Dzień tygodnia, kalendarz, godzina, wilgotność/temperatura z oszczędzaniem baterii: 10 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Tryb oszczędzania energii jest tym, co odróżnia ten Instruktaż od innych przykładów pokazujących dzień tygodnia, miesiąc, dzień miesiąca, godzinę, wilgotność i temperaturę. To właśnie ta zdolność pozwala na uruchomienie tego projektu z akumulatora, bez wymogu „brodawki ściennej”.

Opublikowałem wcześniejszy instruktażowy wyświetlacz LCD z wilgotnością i temperaturą z trybem oszczędzania energii: minimalne części, zabawa, szybki i bardzo tani, a na końcu tego Instruktażowego przedstawiłem zdjęcie opcjonalnej modyfikacji. Ta modyfikacja obejmowała dzień tygodnia, kalendarz i czas również wyświetlane na tym samym wyświetlaczu. Otrzymałem wiele wiadomości z prośbą o informacje dotyczące tego rozszerzonego wyświetlacza. Dlatego publikuję ten Instruktaż jako modyfikację i rozszerzenie do tego wcześniejszego.

Aby zaoszczędzić czytelnikom problem związany z koniecznością znalezienia wspomnianego wcześniej Instructable, powieliłem niektóre informacje przedstawione w tym Instructable tutaj i oczywiście dołączam informacje rozszerzone, aby umożliwić również Dzień Tygodnia, Kalendarz i Czas być prezentowane oprócz wilgotności względnej i temperatury. Jednak niektórzy czytelnicy mogą nie potrzebować dnia tygodnia, kalendarza i godziny, a jedynie potrzebować wyświetlanej wilgotności i temperatury. Dla tych czytelników ten wcześniejszy Instructable będzie działał dobrze.

Jak wspomniałem we wcześniejszym Instructable, moje badanie nie zawsze było w najlepszej temperaturze, więc zdecydowałem, że przydatne będzie wyświetlanie temperatury otoczenia na moim biurku. Koszt czujnika, który oprócz temperatury zapewniałby wilgotność, nie był wygórowany; dlatego w projekcie uwzględniono wyświetlacz wilgotności.

Pojawił się dodatkowy wymóg, ponieważ mój małżonek często pytał mnie o dzień tygodnia i/lub dzień miesiąca, więc postanowiłem uwzględnić je również na wyświetlaczu. Zrobiłem dwie kopie pokazanego tutaj projektu. Jeden do mojego gabinetu i jeden do pokoju w naszym domu, w którym często znajduje się moja żona. Użyłem zarówno (1) zegara czasu rzeczywistego (RTC), jak i (2) czujnika wilgotności i temperatury.

Zarówno czujniki wilgotności/temperatury DHT11, jak i DHT22, które rozważałem, dostarczają wyniki temperatury w stopniach Celsjusza. Na szczęście jest to łatwa konwersja do Fahrenheita (format używany w USA, czyli w mojej lokalizacji). Poniższy szkic zawiera kod, który można łatwo zmodyfikować, aby wyświetlać temperaturę w stopniach Celsjusza, jeśli jest to używane w miejscu, w którym się znajdujesz.

Rozważałem zarówno czujniki DHT22, jak i DTH11 i zdecydowałem się na DHT22, choć nieco droższy. DHT11 można często kupić za mniej niż 2 USD, podczas gdy DHT22 często można znaleźć za mniej niż 5 USD. W przypadku zakupu bezpośrednio z Chin koszt może być jeszcze niższy. Gdybym chciał tylko wyświetlać temperaturę, mógłbym użyć czujnika TMP36 zamiast DHT22 i uzyskać pewne oszczędności, i rzeczywiście tak zbudowałem mój jeszcze wcześniejszy projekt DIY. Postanowiłem jednak włączyć wyświetlanie wilgotności względnej wśród innych eksponatów w tym projekcie.

