Novità: 9 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Con l'obiettivo di diventare il più grande termoigrometro grafico disponibile per un Arduino Uno.

Le applicazioni includono:

• Monitor della temperatura per neonati/asilo nido
• Monitoraggio della temperatura dell'annesso
• Monitor della serra
• Controllo atmosferico esterno
• Controllo e monitoraggio HVAC casa/ufficio
• Monitoraggio/controllo dell'incubatrice

NOTA: questo non è un dispositivo medico e non sostituisce una corretta pianificazione e condizioni di lavoro!

- Caratteristiche

• Completamente gratuito per uso non commerciale.
• Viene fornito con un carattere simulato a 7 segmenti super veloce "Rose Digital" e il segmento a 16 con alfa completo, "Astro Nerd" (vedi licenza per limitazioni su questa parte del software, è per una buona causa, lo promettiamo)
• Aggiornamenti quasi completamente senza sfarfallio (1)
• Grafico della gamma automatica che copre l'intera gamma dei sensori DHT11 e DHT22
• Utilizza un DHT11 (in un pizzico, non abbiamo provato) o DHT22 per ottenere la temperatura e l'umidità relativa.
• Visualizza l'umidità relativa e la temperatura in Fahrenheit o Celsius
• Visualizza i punti di rugiada (condensa) E brina (condensa di ghiaccio) nelle unità correnti
• Avvisi grafici lampeggianti per aria umida e secca.
• Caratteri di visualizzazione proporzionali personalizzabili dall'utente (opzione)
• Intervallo di visualizzazione principale -9 -> 99 F o -9 -> 80C (avviso di intervallo se superato)
• Umidità da 0% -> 99% UR.
• Registra la temperatura e l'umidità massime e minime dal ripristino
• Include i calcoli di Steadman e avviserà di condizioni di lavoro scomode o pericolose
• Richiede un minimo di parti Uno, schermo TFT da 3,5"
• F/C. commutabile facoltativamente
• Controllo programmabile del riscaldatore (per incubatori, ecc.)
• Semplice da costruire
• Codice altamente modulare
• Abbiamo detto che era gratuito?

(1) Le limitazioni di buffering sull'UNO indicano che il grafico lampeggia brevemente durante gli aggiornamenti.

Forniture:

Arduino Uno R3 (o clone cinese)

• 1 monitor di temperatura e umidità DHT22 (eBay/Amazon)
• 1 schermo TFT da 3,5" con touchscreen resistivo e slot per schede SD (vedi testo).
• Un interruttore a scorrimento SPST (opzionale).
• Un PC con USB - per caricare il programma.
• Un alimentatore 9-12v.
• Tronchesi laterali di buona qualità
• Saldatore e saldatore. Pinzette per dissipatori di calore. Fili di ponticello.
• Facoltativamente, una custodia (le custodie Arduino Uno non hanno spazio sufficiente per uno schermo protettivo).
• Guaina sottile termoretraibile (per rivestire e isolare i punti saldati).

Passaggio 1: cosa rende questo speciale?

Ma aspetta, hai visto le foto e questo è solo un altro misuratore di temperatura e umidità giusto? Puoi ottenerli su eBay per circa lo stesso costo dello shield Arduino TFT che abbiamo usato per questo progetto.

Beh, non proprio… mi permetta di spiegare.

Coronavirus, Covid-19, SARS-Cov-2 … tutte cose piuttosto spaventose, una delle cose migliori che possiamo fare in questo momento è prenderci cura dei nostri polmoni e da nessuna parte è più facile farlo a casa. Se lavoriamo in un ufficio moderno, dovrebbe avere un buon HVAC e la maggior parte delle auto moderne ha filtri eccellenti che assorbono la maggior parte delle particelle più grandi dall'aria esterna prima che entrino nell'abitacolo. Questo lascia la casa… l'unico posto dove sentirsi al sicuro ed è lì che si nascondono le più comuni cattiverie. Mentre è possibile contrarre la malattia del legionario da un soffione sporco (sì, davvero!) Per fortuna è abbastanza raro.

Ma c'è qualcosa di molto più comune a cui la maggior parte di noi non dà nemmeno un secondo pensiero perché ci abbiamo convissuto per tutta la vita.

