Барометр и термометр на ATmega8 (с печатной платой). Метро обозначит границы: когда столичный транспорт введет оплату по зонам Принципиальная схема устройства

Подключение мотора постоянного тока к Ардуино (коллекторного двигателя) требуется при сборке машинки или катера на микроконтроллере Arduino. Рассмотрим различные варианты подключения двигателей постоянного тока: напрямую к плате, через биполярный транзистор, а также с использованием модуля L298N. В обзоре размещены схемы подключения и коды программ для всех перечисленных вариантов.

Управление двигателем на Ардуино

Коллекторный моторчик может быть рассчитан на разное напряжения питания. Если двигатель работает от 3-5 Вольт, то можно моторчик подключать напрямую к плате Ардуино. Моторы для машинки с блютуз управлением, которые идут в комплекте с редукторами и колесами рассчитаны уже на 6 Вольт и более, поэтому ими следует управлять через полевой (биполярный) транзистор или через драйвер L298N.

На схеме показано устройство моторчика постоянного тока и принцип его работы. Как видите, для того, чтобы ротор двигателя начал крутиться к нему необходимо подключить питание. При смене полярности питания, ротор начнет крутиться в обратную сторону. Драйвер двигателей L298N позволяет инвертировать направление вращения мотора fa 130, поэтому его удобнее использовать в своих проектах.

Как подключить моторчик к Arduino

Для занятия нам понадобятся следующие детали:

• плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
• мотор постоянного тока (Motor DC);
• транзистор полевой/биполярный;
• драйвер двигателей L298N;
• провода «папа-папа», «папа-мама».

Перед выбором способа управления двигателем от Arduino Uno r3 , уточните на какое напряжение рассчитан ваш моторчик. Если питание требуется более 5 Вольт, то следует использовать транзистор или драйвер. Распиновка транзисторов может отличаться от приведенного примера (следует уточнить распиновку для своего типа). Драйвер L298N позволит не только включать мотор, но и изменять направление вращения.

Скетч. Подключение мотора напрямую

Подключение мотора к Ардуино напрямую — самый простой вариант включения вентилятора на Arduino или машинки. Команда для включения двигателя не отличается, от команды при подключении светодиода к микроконтроллеру. Функция digitalWrite включает/выключает подачу напряжения на цифровой порт, к которому подключен двигатель постоянного тока. Соберите схему и загрузите программу.

Пояснения к коду:

1. для подключения мотора без драйвера можно использовать любой порт;
2. если двигатель не включается, то, возможно, не хватает силы тока на цифровом выходе, подключите двигатель через транзистор к порту 3,3V или 5V.

Скетч. Подключение мотора через транзистор

Подключение мотора через транзистор к Ардуино потребуется, если двигатель никак не хочет включаться от платы напрямую, то следует использовать порт 5 Вольт на микроконтроллере или внешний источник питания. Транзистор будет играть роль ключа, замыкая/размыкая электрическую цепь. Сам транзистор управляется цифровым портом. Соберите схему, как на картинке и загрузите программу.

Пояснения к коду:

1. при необходимости можно подключить два мотора FA-130 к Ардуино;
2. в зависимости от характеристик, двигатель подключается к 3,3 или 5 Вольтам.

Скетч. Подключение мотора через драйвер

Подключение мотора к Ардуино через драйвер L298N или Motor Shield L293D позволит менять направление вращения ротора. Но для использования данных модулей потребуется установить соответствующие библиотеки для Ардуино . В примере мы использовали схему подключения двигателя с помощью модуля L298N. Соберите схему, как на картинке ниже и загрузите следующий скетч с использованием.

Пояснения к коду:

1. драйвер двигателей позволяет управлять скоростью и направлением вращения мотора, подробнее читайте в обзоре — Подключение драйвера L298N к Arduino;
2. если моторчики не крутятся, подключите к драйверу источник питания 6-12В.

Температура
и давление окружающего воздуха оказывают большое влияние на самочувствие
человека. Их важно знать и в походе, и на даче, и дома. Предлагаемый компактный
прибор как нельзя лучше подходит для этого. Его можно использовать также для
приблизительной оценки высоты, например, при подъеме в горы. Уменьшение
давления на 1 мм ртутного столба соответствует увеличению высоты над уровнем
моря приблизи­тельно на 10 м.