DHT22 jest nieco dokładniejszy niż DHT11. Tak więc nieco wyższy koszt DHT22 wydawał się rozsądny. Oba urządzenia DHT zawierają pojemnościowe czujniki wilgotności. Te czujniki wilgotności są szeroko stosowane w projektach przemysłowych i komercyjnych. Chociaż nie są bardzo dokładne, mogą działać w stosunkowo wysokich temperaturach i mają rozsądną odporność na chemikalia w swoim otoczeniu. Mierzą zmiany dielektryka wytwarzane przez względną wilgotność otoczenia. Na szczęście zmiany pojemności są zasadniczo liniowe w stosunku do wilgotności. Względną dokładność tych czujników można łatwo zobaczyć, umieszczając dwa z nich obok siebie. Jeśli tak się stanie, okaże się, że dla wilgotności względnej różnią się one najwyżej o 1 lub 2 punkty procentowe.

Czujniki DHT11/22 można łatwo zastąpić sobą. W zależności od ograniczeń kosztowych, jeśli takie istnieją, można wybrać dowolny czujnik. Oba są dostarczane w podobnych 4-pinowych obudowach, które są wymienne, a jak zobaczymy wkrótce, tylko 3 z 4 pinów w każdym pakiecie będą potrzebne do zbudowania przedstawionego tutaj wyświetlacza wilgotności i temperatury na pulpicie. Chociaż do użycia potrzebne są tylko trzy styki, cztery styki zapewniają dodatkową stabilność, gdy te czujniki DHT są umieszczone/zamontowane na płytce stykowej.

W podobny sposób rozważyłem zarówno RTC DS1307, jak i DS3231. Ponieważ temperatura otoczenia może wpływać na DS1307, zdecydowałem się na DS3231. Chociaż DS1307 może być opcjonalnie używany. W różnych testach porównujących RTC w odniesieniu do dryfu (tj. błędnego czasu), DS3231 okazał się bardziej dokładny, ale różnica w korzystaniu z któregokolwiek czujnika nie jest tak duża.

Oczywiście, jeśli możesz łatwo połączyć się z Internetem w swoim projekcie, możesz bezpośrednio pobrać czas i nie potrzebujesz zegara czasu rzeczywistego. Jednak ten projekt zakłada, że łatwe połączenie internetowe nie jest dostępne i jest przeznaczony do pracy bez takiego połączenia.

Jeśli używasz „brodawki ściennej”, dodatkowe zużycie energii może nie mieć przytłaczającego znaczenia. Jeśli jednak wyświetlacz jest zasilany z baterii, zmniejszone zużycie energii wydłuży żywotność baterii. Tak więc ta instrukcja i poniższy szkic zapewniają sposób, za pomocą przycisku „W lewo” na ekranie LCD, na włączanie i wyłączanie podświetlenia w celu zmniejszenia zużycia energii.

Jak widać w tej instrukcji, projekt wymaga stosunkowo niewielu komponentów, ponieważ większość „ciężkiego podnoszenia” jest wykonywana przez czujniki i szkic.

Wolę korzystać z eksperymentalnej platformy do wielu moich projektów, szczególnie tych, które skończą jako wyświetlacze, ponieważ ta platforma umożliwia obsługę i wyświetlanie projektów jako jednej jednostki.

Krok 1: Wymagane przedmioty

Wymagane elementy to:

- Platforma eksperymentalna, choć projekt można by bez niej zbudować, ułatwia wyeksponowanie ostatecznej konstrukcji.

- Płytka stykowa 400 punktów wiązania

- Ekran LCD z przyciskami

- Cyfrowy czujnik temperatury i wilgotności DHT22 (AOSONG AM2302).

- Zegar czasu rzeczywistego, wybrałem DS3231 (Jednak DS1307 będzie działał z podanym tutaj kodem, tylko upewnij się, że piny GND, VCC, SDA i SCL są połączone w sposób podobny do DS3231. Oznacza to, że DS1307 można zastąpić DS3231, po prostu upewniając się, że odpowiednie styki na DS1307RTC pasują do odpowiednich gniazd na płytce stykowej, przewody połączeniowe Dupont nie będą musiały być przenoszone.) Podstawową różnicą między tymi dwoma RTC jest ich dokładność, ponieważ DS1307 może być pod wpływem temperatury otoczenia, która może zmienić częstotliwość jego oscylatora pokładowego. Oba RTC korzystają z łączności I2C.