Muffa.

Più specificamente, spore di muffa. Pensali come semi microscopici prodotti da minuscole escrescenze fugali che lo nascondono al buio e si disperdono liberamente nell'aria - spesso senza bisogno di essere disturbati - e possono riempire le nostre case di tutto, da quelle brutte macchie nere negli angoli umidi a marciume secco e altro ancora.

La muffa non danneggia la tua proprietà (che è già abbastanza grave) può causare irritazione a tutte le vie aeree - dal nostro naso e dai seni paranasali proprio ora negli alveoli, i milioni di piccole sacche che rivestono i nostri polmoni - sono così piccoli che stese, coprirebbero grossolanamente un campo da tennis. È un sacco di spazio in cui un organismo microscopico può entrare, nascondersi e causare ogni sorta di caos.

E c'è di più…

All'altra estremità della scala, anche l'aria secca può causare danni. La superficie dei nostri polmoni è ricoperta da un film molto sottile di muco acquoso - è lì per aiutare a tenere a bada i cattivi e fa un buon lavoro, ma se l'aria è troppo secca, anche il muco inizia a seccarsi e che rende più difficile respirare.

E c'è ancora di più…

Gli esseri umani si mantengono naturalmente freschi per evaporazione: sudiamo (in una giornata calda e secca, è impercettibile) ma con l'aumentare dell'umidità, le persone scoprono che l'acqua "sta semplicemente" sulla loro pelle e iniziano a diventare calde. Molto caldo.

In alcune parti del mondo (Australia e tropici) questo è un tale problema che i lavoratori devono essere consapevoli della "temperatura di lavoro effettiva" - i canali meteorologici spesso si riferiscono a questa come temperatura "percepita", perché come il calore /umidità aumenta, la possibilità di un colpo di calore e persino di morte diventa una possibilità molto reale.

Per un po' di logica e ulteriori letture, consulta Wikipedia o tuffati!

en.wikipedia.org/wiki/Heat_index

Se pensi "a me non succederà mai", considera che con il cambiamento climatico questa sta diventando una possibilità molto reale a latitudini oltre Seattle e lavorando in una calda giornata "afosa" potresti mettere a rischio la tua salute senza nemmeno rendertene conto.

L'esaurimento da calore è estremamente spiacevole e il colpo di calore è una grave emergenza medica.

Quindi questo dispositivo non è solo un fantasioso termometro/igrometro grafico, ha allarmi integrati per avvertire delle condizioni di colpo di calore, ti aiuterà a decidere quanto sia ben ventilata anche la tua casa e sembra anche piuttosto intelligente (se lo diciamo noi stessi).

Detto questo, questo dispositivo non è destinato a scopi medici e non deve essere utilizzato dove la salute e la sicurezza dei lavoratori potrebbero essere compromesse. Anche se potessimo certificare il nostro codice (non possiamo), l'hardware stesso non offre tale garanzia. Questo è per fermare tutto quel disordinato mumbo jumbo legale, ma dovrebbe darti un'idea di quanto sia sana la tua casa!

La costruzione è facile come sembra, anche se dovrai "macellare" lo scudo TFT perché lo useremo in modi che i designer non hanno mai pensato.

NOTA: poiché qualcuno ha sollevato questo problema, vale la pena notare che i sensori DHT22 hanno una precisione dichiarata di ±0,5°C e ±1% Rh che è sufficiente per molte applicazioni ma non se la temperatura/umidità è critica. Abbiamo in programma di aggiungere in seguito alcune calibrazioni post-assemblaggio. Il DHT11 ha una misurazione della temperatura leggermente meno precisa di ±1,0°C ma generalmente dovrebbe riflettere bene il nostro ambiente.

Passaggio 2: macellazione del TFT

Questa è l'unica parte veramente difficile ed è il tipo di cosa che devi fare bene perché a meno che tu non stia maneggiando un po' con un saldatore … beh, meno se ne parla meglio è.

Questo progetto *dovrebbe* funzionare con molti shield di questa risoluzione e tipo - e il software funzionerà con qualsiasi ATMega 328 o superiore (il software è molto aderente, avvicinandosi al 99% dei 28K disponibili al momento della stesura) e abbiamo spremuto tante funzioni quante lo spazio lo consentirà.