Пределы
измерения и погрешность прибора
определяются в основном примененными в нем датчиками тем­пература -55…+125
°С, атмосферное давление 225. 825 мм ртутного столба Прибор питается
напряжением 9 В от гальванической батареи типа “Крона” или сетевого
адаптера Потребляемый ток - 30 мА (при выключенной под­светке ЖКИ). Размеры
корпуса - 118×72 28 мм. Работа прибора была проверена при температуре от -5 до
+25 С Погрешность измерения давле­ния не превысила 4 мм ртутного столба Схема
прибора изображена на рис. 1 причем собранный на отдель­ной плате модуль
измерения давления выделен штрихпунктирной линией.

Необходимые
для работы датчика так­товые импульсы частотой 32768 Гц выра­батывает кварцевый
генератор на эле­ментах микросхемы DD1 В принципе, эти импульсы мог бы
формировать и микро­контроллер DD2 с помощью одного из имеющихся в нем таймеров
Но это по­требовало бы усложнения программы.

Напряжение
3,6 В для питания датчи­ка В1 и микросхемы DD1 получено с помощью стабилитрона VD1
Резисторы R1 -R3 - нагрузочные для линий свя­зывающего датчик с микроконтролле­ром
интерфейса 1С и сигнала XCLR Печатная плата модуля измерения дав­ления показана
на рис. 2

Хотя
датчик HP03SB содержит и встроенный измеритель температуры, его показания
используются програм­мой микроконтроллера DD2 только для уточнения результатов
измерения дав­ления. На ЖКИ HG1 вместе со значени­ем давления выводятся
показания дру­гого датчика температуры - DS1624 (В2) Причина этого проста - он
точнее При необходимости датчик В2 можно сделать выносным и расположить там где
температура представляет наиболь­ший интерес. При установке в корпусе прибора
этот датчик следует вынести на боковую стенку, сделав в ней окно по его
размерам Иначе неизбежна ошибка на 1,5 ..1,8 ‘С, в чем я убедился на практике
Напряжение питания +5 В стабилизи­ровано микросхемой DA1 Подстроеч ным
резистором R8 устанавливают наи­лучшую контрастность изображения на ЖКИ Кнопкой
SB1 включают подсветку его табло. Остальные элементы необхо­димы для работы
микроконтроллера Элементы R7 R9 СЮ VD2 - цепь уста­новки микроконтроллера в
исходное состояние Кварцевый резонатор ZQ2 с конденсаторами С11.С12 - частотозадающая
цепь тактового генератора мик роконтроллера.

На
рис. 3 представлен чертеж ос­новной печатной платы прибора а на рис. 4 -
расположения деталей на ней В переходное отверстие показанное залитыми (плата
на рис. 2), необходимо вставить и пропаять с двух сторон прово­лочную
перемычку. Для микроконтрол­лера DD1 должна быть предусмотрена панель, так как
в процессе налаживания прибора эту микросхему придется из­влекать и вновь
устанавливать.

Остановимся
на некоторых особен­ностях датчика HP03SB. общий вид и га­баритные размеры
показаны на рис. 5 Для определения давления необходимо предварительно прочитать
из памя­ти установленного в приборе экземпля­ра этого датчика двухбайтные
значения коэффициентов С,-С- и однобайтные значения параметров A-D. Все они ин­дивидуальны
для данного экземпляра.

Результаты
измерения представляют собой два двухбайтных числа- D1 - дав­ление D2 -
температура. Прочитав их из памяти
датчика программа должна вычислить вспомогательные значения

Более
подробные сведения о датчике HP03SB имеются в . Однако необ­ходимо отметить
что там указаны невер­но адреса внутренней памяти датчика, по которым хранятся
его индивидуаль­ные константы. Следует пользоваться теми адресами что приведены
в В приборе можно применить и другие дат­чики серии НРОЗ Некоторые из них
име­ют меньшую точность, другие отлича­ются конструктивным оформлением.

