Світлодіодний термогігрометр

Термогігрометр складається з двох плат – плата дисплея та плата управління. Принципова схема дисплея показана на рис. 1. Він містить у загальному складнощі 22 світлодіоди, половина з яких використовується для відображення температури в градусах Цельсія [°C], а інша половина використовується 

Ці діоди об'єднані в шість груп, які вмикаються по лініях С1 - С6. У кожній з цих груп є по чотири лінії А1…А4, окрім останньої групи, в якій всього два діоди. Ток кожної лінії А1 - А4 обмежується послідовним резистором R1 - R4. Таким чином, управління здійснюється в мультиплексному режимі, група за групою, для індикації відносної вологості [% відносної вологості]. 

 
   Рис. 1. Принципова схема дисплея

Таке рішення дозволяє скоротити кількість задействованих виводів керуючого мікроконтролера (МК) до 10. Одночасно всередині кожної групи можна вмикати не більше чотирьох світлодіодів, тому не потрібні ніякі додаткові буферні елементи, наприклад, транзистори, які підвищують ток виходів МК. Це скорочує кількість елементів до абсолютного мінімуму. Ток, що проходить через один світлодіод, не перевищує 9 мА, тому вся група споживає не більше 36 мА. Типовий МК сімейства AVR справляється з навантаженням, що споживає таку кількість току.

Також на платі дисплея є датчик температури та вологості DHT11 — мікросхема US1. Калібрується на етапі виробництва, що спрощує пуско-налагодження схеми. Резистор R1, підтягує лінію даних, необхідний для коректної роботи, розташований на другій платі.

На рис. 2 представлена принципова схема управління, основним елементом якої є МК ATtiny24A-PU. Окрім вищезгаданого підтягує резистора, вона містить резистор R2, який підтягує вивід скидання МК до + живлення.

Рис. 2. Принципова схема управління (С1 помилково показаний як електролітичний)

З'єднання між цими платами здійснюється за допомогою двох роз'ємів. Третій роз'єм, J3, використовується для живлення схеми. Це вертикальний роз'єм USB типу B. 

Схема зібрана на двох двосторонніх друкованих платах. Плата дисплея має розміри 135х48 мм, а плата управління (з МК) — 58х25 мм, які показані на рис. 3 та 4 відповідно. Крім того, в обох платах є ще одне отворе, про роль якого буде сказано пізніше. 

Рис. 3. Плата дисплея

Рис. 4. Плата управління

Зауваження:

Плати в Sprint Layout представлені верхньою та нижньою стороною:

Зібране пристрій можна побачити на фото 1.

Фото 1. Зовнішній вигляд зібраних плат

Слід зазначити, що на платі управління є роз'єм J3, який слід припаяти з протилежної від інших елементів сторони — щоб до нього був доступ після з'єднання плат (фото 2).

Фото 2. Деталі з'єднання плат

Обидві плати з'єднані між собою двома роз'ємами по 8 контактів кожен. У схемі-прототипі вони були повернуті один відносно одного (з правого боку плати дисплея знаходиться гніздовий роз'єм, а зліва — штекерний роз'єм), щоб запобігти випадковій вставці цих плат у перевернутому вигляді, що запобігає її поломці. Зчленування двох плат можна побачити на фото 1, а на фото 2 - їх з'єднання, де вони додатково притягнуті через загальне отвір втулкою. Таким чином, відносно товстий і важкий USB-кабель не вирве ці роз'єми.

На етапі запуску необхідно запрограмувати МК і змінити її FUSE BIT. Ось їх нові значення:
LOW FUSE = 0xE2
HIGH FUSE = 0xDC

На фото 3 представлений скрін таблиці FUSE BIT 

Правильно запрограмована схема готова до роботи після підключення джерела живлення до роз'єму USB. Калібрування не потрібна. 
Під час роботи кількість горящих світлодіодів тим більше, чим вищим є значення цього параметра. Кожен світлодіод сигналізує про досягнення заданого значення, тому температура, наприклад, 27°С буде позначатися загоранням світлодіодів від D1 (10°С) до D9 (26°С), але без D10 (28°С). Те ж саме стосується і вологості. При температурі нижче 10°С і відносній вологості нижче 20% схема не буде вмикати жодні світлодіоди, але такі умови практично неможливі в звичайному побутовому середовищі.

Цифровий датчик DHT11 зв'язується з МК кожні 2 секунди, і показання оновлюються. Щоразу робляться чотири спроби зв'язку – якщо жодна з них не увінчалася успіхом, схема починає циклічно мигати всіма світлодіодами. Це може статися після пошкодження датчика, значного зміни вологості. Устранення несправності повертає схему до нормальної роботи.

В архіві знаходяться прошивка для МК та файли друкованих плат у Sprint Layout.

Зовнішній вигляд термогігрометра:

Стаття з польського журналу ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA за 10.2022

Список радіоелементів