar la placa principal, es necesario cargar los códigos del archivo ht_meter.hex en la memoria del programa del microcontrolador DD1. La configuración del microcontrolador debe establecerse de acuerdo con la Fig. 6.
Es importante recordar que la tensión máxima de alimentación del sensor y del LCD es de 3,6 V, por lo que debe desconectarlos de los conectores X2 y X3 antes de programar el microcontrolador mediante un programador con tensión de alimentación de 5 V. Una vez finalizada la programación y desconectado el el programador, la pantalla LCD y el sensor se vuelven a conectar, luego se aplica voltaje de suministro (no más de 3,6 V) a los pines 2 y 4 del conector X1. Los autores utilizaron dos celdas galvánicas de tamaño AA conectadas en serie para alimentar el dispositivo.
Un termómetro-higrómetro correctamente ensamblado no necesita ser ajustado. Las pantallas LCD HG1 durante su funcionamiento se muestran en dos líneas (Fig. 7): valores de temperatura en grados Celsius y humedad relativa en porcentaje. Debajo de la pantalla LCD en el panel frontal del dispositivo, se corta una ventana y se cubre con un paño suelto, directamente detrás de la cual se instala una placa con el sensor B1. No se requiere un interruptor de alimentación en el dispositivo, ya que la corriente que consume es extremadamente pequeña, lo que le permite operar desde un conjunto de celdas galvánicas continuamente durante seis meses. Los archivos de PCB en formato Diptrace y el programa del microcontrolador se pueden descargar desde ftp://ftp.radio.ru/pub/2013/09/ht-meter.zip. Literatura
Autor: P. Kuznetsov, S. Sokol
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