Работа
программы начинается с ини­циализации портов микроконтроллера и ЖКИ Успешную
инициализацию под­тверждает вывод на табло надписи “TER- MOBAR” (буква
Н пропущена). Затем инициализируется датчик давления, счи состояние регистра
статуса модуля TW1 микроконтроллера не проверяется.

Для
чтения коэффициентов и пара­метров датчика предназначена специ­альная программа
ReadCC, которую необходимо загрузить в программную память микроконтроллера полностью собранного
прибора (с подключенным модулем измерения давления), вклю­чить его и через
несколько секунд выключить. После этого нужно извлечь микроконтроллер и с
помощью про­грамматора прочитать содержимое его EEPROM. В нем по адресам,
указанным в табл. 1, находятся значения индиви­дуальных коэффициентов и парамет­ров
датчика. Далее необходимо открыть файл рабочей про­граммы баро­метра-термо­метра
BARO-2 asm, найти в нем фрагмент, приведенный в табл. 2, и ис­править значе­ния
объявлен­ных там конс­тант в соответ­ствии с прочи­танными из EEPROM Пара­метр D
в про­грамме не ис­пользуется

Теперь
про­грамма готова к работе с уста­новленным в прибор экзем­пляром датчика
Остается от­транслировать ее с помощью AVR Studio и загрузить полу­ченный НЕХ- файл
в микро­контроллер Уч­тите, что анало­гичный файл, приложенный к статье, рассчи­тан
на работу с датчиком, имев­шимся у автора Если загрузить его в микрокон­троллер
при­бор с другим эк­земпляром дат­чика давления будет работать но давать неточ­ные
показания

В
разработке использованы фрагменты программ из и . Подпро­граммы преоб­разования
чи­сел из шестнадцатеричного формата в дво­ично-десяти­чный перерабо­таны с
учетом разрядности чисел. Подпро­граммы пере­множения и де­ления двух­байтных
чисел, предназначен­ные для микро­контроллеров семейства MCS-51, пере­ведены на
язык ассемблера AVRASM Мень­ше всего под­верглась изме­нениям подпрограмма
управления ЖКИ, учтены лишь особенности индикатора MT-10S1 а для ввода и вывода
сигналов использо­ваны другие порты микроконтроллера.

Описание часов.

Возникла необходимость обновить будильник в спальне. Для переделки использовались китайские часы VST-716. Из недостатков, присущих им: мерцание индикатора; цвет индикатора в моей модели был раздражающий красный; для ночи яркость индикатора слишком, для дня недостаточная; и самое главное, хотя и предусмотрена работа от батареек, но это только работа часов, чтобы не сбились, индикатор и будильник не работают. Ну и еще - скучные.

При вскрытии выяснил, что динамическая индикация идет с частотой сети (отсюда мерцания). Индикатор "урезанный", то есть в неиспользуемых сегментах светодиоды отсутствуют. Коммутация для динамики мягко говоря странная и заложена конструкцией индикатора. Пришел к выводу, что кроме корпуса и кнопок (после переделки) и использовать ничего не получится. Поэтому решил кардинально все переделать.

1. Функции.

1.1. Часы, формат отображения времени 24-х часовый, часы:минуты.

1.2. Цифровая коррекция точности. Возможна ежесуточная коррекция ±25 сек. Установленное значение в 1 час 0 минут 30 сек будет прибавлено/вычтено из текущего времени.

1.3. Будильник. В заданное время (установка п. 2.2.1) в течении одной минуты раздаются короткие двойные сигналы. Отключить звук досрочно можно нажатием на кнопку ALARM . Когда работа будильника разрешена (переключатель сзади часов в положении On ), при отображении времени в младшем разряде индицируется точка. Если индикатор был отключен, то при срабатывании будильника включается автоматическая регулировка яркости.

1.4. Термометр. Диапазон измеряемой температуры -55,0 ÷ 125,0 о С. Если температура выше +99,9 или ниже -9,9 о С десятые доли градуса не отображаются. В случае ошибки в работе датчика на индикатор выводятся прочерки.

1.5. Барометр. Измерение атмосферного давления в мм рт. ст.

