19_21.PDF

Układ prognozujący przymrozki

P R O J E K T Y

Układ prognozujący

przymrozki

Cyfrowy miernik temperatury

i wilgotności

S¹siad posadzi³ w³aúnie

pomidory. Zaniepokojony

rozgl¹da siÍ i†zastanawia,

czy w†nocy bÍdzie

przymrozek? Moøna mu

zaproponowaÊ, aby uda³ siÍ

do panny Trelawney z†proúb¹

o†przepowiedniÍ. Wiemy

jednak, øe juø Dumbledore

twierdzi³, øe przepowiadanie

przysz³oúci to bardzo ma³o

úcis³a dziedzina magii...

SprÛbujmy wiÍc inaczej. Co

dzieje siÍ po zachodzie S³oÒca?

Ciep³o jest z†Ziemi wypromienio-

wywane i†temperatura powietrza

obniøa siÍ. Im ch³odniejsze po-

wietrze, tym mniej wody moøe siÍ

w†nim utrzymaÊ. Gdy temperatura

obniøy siÍ do tak zwanego punktu

rosy , zaczyna siÍ wykraplaÊ woda

i†pojawia siÍ rosa lub mg³a. Pod-

czas skraplania pary wydzielane

jest tak duøo ciep³a, øe dalszy

spadek temperatury jest juø bar-

dzo powolny. Gdybyúmy znali

temperaturÍ punktu rosy, mogli-

byúmy, w†myúl zasady, øe kaøda

rozwiniÍta technologia jest nieod-

rÛønialna od magii, zast¹piÊ pan-

nÍ Trelawney.

Broni do stoczenia bitwy z†tym

problemem dostarcza nam fizyko-

chemia. Znaj¹c temperaturÍ, moø-

na obliczyÊ prÍønoúÊ pary wodnej

w†tej temperaturze, a†z†niej masÍ

wody, ktÛr¹ moøe utrzymaÊ po-

wietrze. Jeúli dodatkowo zmierzy-

my wilgotnoúÊ wzglÍdn¹, bÍdzie-

my mogli obliczyÊ, ile gramÛw

wody jest w†metrze szeúciennym

powietrza. PostÍpuj¹c niejako

w†odwrotnym ìkierunkuî, moøna

obliczyÊ temperaturÍ, w†ktÛrej po-

Zintegrowane czujniki wilgotności i temperatury firmy Sensirion są elementami, na które czekało

wielu elektroników, zwłaszcza tych, którzy zajmują się projektowaniem urządzeń do systemów

automatyki i klimatyzacji.

W niewielkiej obudowie produ−

cent zintegrował czujnik tem−

peratury, czujnik wilgotności,

14−bitowy przetwornik A/C

z dwoma wejściami pomiaro−

wymi, pamięć nastaw kalibra−

cyjnych, a także interfejs ko−

munikacyjny, który przypomina

zasadą działania I 2 C (lecz nie

jest z nim zgodny).

Elektronika Praktyczna 8/2002

Układ prognozujący przymrozki

List. 1. Obsługuja transmisji

danych z czujnika SHT11

$asm

'Procedura pomiaru temperatury

setb Sda

'Inicjalizacja transmisji

clr CLK

nop

setb Clk

nop

clr Sda

nop

clr Clk

nop

setb Clk

nop

setb Sda

nop

clr Clk

nop

clr Sda

mov B, #6

'Transmituj szesc zer

Temperatura:

setb Clk

nop

clr Clk

djnz B,Temperatura

'Rozkaz pomiaru temperatury

setb Sda

nop

setb Clk

nop

clr Clk

nop

setb Clk

nop

clr Clk

nop

setb Clk

'ACK

nop

clr Clk

$end Asm

Waitms 250

$asm

setb Clk

'Opusc dwa bity

nop

clr Clk

nop

setb Clk

nop

clr Clk

mov DPH, #0

mov B, #6

Pierwszy:

