Články |
Měřič znečištění a datalogger
V tomto článku je popsána konstrukce jednoduchého, levného dataloggeru pro měření znečištění ovzduší (inspirováno projektem Kanárci.cz) a jiných veličin z připojených čidel. Zařízení je navrženo tak, aby se jednalo o kompaktní přístroj vybavený LiPol akumulátorem a bluetooth komunikací. V zařízení jsou použity běžně dostupné a levné součástky (např. v TME), které lze při troše zručnosti snadno ručně zapájet. Mikrokontrolér je Arduino kompatibilní a lze jej programovat v Arduino IDE, HW návrh je proveden v programu KiCAD 4 a podklady jsou k dispozici zde pod svobodnou licencí CC BY-SA.
Schéma zapojení je k náhledu níže:
Popis zapojení
Pro snadné programování je použit mikrokontrolér ATmega328 (IC6), který je možné programovat jako Arduino nebo přímo. Pro tyto účely jsou přítomny standardní programovací konektory P4 pro Arduino programátor a P6 pro ICSP. P6 je také nutný pro první nahrání bootloaderu Arduina.
K mikrokontroléru jsou připojeny následující periferie. Tři ovládací tlačítka SW2, SW3, SW4, červená LED D3 obvykle k indikaci měření, přes UART a převodník úrovní 5/3,3 V bluetooth modul HC-05 (U2). Činnost bluetooth modulu je indikována modrou LED D6 s vazbou do mikrokontroléru. Zapojení lze modifikovat i pro modul HC-06. Napájení modulu zajišťuje IC5, kterým je možné napájení i vypnout pro snížení spotřeby. 0,96" 128x64 grafický OLED displej s integrovaným kontrolérem SSD1306 (zapojený na čtyřpinový konektor P3) je připojen přes I2C sběrnici a obousměrný převodník úrovní 5/3,3 V (Q4, Q6). Použitý typ displeje je snadno dostupný v různých čínských e-shopech, případně u dovozců v ČR. Je však třeba dbát na správné zapojení čtveřice pinů, napájecí napětí a úrovně dat. Obvykle je na modulu stabilizátor na 3,3 V, pak je displej možné napájet z 5 V, avšak datové signály musí být na 3,3 V. Tranzistor Q3 odpojuje napájení displeje pro snížení spotřeby. Další I2C periferie jsou 64kB EEPROM AT24C512 (IC4) pro záznam naměřených dat a hodiny reálného času DS1307 (IC7) zálohované interním akumulátorem. Napětí akumulátoru lze měřit přes spínač (Q5, Q2) a měřící odporový dělič R6, R8 na ADC vstupu mikrokontroléru BAT_SENS.
Klíčovou periférií je prachové čidlo (připojené na pozici P5). Cenově dostupná čidla se používají v čističkách vzduchu. Poskytují dostatečnou citlivost, avšak je nutná jejich kalibrace. To je však záležitost až následného zpracování naměřených dat či obslužného FW. V tomto dataloggeru je použito populární a snadno dostupné prachové čidlo SHARP GP2Y1010AU0F. Čidlo lze opět zakoupit v čínských eshopech nebo u distributorů. Čidlo je napájeno přes spínač Q7, interní LED se aktivuje signálem DS_LEDEN a výstupní analogová hodnota je přivedena přes odporový dělič R40, R42 na ADC mikrokontroléru DS_OUT. Další senzory lze případně připojit na volné ADC vstupy AUX1, AUX2.
Napájecí část obsahuje nabíjecí obvod IC3, signál CHRG_STS je zaveden do mikrokontroléru a zároveň indikuje stav nabíjení pomocí žluté LED D8. Zařízení obsahuje Li-Pol akumulátor nabíjený z USB portu (který poskytuje 500 mA) či běžné USB nabíječky. Nabíjecí proud je omezen rezistorem R5 a lze jej změnit dle použitého akumulátoru. V daném zapojení je součet maximálního odběru zařízení a nabíjecího proudu do 500 mA. Tranzistor Q1 přepne na napájení z akumulátoru, je-li nabíječka odpojena. Následuje zvyšující DC-DC konvertor, který poskytuje napájecí napětí 5 V pro datalogger. Ten je zapínán spínačem SW1 přes podpěťový dohled IC2. Ten zajistí automatické vypnutí zařízení, je-li akumulátor vybitý, aby nedošlo k dalšímu nežádoucímu vybíjení a poškození akumulátoru. Přestože nabíjecí obvod a podpěťový dohled chrání akumulátor před nežádoucím přebitím a podvybitím, je vhodné jako záložní ochranu použít LiPol akumulátor s integrovaným PCM, např. z nabídky prodejce TME.
Popis konstrukce
Deska plošných spojů (DPS) je přizpůsobena do standardní krabičky KM-100B. V krabičce je nutné vyvrtat čtyři 3,2mm otvory pro upevnění DPS, dále cca 8mm otvory skrz oba díly krabičky v ose otvoru v prachovém čidle. Dále otvory pro tlačítka, displej, spínač a USB konektor. Kondenzátor C19 musí být v nízkém provedení (6,3 x 7 mm). Prachové čidlo a akumulátor jsou přilepeny pěnovou oboustrannou lepící páskou ke dnu krabičky. V krabičce je prostor pro akumulátor 600mAh L403448, který byl v nabídce TME.
Podklady ke stažení
Zdrojové soubory KiCAD, Gerber data pro výrobu DPS, rozpiska součástek, štítek na krabičku (rev. B)
Demo program pro Arduino (pouze základní měření a posílání dat přes bluetooth)
Poslední aktualizace: 27. 12. 2016 20:06