Controlla che tutto funzioni prima di iniziare a tagliare i pezzi

1. Prova ad adattare il display all'Arduino: lo slot uSD va è alla fine dove entrano l'alimentazione e le porte USB. La retroilluminazione si accenderà quando è alimentata, ma per il resto non farà nulla.
2. Prendere nota delle etichette dei pin per l'accesso alla scheda uSD. Non ne avremo bisogno, quindi daremo al consiglio un taglio di capelli molto corto.
3. Sulla nostra scheda i pin di destinazione sono contrassegnati SD_SS, SD_DI, SD_DO e SD_SCK alla fine di J1.
4. Puoi lasciare o rimuovere gli ultimi due perni: tagliamo quelli dalla nostra scheda.
5. Non tagliare nient'altro o il display LCD non funzionerà! Ad esempio, LCD_D0 (una delle linee dati) è molto vicino, quindi è necessario prestare la massima attenzione qui.
6. Controlla due volte, taglia una volta o spera che tu possa saldare una nuova intestazione!

Nota: potrebbe essere possibile utilizzare "multiplex" i pin SPI che abbiamo usato qui e memorizzare i dati sulla scheda SD, ma è qualcosa che lasceremo ad altri costruttori.

Passaggio 3: montaggio/saldatura del sensore

Sebbene non sia strettamente necessario, saldare le connessioni è il modo migliore per trasformare questo progetto in qualcosa che puoi montare e dimenticare.

La saldatura al DHT22 dovrebbe essere tentata solo da qualcuno con ragionevoli capacità di saldatura. Il sensore è altamente sensibile alle variazioni di temperatura e umidità. Una persona senza nome ha leggermente surriscaldato i pin di saldatura sui nostri (tosse, tosse) e ha inviato il sensore così lontano dalla calibrazione che si è rifiutato di funzionare fino a quando non l'abbiamo "cucinato" come indicato dal produttore per impedirgli di produrre read errori. Un'opzione migliore per la maggior parte delle persone è quella di procurarsi un DHT11/22 premontato con un'intestazione progettata per i cavi di salto.

I DHT22 utilizzano un collegamento seriale a filo singolo per comunicare con l'MCU, con un intervallo potenziale di oltre 10 M (> 32 piedi) senza condizionamento del segnale in modo che il rilevatore possa essere posizionato a una certa distanza dall'Arduino.

È emerso (dopo aver studiato gli schemi) che l'intestazione In-Circuit Serial Programmer (ICSP) a 6 pin all'estremità della scheda è collegata ai pin SPI utilizzati dallo shield per la lettura/scrittura della scheda SD. L'utilizzo di questi pin non influirà sulla capacità di programmare la scheda tramite USB in futuro poiché vengono utilizzati principalmente per il debug e la programmazione di Uno con un programmatore seriale (FDTI). Come nota a margine, siamo grati a Steve Wood di AudioSpectrum Analyzers nel Regno Unito, per avercene fornito uno di riserva quando il nostro è svanito nel vasto mucchio di bit di Marc.

Se hai un paio di pinze a becco lungo di buona qualità, è possibile piegare i fili in modo che possano prendere un'intestazione DuPont, ma la saldatura è il metodo preferito. Con cura (e mano ferma) è perfettamente possibile saldare il DHT22 direttamente all'intestazione.

La connessione è facile come viene, ma è essenziale osservare la polarità perché il collegamento del dispositivo al contrario rischia di distruggerlo all'istante. Sebbene il DHT22 abbia quattro pin, il pin 3 non è collegato. I sensori montati in genere sono dotati solo di tre pin che si allineano magnificamente con l'intestazione. Con il sensore sdraiato sul retro (mostrato) puoi vedere i pin di alimentazione e dati allineati correttamente.

Passaggio 4: test e primo utilizzo

Non resta che collegare con attenzione il modulo DHT22 ad Arduino e configurare il software. Gran parte delle cose intelligenti sono fatte dal software, reso possibile dalla libreria grafica di Adafruit, dal driver display MCUFriend di David Prentice e da cose altrettanto intelligenti dai calcoli del "calore effettivo" di Robert Steadman.