'Czytaj 6 bitow

mov C, Sda

mov A, DPH

rlc A

mov DPH, A

setb CLK

nop

clr Clk

djnz B, Pierwszy

clr Sda

'ACK

nop

setb Clk

nop

clr Clk

nop

setb Sda

mov DPL, #0

'Czytaj 8 bitow

mov B, #8

Drugi:

mov C, Sda

mov A, DPL

rlc A

mov DPL, A

setb Clk

nop

clr Clk

djnz B, Drugi

setb Sda

nop

'Not ACK

setb Clk

nop

clr Clk

mov {Msb}, DPH

mov {Lsb}, DPL

$end Asm

Rys. 1. Schemat elektryczny przewidywacza przymrozków

wietrze nie moøe juø utrzymaÊ

zawartej w†nim wody, a†wiÍc tem-

peraturÍ rosy . Jest ma³o prawdo-

podobne, aby temperatura w†nocy

spad³a poniøej punktu rosy. Ist-

nieje, co prawda, moøliwoúÊ, øe

pÛ³nocny wiatr przywieje arktycz-

ne powietrze znad bieguna, ale na

szczÍúcie, pÛ³nocne wiatry nie s¹

u†nas czÍste.

Schemat elektryczny ( rys. 1 )

miernika jest typow¹ aplikacj¹

mikrokontrolera AT89C4051 po³¹-

czonego z†alfanumerycznym wy-

úwietlaczem ciek³okrystalicznym

i†nie wymaga komentarza. Naleøy

tylko wspomnieÊ, øe do prawid-

³owej komunikacji na szynie sze-

regowej niezbÍdne s¹ rezystory

podci¹gaj¹ce. ìPodci¹giî zawarte

w†strukturze mikrokontrolera nie

s¹ wystarczaj¹ce.

Jak we wszystkich uk³adach

mikrokontrolerowych, ca³a jego

ìm¹droúÊî jest zawarta w†progra-

mie. Komunikacja z†czujnikiem

zrealizowana jest za pomoc¹

dwÛch linii: linii zegarowej CLK

i†linii danych SDA. Interfejs jest

podobny do I 2 C, ale - niestety -

nie jest z nim identyczny. Szcze-

gÛ³owy opis protoko³u znajduje

siÍ w†nocie aplikacyjnej do³¹cza-

nej do czujnika (moøna j¹ takøe

úci¹gn¹Ê ze strony www.sensi-

rion.com ).

Dla zainicjowania transmisji

wysy³ana jest sekwencja startowa.

W†tym celu mikrokontroler usta-

wia na obu liniach poziom wy-

soki, nastÍpnie ustawia poziom

Opis uk³adu

Do pomiaru temperatury i†wil-

gotnoúci wzglÍdnej zastosowa³em

czujnik SHT11 firmy Sensirion.

Element ten zawiera w†swojej

strukturze czujnik temperatury,

czujnik wilgotnoúci, 14-bitowy

przetwornik AC, pamiÍÊ zawiera-

j¹c¹ tabele kalibracyjne obu czuj-

nikÛw oraz interfejs szeregowy.

Kaødy egzemplarz jest fabrycznie

kalibrowany w†komorze o†standa-

ryzowanej temperaturze i†wilgot-

noúci, a†wspÛ³czynniki kalibracyj-

ne wpisywane s¹ do pamiÍci OTP

czujnika i†uøywane do korygowa-

nia odczytÛw sensorÛw. W†rezul-

tacie otrzymujemy bardzo wysok¹

dok³adnoúÊ i†powtarzalnoúÊ po-

miarÛw.

Elektronika Praktyczna 8/2002

Układ prognozujący przymrozki

niski na linii SDA, po czym

nastÍpuje wyzerowanie i†ponowne

ustawienia linii CLK i†ustawienie

linii SDA. SekwencjÍ startow¹

koÒczy wyzerowanie linii CLK.

NastÍpnie przesy³any jest adres

czujnika. Ma on wy³¹cznie adres

000, nie moøna wiÍc pod³¹czyÊ

do szyny wiÍcej niø jednego czuj-

nika. Kolejne 5†bitÛw jest rozka-

zem pomiaru: 00011 dla tempe-

ratury i†00101 dla wilgotnoúci.