- Nakładki żeńskie do przylutowania do ekranu LCD. Użyłem 5 i 6-pinowych gniazd żeńskich (chociaż jeśli wybierzesz alternatywną osłonę, również tutaj pokazaną, żadne nagłówki nie będą potrzebne). Męskie piny nagłówka można zastąpić gniazdami, a jeśli są używane, należy zmienić tylko płeć jednej strony niektórych przewodów połączeniowych Dupont.

- Przewody przyłączeniowe Dupont

- Arduino UNO R3 (inne Arduino mogą być używane zamiast UNO, ale powinny być zdolne do wyprowadzania i obsługi 5V)

- Kabel USB do przesyłania szkicu z komputera do UNO

Urządzenie takie jak „brodawka ścienna” lub bateria do zasilania UNO po jego zaprogramowaniu. Możesz mieć wiele potrzebnych przedmiotów na swoim stole warsztatowym, chociaż być może będziesz musiał je kupić. Jeśli masz kilka pierwszych, możesz zacząć czekać na pozostałe. Wszystkie te elementy są łatwo dostępne on-line za pośrednictwem witryn takich jak Amazon.com, eBay.com, Banggood.com i wielu innych

Krok 2: Przygotowanie platformy eksperymentalnej

Eksperymentalna platforma jest dostarczana w winylowej torbie zawierającej arkusz pleksiglasu o wymiarach 120 mm x 83 mm i małej plastikowej torbie zawierającej 5 śrub, 5 plastikowych wsporników (przekładek), 5 nakrętek i arkusz z czterema zderzakami, samoprzylepne nóżki. Potrzebne będą wszystkie cztery zderzaki, podobnie jak cztery pozostałe elementy. Istnieje dodatkowa śruba, element dystansowy i nakrętka, które nie są wymagane. Torba nie zawiera jednak instrukcji.

Początkowo worek winylowy jest rozcinany, aby usunąć arkusz pleksiglasu i małą torebkę. Arkusz pleksiglasu jest obustronnie pokryty papierem, aby chronić go podczas przenoszenia i transportu.

Pierwszym krokiem jest oderwanie papieru z każdej strony platformy i wyjęcie dwóch arkuszy. Po wyjęciu papieru z każdej strony, cztery otwory do mocowania Arduino do platformy są dobrze widoczne. Najprościej jest, jeśli po oderwaniu papieru, arkusz akrylowy należy umieścić czterema otworami po prawej stronie i otworami najbliżej siebie i przy jednej krawędzi płyty akrylowej, do siebie (jak widać na załączonym zdjęciu).

Krok 3: Montaż Arduino UNO lub Clone do platformy eksperymentalnej

Płytka Arduino UNO R3 posiada cztery otwory montażowe. Przezroczyste przekładki są umieszczane pomiędzy spodem UNO R3 a górną stroną płyty akrylowej. Pracując nad moją pierwszą płytą eksperymentalną popełniłem błąd zakładając, że przekładki to podkładki, które należy umieścić pod płytą z pleksiglasu, aby utrzymać nakrętki na miejscu - nie powinny. Przekładki są umieszczane pod płytką Arduino UNO, wokół śrub po przejściu śrub przez otwory montażowe UNO. Po przejściu przez płytę wkręty przechodzą przez przekładki, a następnie przez otwory w płycie z pleksiglasu akrylowego. Śruby zakończone są nakrętkami zawartymi w małym opakowaniu. Śruby i nakrętki należy dokręcić, aby mieć pewność, że Arduino nie przesunie się podczas użytkowania.

Uważam, że najłatwiej jest zacząć od otworu znajdującego się najbliżej przycisku resetowania (patrz zdjęcia) i poruszać się zgodnie z ruchem wskazówek zegara wokół Arduino. UNO jest przymocowany do płyty, jak można się spodziewać, za pomocą jednej śruby na raz.