L'unica cosa che devi impostare in questa configurazione di base è dire al software quali tre pin vengono utilizzati.

Se si preferisce cablare il sensore in modo diverso, le seguenti righe in CONSTANTS. H indicano allo Uno come configurarsi.

#define DHT22_DATA 11

Il DH22 utilizza un 1 - 1,5 mA molto conservativo quando si effettua una lettura che è molto inferiore al tipico massimo di 20 mA, quindi non stresserà nulla. (Naturalmente, il cortocircuito di qualsiasi pin quasi sicuramente distruggerà il dispositivo, quindi perché suggeriamo di utilizzare un termoretraibile se si inserisce il sensore su una scheda plug-in Heath Robinson.) Se tutto va bene, HotStuff si avvierà in circa 5 secondi. Se viene rilevato un errore, lo schermo diventa nero e visualizza un breve messaggio di errore. Questo può essere in gran parte ignorato in quanto significa semplicemente che il sensore non è alimentato o non è cablato correttamente.

Passaggio 5: utilizzo dello strumento e domande frequenti

D: Riesco a vedere tracce finte delle cifre spente sullo schermo. Non è un bug?

A: No, questo è di progettazione anche se non è scolpito nella pietra. L'idea era quella di emulare l'aspetto di un "vero" display LCD (rispetto a un TFT ad alta risoluzione). Tali display utilizzano grandi blocchi pre-progettati che possono essere accesi e spenti come i pixel, ma a differenza dei pixel possono occupare ampie parti dello schermo. Di conseguenza c'è invariabilmente una traccia finta del materiale visibile e questo è qui emulato.

D: Come posso passare da gradi centigradi a Fahrenheit?

R: La funzione non è stata completamente testata al momento di "andare in stampa" (perché qualcuno l'ha dimenticato, vero…). Tuttavia, abbiamo verificato e questa funzione funziona (se lo si desidera) ma collegando un piccolo interruttore a scorrimento SPST con un terminale al pin 12 e l'altro a una comoda massa. Il modo più veloce per farlo è saldare o utilizzare un connettore DuPont modificato da collegare a terra e l'altro direttamente al pin 12 (alcuni cloni hanno una serie extra di fori passanti per questo genere di cose) o su disegni originali, per il pin MOSI sull'intestazione ICSP che è quello sopra la potenza 5v. Se questo interruttore è in posizione aperta, l'unità si avvia in gradi centigradi ma in posizione chiusa, abbassa il pin 12 e un riavvio lo riporta in gradi Fahrenheit. Non è necessario un resistore per proteggere il pin poiché è fornito un resistore interno.

D: Posso usare un sensore diverso?

R: Sì. Ma dovrai trovare una libreria adatta o scriverne una tua. Abbiamo scelto un DHT22 per la sua interfaccia a filo singolo e perché ce n'era uno nella parte posteriore delle parti che raccoglieva polvere. I progetti di interfaccia a un filo sono preferibili perché possiamo usare gli altri pin digitali "liberi" per altre funzioni. I2C non è disponibile poiché è occupato dallo schermo del display. SPI è tuttavia se sei pronto a perdere funzionalità come il cambio di scala, ecc.

D: Posso vendere una versione commerciale?

A: Certo che puoi a patto di seguire i termini di licenza del software (è essenzialmente la licenza BSD a 2 clausole che è molto permissiva, ma tieni presente che altre licenze possono essere applicate alle librerie incluse.) Inoltre, questo dispositivo non è (e non può mai essere) certificato per l'uso in ambienti critici, è per uso domestico/hobbista anche se potrebbe trovare applicazioni in case di cura residenziali, uffici e altri luoghi di lavoro. Tieni presente che è buono solo quanto l'anello più debole… Il motore di font sviluppato per questo progetto è concesso in licenza per uso non commerciale a meno che non si faccia una donazione al cancro del nostro collega GoFundMe.

D: Le mie letture min/max non sono registrate sul grafico.

A: Questo è di progettazione. Lo strumento utilizza una "media mobile" (una media statistica) che viene azzerata ogni ora. Questo aiuta a levigare il grafico e a dare uno sguardo più ragionevole alle misurazioni evitando che picchi dispari (come alcuni, ehm, "persone" che respirano sul sensore, lo facciano impazzire.