Czujnik potwierdza odbiÛr rozka-

zu przez wymuszenie poziomu

niskiego na linii SDA na jeden

okres sygna³u zegarowego. Mikro-

kontroler powinien teraz zatrzy-

maÊ wysy³anie impulsÛw zegaro-

wych na czas pomiaru. Wed³ug

danych producenta pomiar moøe

trwaÊ 210ms, wiÍc dla bezpie-

czeÒstwa mikrokontroler czeka

250ms. NastÍpnie mikrokontroler

wznawia impulsy zegarowe i†od-

czytuje dwa bajty danych. Wyniki

pomiarÛw transmitowane s¹ od

najbardziej znacz¹cego bitu ( MSB

first ) i†wyrÛwnywane do prawego

bitu w†bajcie. Mikrokontroler po-

twierdza odbiÛr pierwszego bajtu

przez wymuszenie poziomu nis-

kiego na linii SDA na jeden okres

zegarowy. Jeúli nie korzystamy

z†sumy kontrolnej, mikrokontroler

powinien zakoÒczyÊ transmisjÍ

przez pozostawienie linii SDA na

poziomie wysokim na jeden okres

zegarowy. Fragment programu ob-

s³uguj¹cy transmisjÍ napisa³em

w†asemblerze - moøna go przea-

nalizowaÊ na list. 1 .

NastÍpnie obliczana jest tempe-

ratura. Analogicznie jest odczyty-

wany wynik pomiaru wilgotnoúci

i†obliczana wilgotnoúÊ wzglÍdna

z†uwzglÍdnieniem korekcji tempe-

raturowej. Procedura ta jest szcze-

gÛ³owo opisana w†nocie aplikacyj-

nej czujnika. Po wyúwietleniu wy-

nikÛw mikrokontroler przystÍpuje

do obliczania punktu rosy. I†tu

pojawi³ siÍ problem: zabrak³o pa-

miÍci programu w†uk³adzie

89C4051 (z tej samej przyczyny

procedurÍ komunikacji z†czujni-

kiem napisa³em w†asemblerze). Po-

niewaø nie ma sensu stosowanie

ìwiÍkszegoî mikrokontrolera dla

stosunkowo prostego zadania, za-

stosowa³em rozwi¹zanie kompro-

misowe polegaj¹ce na obliczeniu

wartoúci funkcji na PC, stabelary-

zowaniu ich i†umieszczeniu w†pa-

miÍci mikrokontrolera. I†tu pojawi³

siÍ kolejny problem. Kompilator

nie chcia³ przyj¹Ê tak duøej tablicy

danych. Zmusi³o mnie to do po-

dzielenia tablicy na 10 czÍúci. Jest

to rozwi¹zanie skrajnie nieelegan-

ckie, ale skuteczne.

Montaø i†uruchomienie

Uk³ad zosta³ zmontowany na

p³ytce uniwersalnej AVT-2504. Po-

niewaø nie podoba³o mi siÍ

umieszczenie wyúwietlacza od

strony úcieøek, jak to przewidzia³

autor ìuniwersalkiî, pod³¹czy³em

wyúwietlacz tasiemk¹ i†zamonto-

wa³em go na tulejkach dystanso-

wych od strony elementÛw. Mier-

nik nie wymaga uruchamiania.

Jedyn¹ niezbÍdn¹ czynnoúci¹ jest

ustawienie kontrastu wyúwietla-

cza. Na wyúwietlaczu pojawiaj¹

siÍ kolejno: temperatura, wilgot-

noúÊ wzglÍdna i†temperatura rosy.

Oczywiúcie, dla zwiÍkszenia czy-

telnoúci moøna zastosowaÊ wy-

úwietlacz dwu- lub nawet cztero-

liniowy.

Pawe³ Paw³owicz

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1, R2: 10k

potencjometr

miniaturowy

Kondensatory

C1, C2: 33pF

C3: 10

F/16V

Literatura:

1. SHT1x Humidity and

Temperature Sensmitter,

Sensirion 2002.

2. Dewpoint Calculation,

Sensirion 2001.

3. G.D. Roth, Pogoda i Klimat,

Bertelsmann Sp. z o.o,

Warszawa 2000.

4. K.PigoÒ, Z.Ruziewicz,

Chemia Fizyczna,

PWN Warszawa 1980.

C4: 100

F/16V

C6, C7: 100nF

Półprzewodniki

IC1: AT89C4051 zaprogramowany

IC2: 78L05

Różne

Rezonator kwarcowy 12MHz

Czujnik SHT11

Wyświetlacz alfanumeryczny LCD

16*1

Złącze ARK 2/500 3.5mm

Podstawka DIP20 precyzyjna

Wzory p³ytek drukowanych w for-

macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie

pod adresem: http://www.ep.com.pl/

?pdf/sierpien02.htm oraz na p³ycie

CD-EP08/2002B w katalogu PCB .

Elektronika Praktyczna 8/2002

R3: 10k

C5: 22

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: