Hotstuff: 9 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Cílem je stát se největším malým grafickým termohygrometrem dostupným pro Arduino Uno.

Aplikace zahrnují:

• Monitor teploty kojence/školky
• Přístavní monitor teploty
• Monitor skleníku
• Externí kontrola atmosféry
• Domácí a kancelářská kontrola a monitorování vzduchotechniky
• Monitor/ovládání inkubátoru

POZNÁMKA: Toto není zdravotnický prostředek a nenahrazuje správné plánování a pracovní podmínky!

- Funkce

• Zcela zdarma pro nekomerční použití.
• Dodává se se superrychlým 7 segmentovým simulovaným písmem „Rose Digital“a 16 segmentem s úplným alfa, „Astro Nerd“(viz licencování omezení této části softwaru, slibujeme, že je to pro dobrou věc)
• Aktualizace téměř bez blikání (1)
• Graf automatického rozsahu pokrývající celý rozsah senzorů DHT11 a DHT22
• K získání teploty a relativní vlhkosti používá DHT11 (v nouzi, nezkoušeli jsme) nebo DHT22.
• Zobrazuje relativní vlhkost a teplotu ve stupních Fahrenheita nebo Celsia
• Zobrazuje body rosy (kondenzace) A mrazu (kondenzující led) v aktuálních jednotkách
• Blikající grafické varování před vlhkým a suchým vzduchem.
• Uživatelsky přizpůsobitelná proporcionální zobrazovací písma (volitelně)
• Rozsah hlavního displeje -9 -> 99 F nebo -9 -> 80C (Varování rozsahu při překročení)
• Vlhkost od 0% -> 99% RV.
• Zaznamenává maximální a minimální teplotu a vlhkost od resetu
• Zahrnuje Steadmanovy výpočty a varuje před nepříjemnými nebo nebezpečnými pracovními podmínkami
• Vyžaduje minimum dílů Uno, 3,5 "TFT štít
• Volitelně přepínatelný F/C
• Programovatelné ovládání ohřívače (pro inkubátory atd.)
• Jednoduché sestavení
• Vysoce modulární kód
• Řekli jsme, že je to zdarma?

(1) Omezení ukládání do paměti UNO znamená, že graf během aktualizací krátce bliká.

Zásoby:

Arduino Uno R3 (nebo čínský klon)

• 1 monitor teploty a vlhkosti DHT22 (eBay/Amazon)
• 1 TFT 3,5 "štít s odporovou dotykovou obrazovkou a slotem pro kartu SD (viz text.)
• Posuvný přepínač SPST (volitelně).
• PC s USB - pro nahrání programu.
• Napájecí zdroj 9-12 V.
• Kvalitní boční frézy
• Páječka a pájka. Pinzeta chladiče. Propojovací vodiče.
• Volitelně pouzdro (pouzdra Arduino Uno nemají dostatek místa pro štít displeje).
• Jemné teplem smrštitelné hadičky (k oblékání a izolaci pájených bodů).

Krok 1: Čím je tento výjimečný?

Ale vydržte, viděli jste obrázky a toto je jen další měřič teploty a vlhkosti, že? Můžete je získat na eBay za přibližně stejnou cenu jako štít Arduino TFT, který jsme použili pro tento projekt.

Ne tak docela … dovolte mi to vysvětlit.

Coronavirus, Covid-19, SARS-Cov-2 … všechny docela děsivé věci, jedna z nejlepších věcí, které můžeme právě teď udělat, je starat se o své plíce a nikde není jednodušší to udělat doma. Pokud pracujeme v moderní kanceláři, měla by mít dobrou vzduchotechniku a většina moderních automobilů má vynikající filtry, které odebírají většinu větších částic z vnějšího vzduchu, než vstoupí do kabiny. To zanechává domov … jedno místo, kde se cítíte bezpečně a kde číhají nejběžnější nasti. I když je možné získat legionářskou nemoc ze špinavé sprchové hlavice (ano, opravdu!), Je to naštěstí docela neobvyklé.

Existuje však něco mnohem běžnějšího, o čem většina z nás ani neuvažuje, protože s tím žijeme celý život.

Plíseň.

Přesněji řečeno, spory plísní. Představte si je jako mikroskopická semena, která jsou produkována drobnými fugálními výrůstky, které skrývají temnotu a volně se rozptylují do vzduchu - často aniž by musely být rušeny - a mohou naplnit naše domovy vším od těch ošklivých černých skvrn ve vlhkých rozích až po suchá hniloba a další.

Plíseň nepoškodí váš majetek (což je dost špatné), může způsobit podráždění celých dýchacích cest - od našeho nosu a dutin právě teď až po alveoly, miliony malých váčků, které lemují naše plíce - jsou tak malé, že natažené by zhruba pokryly tenisový kurt. To je spousta prostoru pro mikroskopický organismus, aby se dostal dovnitř, schoval se a způsobil nejrůznější zmatek.

A je toho víc…

Na druhém konci stupnice může suchý vzduch způsobit také zmatek. Povrch našich plic je pokryt velmi tenkým filmem vodnatého hlenu - je tu proto, aby pomohl udržet naštvaně na uzdě, a to dělá docela dobrou práci, ale pokud je vzduch příliš suchý, začne hlen také vysychat a což ztěžuje dýchání.

A je toho ještě víc…

Lidé se přirozeně chladí odpařováním - potíme se (v suchém a horkém dni je to nepostřehnutelné), ale jak se vlhkost zvyšuje, lidé zjišťují, že voda jim na kůži jen „stojí“a začne jim být horko. Velmi horké.

V některých částech světa (Austrálie a tropy) je to takový problém, že si pracovníci musí být vědomi „efektivní pracovní teploty“- meteorologické kanály to často označují jako „pocitovou“teplotu, protože jako teplo /vlhkost se zvyšuje, šance na úpal a dokonce smrt se stává velmi reálnou možností.

Pro nějaké odůvodnění a další čtení se obraťte na Wikipedii nebo se ponořte!

en.wikipedia.org/wiki/Heat_index

Pokud si myslíte, že „to se mi nikdy nestane“, vezměte v úvahu, že se změnou klimatu se to v zeměpisných šířkách mimo Seattle stává velmi reálnou možností a při práci v horkém „dusném“dni můžete riskovat své zdraví, aniž byste si to uvědomovali.

Vyčerpání teplem je extrémně nepříjemné a úpal je vážná lékařská pohotovost.

Toto zařízení tedy není jen fantastickým grafickým teploměrem/vlhkoměrem, má vestavěné alarmy, které varují před podmínkami úpalu, pomůže vám rozhodnout, jak dobře větraný je váš domov, a dokonce vypadá docela chytře (pokud to říkáme sami).

Se vším, co bylo řečeno, toto zařízení není určeno pro lékařské účely a nemělo by být používáno tam, kde by mohlo být ohroženo zdraví a bezpečnost pracovníků. I kdybychom mohli náš kód certifikovat (nemůžeme), samotný hardware toto ujištění nenese. To má zastavit všechno to špinavé legální mumbo jumbo, ale mělo by vám to dát představu, jak zdravý je váš domov!

Sestavení je asi tak snadné, jak jen to jde, i když budete muset „zabít“štít TFT, protože ho použijeme způsoby, o kterých se designérům ani nezdálo.

POZNÁMKA: Jak někdo tento problém nastolil, stojí za zmínku, že senzory DHT22 mají deklarovanou přesnost ± 0,5 ° C a ± 1% Rh, což je dost pro mnoho aplikací, ale ne v případě, že je kritická teplota/vlhkost. Později plánujeme přidat nějakou kalibraci po montáži. DHT11 má o něco méně přesné měření teploty ± 1,0 ° C, ale obecně by mělo dobře odrážet naše prostředí.

Krok 2: Zabití TFT

Toto je jediná opravdu ošemetná část a je to taková věc, kterou musíte správně uvést, protože pokud nebudete trochu manipulovat s páječkou … no, méně o tom řečeno, tím lépe.

Tento projekt * by měl * fungovat s mnoha štíty tohoto rozlišení a typu - a software bude fungovat s jakýmkoli ATMega 328 nebo větším (software velmi těsný, blížící se 99% z 28K dostupných v tomto psaní) a my jsme zmáčkli tolik funkcí, kolik prostor dovolí.

Než začnete sekat kousky, zkontrolujte, zda vše funguje

1. Vyzkoušejte, zda je displej vhodný pro Arduino - slot uSD je na konci, kde vstupují porty napájení a USB. Podsvícení se rozsvítí, když je napájeno, ale jinak to nic neudělá.
2. Všimněte si štítků s kolíky pro přístup na kartu uSD. Nebudeme je potřebovat, takže uděláme desce velmi krátký sestřih.
3. Na naší desce jsou cílové piny na konci J1 označeny SD_SS, SD_DI, SD_DO a SD_SCK.
4. Poslední dva piny můžete nechat nebo odstranit - ty jsme vystřihli z naší desky.
5. Nestříhejte nic jiného, jinak LCD nebude fungovat! Například LCD_D0 (jedna z datových linek) je velmi blízko, takže zde musíte být extrémně opatrní.
6. Zkontrolujte dvakrát, jednou střihněte nebo doufejte, že můžete připájet nový záhlaví!

Poznámka: může být možné použít „multiplex“piny SPI, které jsme zde použili, a ukládat data na SD kartu, ale to je věc, kterou necháme na jiných stavitelích.

Krok 3: Nasazení / pájení senzoru

I když to není nezbytně nutné, pájení spojů je nejlepší způsob, jak z tohoto projektu udělat něco, co můžete připojit a zapomenout.

Pájení na DHT22 by měl provádět pouze někdo s přiměřenými pájecími schopnostmi. Senzor je vysoce citlivý na změny teploty a vlhkosti. Bezejmenný člověk lehce přehřál naše pájecí kolíky (kašel, kašel) a poslal senzor tak daleko mimo kalibraci, že odmítl fungovat, dokud jsme jej „neuvařili“podle pokynů výrobce, abychom zabránili produkci čtení chyby. Lepší možností pro většinu lidí je získat předem namontovaný DHT11/22 se záhlavím určeným pro startovací vodiče.

Modely DHT22 používají ke komunikaci s MCU sériové jednodrátové sériové propojení - s potenciálním dosahem přes 10 M (> 32 stop) bez úpravy signálu, takže detektor lze umístit v určité vzdálenosti od Arduina.

(Po prostudování schémat) vyšlo najevo, že 6pinová hlavička In-Circuit Serial Programmer (ICSP) na konci desky je připojena k pinům SPI, které štít používal pro čtení/zapisování karty SD. Použití těchto pinů neovlivní vaši schopnost naprogramovat desku přes USB v budoucnu, protože se používají především k ladění a programování Uno pomocí sériového programátoru (FDTI). Jako vedlejší poznámku jsme vděční Stevu Woodovi z analyzátorů AudioSpectrum ve Velké Británii za to, že nám poskytl náhradní, když ten náš zmizel v Marcově obrovské hromadě bitů.

Pokud máte pár kvalitních kleští s dlouhým nosem, je možné dráty ohnout, aby mohly použít hlavičku DuPont, ale upřednostňovanou metodou je pájení. S opatrností (a pevnou rukou) je zcela možné připájet DHT22 přímo k záhlaví.

Připojení je tak snadné, jak přichází, ale je nutné dodržet polaritu, protože zpětné připojení zařízení jej pravděpodobně okamžitě zničí. Přestože má DHT22 čtyři piny, pin 3 není připojen. Namontované senzory se obvykle dodávají pouze se třemi kolíky, které krásně ladí s hlavičkou. Se snímačem ležícím na zádech (na obrázku) můžete vidět, jak jsou napájecí a datové piny správně zarovnány.

Krok 4: Test a první použití

Nezbývá než opatrně zapojit modul DHT22 do Arduina a nastavit software. Většinu chytrých věcí dělá software, což umožňuje grafická knihovna Adafruit, ovladač displeje MCUFriend Davida Prentice a stejně chytré věci z výpočtů Roberta Steadmana „efektivní teplo“.

Jediná věc, kterou budete muset v této základní konfiguraci nastavit, je sdělit softwaru, které tři piny se používají.

Pokud dáváte přednost připojení senzoru odlišně, následující řádky v CONSTANTS. H informují Uno, jak se má konfigurovat.

#define DHT22_DATA 11

DH22 používá velmi konzervativní 1 - 1,5 mA při odečtu, který je mnohem menší než typický max. 20 mA, takže nebude nic stresovat. (Samozřejmě, zkratování jakéhokoli pinu zařízení téměř zničí, a proto doporučujeme použít tepelný smršťovač, pokud senzor umístíte na zásuvnou desku Heath Robinson.) Pokud vše půjde dobře, HotStuff se spustí asi za 5 sekund. Pokud je zjištěna chyba, obrazovka zčerná a zobrazí se krátká chybová zpráva. To lze do značné míry ignorovat, protože to znamená, že snímač buď není napájen, nebo není správně zapojen.

Krok 5: Používání nástroje a časté dotazy

Otázka: Na obrazovce vidím stopy finty nesvítících číslic. Není to chyba?

Odpověď: Ne, je to záměrné, i když to není vytesané do kamene. Cílem bylo napodobit vzhled „skutečného“LCD displeje (oproti TFT s vysokým rozlišením). Takové displeje používají velké, předem navržené bloky, které lze zapínat a vypínat jako pixely, ale na rozdíl od pixelů mohou zabírat velké části obrazovky. V důsledku toho je vždy viditelná fintová stopa materiálu, která je zde emulována.

Otázka: Jak mohu přepínat mezi stupni Celsia a Fahrenheita?

Odpověď: Funkce nebyla v době „přechodu do tisku“plně testována (protože někdo zapomněl, že vy …). Zkontrolovali jsme však a tato funkce funguje (pokud je to žádoucí), ale připojením malého posuvného přepínače SPST s jedním terminálem na pin 12 a druhým na vhodné uzemnění. Nejrychlejším způsobem je pájení nebo použití upraveného konektoru DuPont pro připojení k zemi a druhý buď pro kolík 12 přímo (některé klony mají další sadu průchozích otvorů pro tento druh věcí) nebo podle původních návrhů. pin MOSI na záhlaví ICSP, který je nad napájením 5 V. Pokud je tento přepínač v otevřené poloze, jednotka se spustí ve stupních Celsia, ale v zavřené poloze zatáhne kolík 12 nízko a restart se vrátí zpět do stupňů Fahrenheita. Není nutný odpor k ochraně kolíku, protože je k dispozici vnitřní odpor.

Otázka: Mohu použít jiný senzor?

A: Ano. Ale buď budete muset najít knihovnu, která vám vyhovuje, nebo napsat vlastní. Vybrali jsme DHT22 kvůli jeho jednovodičovému rozhraní a protože tam byl jeden v zadní části dílů, které shromažďují prach. Upřednostňují se návrhy jednoho drátového rozhraní, protože ostatní „volné“digitální piny můžeme použít pro jiné funkce. I2C není k dispozici, protože je obsazen štítem displeje. SPI je však, pokud jste připraveni přijít o funkce, jako je přepínání měřítka atd.

Otázka: Mohu prodat komerční verzi?

Odpověď: Určitě můžete poskytnout podmínky licencování softwaru (je to v zásadě 2-klauzule licence BSD, která je velmi tolerantní, ale mějte na paměti, že na zahrnuté knihovny se mohou vztahovat i jiné licence.) Všimněte si také, že toto zařízení není (a nikdy nemůže být) certifikován pro použití v kritických prostředích, je určen pro domácí/hobby použití, i když může najít uplatnění v domácnostech, domácnostech, kancelářích a na dalších pracovištích. Jen si uvědomte, že je to jen tak dobré, jak nejslabší článek … Motor písem vyvinutý pro tento projekt je licencován pro nekomerční použití, pokud neposkytnete dar rakovině GoFundMe našeho kolegy.

Otázka: Moje minimální/maximální hodnoty nejsou zaznamenány do grafu.

Odpověď: Toto je záměrné. Přístroj používá "klouzavý průměr" (statistický průměr), který se resetuje každou hodinu. To pomáhá vyhladit graf a poskytnout rozumnější pohled na měření, čímž se zabrání lichým špičkám (jako někteří, ehm, „osoba“dýchající na senzor, aby jej nezbláznili).

Otázka: Proč ve svém kódu nepoužíváte zkratky C ++ (jako ++, - a tak dále)? Proč je všechno tak … rozvláčné!

Odpověď: Jeden z autorů je zkušený programátor 8bitových her, ale druhý pochází z Pythonu. Použili jsme několik zkratek, kde je jejich použití poměrně jednoznačné, ale C (jazyk, který je základem C ++) je starý a kompilátory obecně byly trochu hloupé, když Kernighan a Richie napsali první kompilátor, nemluvě o tom, že počítače byly slooooooow a klávesnice měly klávesy že jste cítili, že musíte zasáhnout kladivem. Všechny tyto věci (a další) vedly C k tomu, že byl velmi stručným jazykem s několika zkratkami k dosažení stejné věci. Velké množství má (a zůstává) zodpovědné za některé velmi záludné chyby: a dokonce ani nezačněte s haváriemi haldy/zásobníku.

Očividně jsou nutné nějaké optimalizace (například semafory), protože se snažíme přimáčknout kvart do šálku, ale kde je to možné, tomu jsme se vyhnuli.

Mimochodem, pokud nevlastníte dobře čtenou kopii K&R C … okamžitě zastavte a jděte si ji objednat. Existuje mnoho velmi velkých knih o C, ale K&R zůstává pravděpodobně nejlepší a protože C je základem jazyka C ++, budete také lépe rozumět funkcím tohoto jazyka.

Otázka: Myslím, že jsem našel chybu, co mám dělat!

A: Chyby? Neexistují žádné chyby, pouze funkce … jen některé funkce nefungují tak, jak jsme očekávali. Zanechte nám poznámku na GitHubu a my se pokusíme tuto funkci změnit, aby lépe vyhovovala designu. Ve skutečnosti je kód neustále přepracováván do několika různých projektů, takže je místy dost ošuntělý, a proto bude Marc plácnut mokrým treskou, dokud nekřičí: „Už ne!“- Dan

Krok 6: Kompilace ze zdroje

Projekt je hostován na GitHubu (prostě je příliš mnoho kódu na to, aby se dalo dát na Instructable, lidé by dostali čtvercové oči, když se snaží zjistit všechny tyto věci), ale zatímco předprogramovaný ATMegas bude k dispozici na eBay, možná budete chtít sestavit svůj vlastní z zdroj.

Zdrojový kód, který by se měl kompilovat v rámci sady Visual Studio s platformou IO - byl pro editor Arduino trochu nepraktický a Visual Studio nám umožňuje zapisovat lepší kód s menším počtem chyb díky některým „lintovým“výběrům, které má.

github.com/marcdraco/HotStuff

platformio.org/

visualstudio.microsoft.com/downloads/ K tomuto štítu budete potřebovat několik knihoven. Adafruit GFX (který bude potřebovat také knihovnu Wire).

MCUFriend_kbv od Davida Prentice v2.9. David vytvořil novější verze, ale není zaručeno, že budou fungovat.

Krok 7: Přizpůsobte si ho

Není nic jako mít krásný projekt, který můžete ukázat ostatním a nechat je lapat po dechu, jak to začíná s vaším jménem tam nahoře ve světlech. Software jsme tedy nastavili tak, aby téměř každý mohl být schopen provádět změny bez znalosti C/C ++.

Najděte ve svém oblíbeném textovém editoru v souboru „constants.h“následující řádky:

constexpr uint16_t defaultPaper = ČERNÁ;

constexpr uint16_t defaultInk = CYAN;

Názvy barev můžete vidět v prosté angličtině - David Prentice laskavě dodal množství definic, které se v souboru objevují dříve, a vše, co musíte udělat, je změnit své popředí (a pozadí) na něco, co si vyberete, než nahrajete na tabuli. „Trasovací“barvy grafu jsou zde o něco hlubší a vypadají takto:

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

Ačkoli tyto TFT nejsou známé svým kontrastem (a jsou omezeny na 5-6-5 RGB, 16bitové barvy), poskytli jsme příklad možnosti kompilace „NIGHT_MODE“, která je ve výchozím nastavení komentována, ale nastavuje zobrazení

Ostatní barvy lze upravit podobně. Chcete si to přečíst v Imperialu, když se to spustí? Žádný problém! Najděte a okomentujte („//“) nebo odstraňte následující řádek a po nahrání zpět na nástěnku …

Otázky, komentáře a vylepšení by měly být zasílány na GitHub.

Ještě delší dokumentaci ohledně hackování projektu najdete v doprovodném souboru README. MD

Krok 8: Hacking It

Tento projekt byl vytvořen pomocí principu KISS a je dokončen tak, jak je.

Může tvořit základ něčeho založeného na jiném senzoru - možná přesnějším nebo rychlejším, za předpokladu, že je pro jeho knihovnu dostatek místa. Jak vidíte, věci jsou už docela těsné.

Když dobře znáte kód, je snadné věci dramaticky změnit, ale i bez velké programovací zkušenosti mnoho konstantních hodnot v „constants.h“vysvětluje, jak věci změnit. Pokročilejší programátoři si všimnou, že je relativně snadné (doufáme!) Vytáhnout součásti, které potřebujete pro pozdější použití. Například jsme za méně než hodinu vyměnili zobrazení grafu za plně funkční hodiny reálného času. Hodiny vyžadují způsob, jak nastavit čas, takže nejsou tak užitečné, jak jsou; funkční verzi vydáme později (vývojový kód najdete na GitHubu pod HotStuff Chrono).

Ale na těchto displejích je něco, co není hned zřejmé, dokud nepřejdete na program na dotykové obrazovce.

Problém odporových dotykových obrazovek tohoto typu spočívá v tom, že potřebují kalibraci, která zvyšuje složitost, a upřímně řečeno, není tam prostor se všemi ostatními funkcemi, ve kterých jsme se nacpali, aby tam byla další knihovna. To by bylo možné s Arduino Mega, které má mnohem více místa na flash, ale kde je v tom zábava?

Podívejte se pod desku a uvidíte, že kromě digitálních I/O pro ovládání LCD a SD karty neexistují žádné výstupy pro ADC pro detekci měření odporu.

Zvláštní, že?

Chytří lidé, tito návrháři. Displej má vlastní vyrovnávací paměť snímků: to je oblast RAM, která drží obrazovku tak, jak je, zatímco napájení zůstává připojeno, což znamená, že můžete (programově) odpojit několik pinů zařízení, když je zapnuto, a používat je pro jiné úlohy - za předpokladu, že je poté vrátíte zpět!

Chcete -li získat informace o tom, jak se to dělá, doporučujeme přečíst si odporovou knihovnu dotykových obrazovek Limor „Lady Ada“Frieda.

A pokud uděláte něco skvělého, nezapomeňte podat žádost o vytažení!

Krok 9: Volitelné dary

Nyní je tu volitelný kousek, pojďme představit dámu, která dala život a jméno fontům použitým v tomto projektu a zůstává inspirací pro nás všechny, zejména pro příjem zpráv, že se u ní rozvinula rakovina a … většina z nás ví, jak děsivé je to konkrétní bogeyman je. Její úplné bio je na jejích webových stránkách https://www.rosedf.net/ a najdete ji na obvyklých kanálech sociálních médií. Sama o sobě říká:

„Pokud netrénuji, abych se dostal do vesmíru, říkám lidem, aby se podívali na naši krásnou noční oblohu, trávili čas s těmi, které miluji, nebo jsem jen blázen, rád bych zaměřil svou pozornost na přístup ke vzdělání a spravedlnost. práce na advokacii obětí domácího/sexuálního zneužívání a bezdomovectví, jako jsem byl já, a rád bych zvýšil povědomí o důležitosti duševního zdraví v každodenním životě a akademické sféře. “

Pokud byste jí chtěli dát pár babek (nebo cokoli ve vaší místní měně), pak bychom to všichni moc ocenili. Do vývoje HotStuff šla spousta lásky, dokonce si mysleli, že je to myšleno jako výukové cvičení a velkou část této práce lze znovu použít pro budoucí projekty, které mají „pomalý“procesor, ale potřebují rychlý, jasný a především VELKÝ alfanumerický písmo na displeji TFT. Vyřešte zde (máte naše díky):

paypal.me/FirstGenSci