D: Perché non usi le scorciatoie C++ (come ++, -- e così via) nel tuo codice? Perché è tutto così… verboso!

R: Uno degli autori è un veterano programmatore di giochi a 8 bit, ma l'altro viene da Python. Abbiamo usato alcune scorciatoie in cui il loro uso è abbastanza inequivocabile, ma il C (il linguaggio alla base del C++) è vecchio e i compilatori in generale erano un po' stupidi quando Kernighan e Richie scrissero il primo compilatore, per non parlare dei computer erano lenti e le tastiere avevano i tasti che sentivi di dover colpire con un martello da tavola. Tutte queste cose (e altre) hanno portato il C ad essere un linguaggio molto conciso con più scorciatoie per ottenere la stessa cosa. Un gran numero è (e rimane) responsabile di alcuni bug molto complicati: e non ci fa nemmeno iniziare con gli arresti anomali dell'heap/stack.

Ovviamente, alcune ottimizzazioni (i semafori per esempio) sono necessarie perché stiamo cercando di schiacciare un litro in una tazza da tè, ma dove possibile lo abbiamo evitato.

Per inciso, se non possiedi una copia ben letta di K&R C… fermati subito e vai a ordinarne uno. Ci sono molti libri molto grandi sul C, ma K&R rimane probabilmente il migliore e dal momento che il C è alla base del C++ avrai una migliore comprensione anche delle funzionalità di quel linguaggio.

D: Penso di aver trovato un bug cosa devo fare!

A: Bug? Non ci sono bug, solo funzionalità… solo alcune funzionalità non funzionano come ci aspettavamo. Lasciaci una nota su GitHub e proveremo a cambiare la funzionalità in modo che sia più adatta al design. In realtà il codice viene continuamente rifattorizzato in diversi progetti, quindi è abbastanza approssimativo in alcuni punti e per questo Marc verrà schiaffeggiato con un eglefino bagnato finché non urlerà "Basta!" - Dan

Passaggio 6: compilazione dal sorgente

Il progetto è ospitato su GitHub (c'è semplicemente troppo codice da schiaffeggiare su un Instructable, le persone avrebbero gli occhi aperti cercando di capire tutte queste cose) ma mentre ATMegas pre-programmato sarà disponibile su eBay potresti voler compilare il tuo da fonte.

Il codice sorgente che dovrebbe essere compilato in Visual Studio con Platform IO - è diventato un po' ingombrante per l'editor Arduino e Visual Studio ci consente di scrivere codice migliore con meno errori grazie ad alcuni dei "pelucchi" che ha.

github.com/marcdraco/HotStuff

platformio.org/

visualstudio.microsoft.com/downloads/Avrai bisogno di un paio di librerie per questo shield. Adafruit GFX (che avrà bisogno anche della libreria Wire).

MCUFriend_kbv di David Prentice v2.9. David ha prodotto versioni successive ma non è garantito che funzionino.

Passaggio 7: fai da te

Non c'è niente come avere un bel progetto che puoi mostrare agli altri e farli sussultare di stupore mentre inizia con il tuo nome lassù nelle luci. Quindi abbiamo impostato il software in modo che quasi chiunque sia in grado di apportare modifiche senza una conoscenza di C/C++.

Trova nel tuo editor di testo preferito in "constants.h" per trovare le seguenti righe:

constexpr uint16_t defaultPaper = NERO;

constexpr uint16_t defaultInk = CIANO;

Puoi vedere i nomi dei colori in inglese semplice - David Prentice ha gentilmente fornito un carico di definizioni che appaiono in precedenza nel file e tutto ciò che devi fare è cambiare il primo piano (e lo sfondo) con qualcosa di tua scelta prima di caricarlo sulla lavagna. I colori "traccia" per il grafico sono un po' più profondi qui e hanno questo aspetto:

constexpr uint16_t HUMIDITY_TRACE {AZURE};constexpr uint16_t TEMP_TRACE {YELLOW};

Sebbene questi TFT non siano noti per il loro contrasto (e sono limitati a 5-6-5 RGB, colore a 16 bit) abbiamo fornito un'opzione di compilazione di esempio "NIGHT_MODE" che è commentata per impostazione predefinita ma imposta la visualizzazione

Altri colori possono essere regolati in modo simile. Vuoi che venga letto in Imperial quando si accende? Nessun problema! Trova e commenta ("//") o rimuovi la riga seguente e quando carichi di nuovo sulla bacheca…

Domande, commenti e miglioramenti dovrebbero essere pubblicati su GitHub.