Do wkręcenia śrub potrzebny będzie mały śrubokręt krzyżakowy. Znalazłem gniazdo do trzymania nakrętek, które było dość pomocne, chociaż nie było to konieczne. Użyłem sterowników firmy Wiha i dostępnych na Amazon [a Wiha (261) PHO x 50 i Wiha (265) 4,0 x 60]. Jednak każdy mały śrubokręt krzyżakowy powinien działać bez problemu, a jak wspomniano wcześniej, klucz nasadowy nie jest tak naprawdę wymagany (chociaż sprawia, że montaż jest szybszy, łatwiejszy i bezpieczniejszy).

Krok 4: Montaż półwymiaru, 400 punktów wiązania, deski do krojenia chleba na platformie eksperymentalnej

Spód półwymiarowej płytki stykowej pokryty jest papierem dociśniętym do kleju. Usuń ten papier i dociśnij płytkę stykową z odsłoniętym podkładem samoprzylepnym na platformę eksperymentalną. Powinieneś spróbować umieścić jedną stronę płytki stykowej równolegle do strony Arduino, do której jest najbliżej. Po prostu dociśnij samoprzylepną stronę płytki stykowej do płyty akrylowej.

Następnie odwróć platformę i zamontuj cztery dołączone plastikowe nóżki w czterech rogach spodu platformy.

Niezależnie od używanej platformy eksperymentalnej, po zakończeniu powinieneś mieć zamontowany na niej zarówno Arduino UNO R3, jak i półwymiarową płytkę stykową, a także cztery nóżki na spodzie, aby umożliwić umieszczenie platformy i płytki stykowej na dowolnej płaskiej powierzchni bez jej uszkadzania, zapewniając solidne wsparcie dla montażu

Krok 5: Osłona LCD

Możesz użyć osłony, takiej jak ta pokazana wcześniej, z już przylutowanymi pinami. Jednak taki ekran ma szpilki, a nie gniazda, więc kable płytki stykowej Dupont muszą być odpowiednio dobrane. Jeśli tak, wystarczy zamontować go na UNO. Podczas montażu upewnij się, że montujesz ekran w prawidłowej orientacji, z pinami z każdej strony ekranu w jednej linii z gniazdami na UNO.

Jeśli użyjesz tarczy, takiej jak ta, której tu używam, bez pinów już wlutowanych. Odłóż na bok gniazda żeńskie z odpowiednio 5 i 6 gniazdami, aby przylutować do ekranu. Gniazda tych nagłówków powinny znajdować się po stronie komponentów osłony podczas ich lutowania (patrz zdjęcia). Po przylutowaniu nagłówków można postępować podobnie jak w przypadku tarczy zakupionej z już przylutowanymi pinami. Wybrałem kable M-M Dupont w przeciwieństwie do kabli M-F, ponieważ generalnie wolę kable M-M. Możesz jednak wybrać piny na ekranie LCD, a nie żeńskie złącza, w takim przypadku wystarczy zmienić płeć po jednej stronie kabli połączeniowych Dupont.

Niezależnie od tego, którą tarczę wybierzesz na początek, po zakończeniu powinieneś mieć tarczę zamontowaną na górze Arduino UNO. Albo ekran, ten ze wstępnie wlutowanymi pinami, albo ten, który sam przylutowałeś z żeńskimi nagłówkami (lub męskimi, jeśli wybierzesz) wykorzystuje sporo cyfrowych pinów. Cyfrowe piny D0 do D3 i D11 do D13 nie są używane przez ekran, ale nie będą tutaj używane. Gniazdo analogowe A0 jest używane przez tarczę do przechowywania wyników naciśnięć przycisków. Dzięki temu można swobodnie używać pinów analogowych od A1 do A5. W tym projekcie, aby wyświetlacz LCD był całkowicie niezasłonięty, użyłem tylko gniazd analogowych i nie korzystałem z żadnych wejść cyfrowych.

Uznałem, że najłatwiej jest użyć płytki stykowej z męskimi końcówkami do przytrzymywania żeńskich końcówek do lutowania (patrz zdjęcia).

Cyfrowy pin 10 jest używany do podświetlenia wyświetlacza LCD i użyjemy go w naszym szkicu do sterowania zasilaniem wyświetlacza LCD, gdy wyświetlacz nie jest używany. W szczególności użyjemy przycisku „LEWO” na tarczy, aby włączać i wyłączać podświetlenie, aby oszczędzać energię, gdy wyświetlacz nie jest potrzebny.

Krok 6: Korzystanie z czujnika wilgotności i temperatury DHT22

Włóż cztery szpilki DHT22 do półwymiarowej płytki stykowej, tym samym montując czujnik na płytce stykowej.

Ponumerowałem piny DHT22 od 1 do 4, jak pokazano na załączonym zdjęciu. Zasilanie czujnika jest dostarczane przez styki 1 i 4. W szczególności styk 1 zapewnia zasilanie +5 V, a styk 4 jest używany do uziemienia. Pin 3 nie jest używany, a pin 2 służy do dostarczania informacji potrzebnych do naszego wyświetlacza.

Połącz trzy piny używane w DHT22, używając powiązanych z nimi gniazd na płytce stykowej, aby połączyć się z osłoną, a tym samym z Arduino UNO, w następujący sposób:

1) Pin 1 czujnika idzie do gniazda zasilania 5V osłony, 2) Pin 4 czujnika idzie do jednego ze złącz GND ekranu, 3) Pin 2 czujnika, pin wyjściowy danych, przechodzi do gniazda analogowego A1 (porównaj to z moim wcześniejszym Instructable, gdzie trafił do gniazda cyfrowego 2 na tarczy). Użyłem gniazda analogowego, a nie cyfrowego, aby ekran LCD był całkowicie niezasłonięty. Warto pamiętać, że wszystkie piny analogowe mogą być również używane jako piny cyfrowe. Chociaż tutaj A0 jest zarezerwowane dla przycisków tarczy.

Czujnik DHT22 może dostarczać zaktualizowane informacje tylko co 2 sekundy. Tak więc, jeśli poruszysz czujnik częściej niż raz na dwie sekundy, co może mieć miejsce tutaj, możesz otrzymać wyniki, które są nieco przestarzałe. W przypadku domów i biur nie stanowi to problemu, zwłaszcza że wilgotność względna i temperatura są wyświetlane jako liczby całkowite bez miejsc dziesiętnych.

Krok 7: Dodawanie zegara czasu rzeczywistego (RTC)

Użyłem sześciopinowej strony DS3231, chociaż potrzebne są tylko cztery piny. Miało to zapewnić jeszcze większą stabilność tego zegara czasu rzeczywistego po podłączeniu do płytki stykowej. Załączony rysunek przedstawia baterię CR2032, którą należy podłączyć do DS3231 RTC, aby zachować informacje nawet po odłączeniu od innego źródła zasilania. Zarówno DS1307, jak i DS3231 akceptują baterię guzikową CR2031 tego samego typu.

Połączenia dla DS3231 są następujące:

-GND na DS3231 do GND na osłonie LCD;

- VCC na DS3231 do 5V na ekranie LCD

-SDA na DS3231 do A4 na osłonie LCD

- SCL na DS3231 do A5 na osłonie LCD

Kiedy skończysz, będziesz miał kable Dupont podłączone do A1 (dla DHT22) oraz A4 i A5 do pinów SDA i SCL zegara RTC.

Dołączyłem również zdjęcie opcjonalnego DS1307 pokazujące piny, które należałoby podłączyć. Choć ze zdjęcia nie da się tego odczytać, to małym IC najbliżej nielutowanych „dziur” jest DS1307Z czyli RTC. Innym małym układem scalonym, który można zobaczyć, jest pamięć EEPROM, której można użyć do przechowywania; nie jest używany w poniższym szkicu.