1.6. Индикация. Поочередная, смена индикации анимированная. Время индикации устанавливается в настройках п.2.2.3. Нажатием на кнопку MINUS производится ручной выбор выводимой информации. Нажатие на кнопку SET переводит часы в режим автоматической смены информации.

1.7. Использование энергонезависимой памяти микроконтроллера для сохранения настроек при отключении питания.

1.8. Ручная или автоматическая регулировка яркости индикатора в зависимости от освещенности.

Выбор режима яркости производится в основном режиме кнопкой PLUS по кругу: индикатор отключен - автоматическая регулировка яркости - ручной режим регулировки яркости.

Пределы регулировки яркости в автоматическом режиме и уровень яркости в ручном режиме задаются в настройках п. 2.2.4.

1.9. Работа от автономного источника питания (две батарейки “AAA”).

2. Настройка.

2.1. При включении питания часы в основном режиме.

2.2. Нажатием на кнопку MENU производится вход в режим настроек и выбор группы параметров для установки. В пределах группы выбор параметра для установки производится кнопкой SET . По-очереди доступны для установки:

2.2.1. Группа ALAr :

Минуты срабатывания будильника;

Часы срабатывания будильника.

2.2.2. Группа CLOC :

Секунды (обнуляются при нажатии на кнопки PLUS или MINUS );

Величина коррекции. В старшем разряде символ "с ".

2.2.3. Группа diSP :

Время индикации текущего времени. В старших разрядах символы "tc ". Диапазон установки 0÷99 сек. Если установлен 0, то время отображаться не будет;

Время индикации температуры. В старших разрядах символы "tt ". Диапазон установки 0÷99 сек. Если установлен 0, то температура отображаться не будет;

Время индикации давления. В старших разрядах символы "tP ". Диапазон установки 0÷99 сек. Если установлен 0, то давление отображаться не будет;

Выбор скорости анимации. В старшем разряде символ "P ". Диапазон установки 0÷99. Одна единица соответствует примерно 2 мсек, чем выше величина, тем медленнее идет анимация.

2.2.4. Группа LiGH :

Минимальный порог яркости для автоматического режима. В старших разрядах символы "L_ ".

Максимальный порог яркости для автоматического режима. В старших разрядах символы "L¯ ".

Уровень яркости в ручном режиме. В старших разрядах символы "L- ".

2.3. Устанавливаемый параметр мигает.

2.4. Удержанием кнопок PLUS /MINUS производится ускоренная установка параметра.

2.5. Через ~10 сек от последнего нажатия на кнопки часы перейдут в основной режим работы, а новые параметры запишутся в энергонезависимую память.

3. Работа от автономного источника питания.

3.1 При отсутствии основного питания часы продолжают свою работу, если установлены батарейки.

3.2 При питании от батареек индикация отключается, будильник остается в работе.

3.3 При срабатывании будильника в течении минуты раздаются двойные звуковые сигналы, мигает индикатор с отображением времени. Отключение звука производится нажатием на кнопку ALARM или переключателем сзади часов в положение Off .

3.4 Кратковременно (~4 сек) включить индикацию можно нажав на кнопку ALARM . В этом режиме доступны просмотр и установка параметров.

3.5 При работе от батареек измерение температуры и давления не производится.

3.6 Яркость индикатора устанавливается в ручной режим.

4. Примечания.

1. Для минимального и максимального порогов яркости диапазон установки 0 ÷ 99, но программой вводятся ограничения: минимальный не может быть больше либо равным максимальному и наоборот.

2. При установке параметров яркости информация на индикаторе отображается с выбранной величиной яркости, кроме случая, когда часы работают от батареек.

3. Необходимо соизмерять скорость анимации и время отображения информации. Если выбрана медленная анимация и малое время отображения, то может оказаться, что информация не успевает полностью обновиться до очередной смены.

5. Особенности схемы.

1. Если предполагается использовать функцию автоматической регулировки яркости индикатора, то вместо RV1 устанавливается фоторезистор. А значение резистора R17 следует подобрать для получения нужной чувствительности системы.