La documentazione ancora più lunga riguardante l'hacking del progetto è nel README. MD di accompagnamento

Passaggio 8: hackerarlo

Questo progetto è stato creato utilizzando il principale KISS ed è completo così com'è.

Può costituire la base di qualcosa basato su un altro sensore, forse uno più preciso o più veloce, a condizione che ci sia spazio sufficiente per la sua libreria. Come puoi vedere, le cose sono già piuttosto strette.

Quando conosci bene il codice, è facile cambiare radicalmente le cose, ma anche senza molta esperienza di programmazione molti dei valori costanti in "constants.h" spiegano come cambiare le cose. I programmatori più avanzati noteranno che è relativamente facile (speriamo!) estrarre le parti necessarie per un uso successivo. Ad esempio, abbiamo sostituito il display grafico con un orologio in tempo reale completamente funzionante in meno di un'ora. Tuttavia, l'orologio richiede un modo per impostare l'ora, quindi non è utile così com'è; ne rilasceremo una versione funzionale più avanti (puoi trovare il codice di sviluppo su GitHub sotto HotStuff Chrono).

Ma c'è qualcosa in questi display che non è immediatamente evidente finché non si avvia la programmazione: quel touchscreen.

Il problema con i touchscreen resistivi di questo tipo è che hanno bisogno di una calibrazione che aumenta la complessità e, francamente, non c'è la stanza con tutte le altre funzioni che abbiamo stipato per mettere le mani su un'altra libreria lì dentro. Questo sarebbe possibile con Arduino Mega che ha molto più spazio flash, ma dov'è il divertimento?

Guarda sotto la scheda e vedrai che, a parte l'I/O digitale per pilotare l'LCD e la scheda SD, non ci sono uscite per un ADC per rilevare la misurazione della resistenza.

Strano vero?

Gente intelligente questi designer. Il display ha il suo frame buffer: è un'area di RAM che mantiene lo schermo così com'è mentre l'alimentazione rimane collegata, il che significa che puoi (programmaticamente) scollegare diversi pin del dispositivo mentre è acceso e usarli per altri lavori - a patto di rimetterli a posto dopo!

Per informazioni su come farlo, ti suggeriamo di leggere la libreria touchscreen resistiva di Limor "Lady Ada" Fried.

E se fai qualcosa di interessante, assicurati di inviare una pull request!

Passaggio 9: donazioni opzionali

Ora ecco la parte facoltativa, presentiamo la signora che ha dato vita e un nome ai caratteri utilizzati in questo progetto e rimane un'ispirazione per tutti noi, in particolare ricevendo notizie che ha sviluppato il cancro e … la maggior parte di noi sa quanto sia spaventoso quel particolare spauracchio è. La sua biografia completa è sul suo sito https://www.rosedf.net/ e la trovate sui soliti canali social. Dice di se stessa:

"Se non mi sto allenando per cercare di andare nello spazio, dicendo alle persone di andare a guardare il nostro bellissimo cielo notturno, trascorrendo del tempo con le persone che amo o semplicemente facendo il nerd, mi piace concentrare la mia attenzione sull'accesso all'istruzione e sull'equità. lavoro sulla difesa delle vittime di abusi domestici/sessuali e sui senzatetto come ero io, e mi piace sensibilizzare sull'importanza della salute mentale nella vita quotidiana e nel mondo accademico".

Se vuoi darle qualche soldo (o qualunque sia la tua valuta locale), lo apprezzeremmo davvero tutti. Molto amore è stato dedicato allo sviluppo di HotStuff anche pensato che fosse inteso come un esercizio didattico e molto di quel lavoro può essere riutilizzato per progetti futuri che hanno un processore "lento" ma necessitano di un alfanumerico veloce, chiaro e soprattutto GRANDE font su un display TFT. Dona qui (ti ringraziamo):

paypal.me/FirstGenSci