Oba RTC zużywają bardzo mało energii, w zakresie nanoamperów, więc zegary czasu rzeczywistego zachowają informacje i nie zabraknie energii, jeśli są zasilane tylko z wewnętrznych baterii. Prawdopodobnie najlepiej jest wymieniać baterię guzikową co roku, chociaż pobór prądu jest tak niski dla obu RTC, że mogą one utrzymywać ładunek przez kilka lat.

Krok 8: Szkic

Ta witryna usuwa mniej niż i większe niż symbole oraz tekst pomiędzy tymi symbolami. Dlatego nie znudziło mi się umieszczanie szkicu w tekście. Aby zobaczyć szkic tak, jak został napisany, pobierz załączony plik tekstowy. Sekundy nie są pokazane na szkicu, ale są wysyłane do ukrytych buforów na 1602 LCD tuż za buforami wyświetlania. Tak więc, jeśli chcesz wyświetlić sekundy, po prostu przewijaj ekran w lewo, a potem w prawo.

W szkicu zamieściłem plik nagłówkowy dla DS3231 i definiuję obiekt typu DS3231. Ten obiekt jest używany w szkicu do okresowego pobierania wymaganych informacji o dniu tygodnia, miesiącu, dniu i godzinie. Ta informacja dla dnia tygodnia, miesiąca i dnia miesiąca jest przypisywana do zmiennych typu char, a następnie wyniki przechowywane w tych zmiennych są drukowane na wyświetlaczu LCD. Czas jest drukowany w całości, ale część sekundowa czasu, jak omówiono wcześniej, jest wysyłana do buforów 24 znaków nie wyświetlających na wyświetlaczu 1602 LCD, tuż za wyświetlanymi znakami. Jak wspomniano powyżej, tylko godziny i minuty są wyświetlane, a sekundy są ukryte na początku tych 24 buforów znaków.

Podświetlenie LCD można włączyć w razie potrzeby i wyłączyć w przeciwnym razie. Ponieważ wyświetlacz jest nadal aktywny nawet przy wyłączonym podświetleniu, można go czytać przy silnym świetle, nawet jeśli jest wyłączone. Oznacza to, że podświetlenie nie musi być włączone, aby odczytać informacje prezentowane na wyświetlaczu LCD, który jest aktualizowany nawet po wyłączeniu.

Na szkicu zobaczysz linię:

RTC.adjust (Data Godzina (2016, 07, 31, 19, 20, 00));

Wykorzystuje to obiekt typu RTC_DS1307 i pozwala na łatwe ustawienie aktualnej daty i czasu. Proszę wprowadzić odpowiednią datę i godzinę w tym wierszu podczas uruchamiania szkicu. Zauważyłem, że wprowadzenie minuty po aktualnym czasie, pokazanym na moim komputerze, dało dość bliskie przybliżenie rzeczywistego czasu (przetwarzanie szkicu zajmuje IDE trochę czasu i około 10 sekund więcej na uruchomienie szkicu).

Krok 9: Wyświetlanie złożonego projektu

Mój zmontowany projekt zamontowałem na wizytowniku (patrz zdjęcie). Wizytownik był dostępny w mojej kolekcji „odds and ends”. Ponieważ mam wiele takich oprawek, użyłem jednego tutaj. Jednak zmontowany projekt można równie łatwo wyświetlić na uchwycie na telefon komórkowy itp. Każdy uchwyt, który przenosi zmontowany projekt z pozycji płaskiej do kąta 30-60 stopni, również powinien działać.

Krok 10: Później

Gratulacje, jeśli wykonałeś powyższe kroki, masz teraz swój własny wyświetlacz pokazujący dzień tygodnia, kalendarz, godzinę, wilgotność względną i temperaturę.

Jeśli znalazłeś tę Instruktażową wartość, a zwłaszcza jeśli masz jakieś sugestie dotyczące ulepszeń lub poszerzenia mojej wiedzy w tej dziedzinie, z przyjemnością wysłucham Twojej opinii. Możesz się ze mną skontaktować pod adresem [email protected]. (proszę zamienić drugie „i” na „e”, aby się ze mną skontaktować.