2. Датчик температуры может работать и по 2-х проводной схеме подключения. Если планируется измерять температуру в помещении, где установлены часы, то датчик все равно следует выносить за корпус часов.

3. Пищалка BUZ1 должна быть со встроенным генератором. В зависимости от тока потребления, возможно, придется установить усилитель (транзисторный ключ).

4. Индикатор - 4 одноразрядных 0.8" SM610806B/8, общий анод, синий. Яркости более, чем достаточно.

5. При прошивке МК следует установить FUSE для работы от внутреннего тактового генератора частотой 8 МГц. Пример установки FUSE для программы CVAVR на скриншоте.

6. Датчик давления GY-65.

7. В проекте (это по сути уже схема) не показаны выводы питания микросхем.

8. Питаются часы от внешнего источника стабилизированного напряжения +5V, ток потребления около 30 мА. В моем случае используется зарядное устройство от мобильного телефона. Резервное питание - два элемента "AAA".

В архиве набор файлов: прошивка, проект в Proteus для симуляции, два файла Proteus, по которым строились печатки, описание, фото внешнего вида. Печатные платы в статью не выкладываю, так как при разработке допустил ряд ошибок и пришлось вносить некоторые изменения уже на плате. Кроме того, плата сделана именно под этот корпус. Если кому надо - пишите, выложу в форме. По случаю сфотографирую и внутреннее устройство часов.

Для обсуждения создана в форуме.

Данная конструкция была разработана по просьбе моего друга - любителя автомобильных путешествий и offroad. Им (другу и сотоварищам) в походах уж очень хочется знать в какую сторону и с какой скоростью меняется атмосферное давление, дабы попытаться понять, что будет с погодой. Он выбрал недорогой индикатор ME-GLCD128x64 представленный на фото:

Устройство собрано на двусторонней ПП, изготовленной методом ЛУТ:

Микроконтроллер был выбран ATMega32 в дип корпусе по причинам: он у меня был, найти другое применение такому большому корпусу (DIP40) я не смог, т.к. в последнее время делаю практически все на SMD.

Датчик давления фирмы HopeRF - HP03M, общающийся с МК по протоколу TWI. Датчики температуры DS18S20 фирмы Maxim.

Часы реального времени были выбраны на микросхеме M41T81 по причинам: наличие коррекции времени и наличие Timekeeper - позволяющего читать текущее время без потерь тактов основного счетчика.

В качестве источника питания решено использовать автомобильный адаптер USB - он выдает 5В при токе до 0.5А. В связи с тем, что при старте двигателя "провалы" в бортовой сети авто довольно большие, то была необходима схема аварийной записи текущих значений в eeprom. Для этого используется развязка питания МК и остальной схемы. Питание МК поддерживается конденсатором 1000 мкф, которого, как показали испытания, достаточно (более чем в два раза) для того, что-бы МК успел записать 6 байт текущих значений датчиков в eeprom. Контроль наличия питания и цепь сброса МК обеспечивают два супервизора питания. Первый следит за напряжением на входе схемы и при пропадании питания выдает лог.0 на int0, тем самым запуская процедуру сохранения. Второй обеспечивает "жесткий" сброс самого МК при понижении его питания - для исключения повреждения eeprom.

В обычном режиме данные записываются в eeprom каждые полчаса. Всего хранятся значения за 2-е суток. Текущее время, полученное с m41t81 преобразуется в кол-во секунд от 2000 года, и на основе этого значения вычисляется текущий адрес для записи (один из 96). После несложных вычислений можно увидеть, что ресурс eeprom выработается приблизительно за 540 лет (каждая ячейка перезаписывается раз в 2-е суток) или при ежеминутном выключении питания за 18 лет. Получасовые данные - это средние значения давления, температуры по каждому датчику, время в секундах (кратное 96) и контрольная сумма CRC16. При старте данные читаются из eeprom и проверяется контрольная сумма каждого блока, если сумма не верна - данные игнорируются. Так-же данные игнорируются если дата их записи превышает 2-е суток (нам такие старые данные не нужны). Аналогично считается и контрольная сумма основных настроек, и если она не верна - считаем, что это первый запуск программы и выставляем все значения по дефолту.

В верхнем левом углу текущее давление в мм.рт.ст и после стрелочки - изменение давления за последние 3 часа. Ниже показания двух датчиков температуры и max/min значения за прошедшие 24 часа. Совсем внизу график изменения давления. (провал в графике - специально на эти полчаса устройство было выключено - следовательно данных нет и показывать нечего)

Меню настроек:

Возможны установки: даты и времени, "поправки" хода часов, поправки давления (для приведения его к текущей высоте), регулировка максимальной и минимальной яркости, время, через которое яркость переключится с максимума на минимум.

Все настройки выполняются тремя кнопками Enter,+,- Для входа в меню настроек необходимо удерживать + и - более секунды.

В основном режиме кнопки + и - не работают и потому сделаны скрытыми. Кнопка Enter переключает яркость экрана с макс. на мин. и наоборот. При длительном удержании подсветка экрана полностью отключается.

Собственно схема устройства:

В архиве: Прошивка, схема, плата, плата в diptrace. Плюс набор различных цифр и символов с сишными кодами.

PS: проект будет развиваться, т.к. впереди еще зимние испытания на морозоустойчивость:)

Файлы:
Бонус: много цифирок с "C"шными массивами
Прошивка, исходники, схема, плата

Очередной проект продвинутого показометра, включающий в себя измерение температуры, атмосферного давления, влажности воздуха и отсчет времени с календарем. В общем в него включены все мои наработки по работе с датчиками за все время увлечения микроконтроллерами, да и все накупленное добро нужно куда-то применить:) В итоге должен получится усовершенствованный логгер температуры, первую версию которого я забросил. Ну это позже, а сейчас приведу описание этой платы и тестовый код для проверки работоспособности напичканных туда датчиков и микросхем.

Схема устройства ниже (нажмите на рисунок для увеличения), конвертер USB-UART на показан схемотически, схема в нем стандартная и уже описана здесь.

Сердцем схемы служит микроконтроллер ATMega64 фирмы Atmel, работающий от внешнего кварца на 16 МГц. Отсчитыванием времени занимается микросхема часов реального времени , я уже имел с ней дело и поэтому пошел по проверенному пути.

Для измерения температруы и влажности применен датчик DHT11, хоть и китай чистейшей воды, но показания выдает вполне удовлетворительные. У меня в заначке лежит еще SHT21, но тогда повторяемость схемы сильно упадет, потому как достaть его сложней и по стоимости он выйдет как вся схема в сборе.

Следующий датчик BMP085 - занимается измерениями атмосферного давления. Помимо этого он умеет измерять и температуру, так что можно будет с него дублировать показания.

Так как в дальнейшем планируется превратить устройство в логгер, предусмотрено место для подключения внешней EEPROM памяти 24LCxx. Для сопряжения 3х вольтового датчика давления использована зарекомендовавшая себя схема согласования на полевых тарнзисторах.

Все элементы (за исключением двух резисторов) находятся на верхнем слое, на нижнем разведены дороги которые не уместились на верху. Интересного там мало поэтому фото не привожу.

Чтобы иметь возможность напрямую подключать утсройство к компьютеру (к примеру, для того чтобы скинуть накопленные данные) на плате установлен преобразователь USB-UART на микросхеме FT232RL. Так же через этот преобразователь можно загружать в микроконтроллер прошивку, если предварительно зашить в микроконтроллер загрузчик (Bootloader). Как это сделать я писал ранее.

Для подключения внешних датчиков, навсякий случай предусмотрены выводы с портов PA0-PA3. А также выведены контакты SPI-интерфейса, на случай если захочется подключить и организовать радиоканал.

Тестовый код выводит на экран время и дату с часов DS1307, с возможностью ручной установки (см. видео). На вторую строку выводится информация с датчика влажности DHT11, на третью - с датчика давления BMP085. Как видите китаец DHT не уступает по показаниям температуры своему немецкому собрату BMP085 от Bosh. Кстати, китаец тоже умеет выдавать показания с десятыми долями градуса, позже добавлю в код эту функцию.

И напоследок видео, демонстрирующее возможность ручной установки даты и времени.