Barometr binarny

Barometr binarny
Pobierz PDF Download icon
W Elektronice Praktycznej 8/2012 został opublikowany projekt dwupunktowego termometru binarnego, a w numerze 12/2013 projekt higrometru pokojowego. Opisane dalej urządzenie wskazuje aktualną wartość ciśnienia atmosferycznego i wyświetla w sposób identyczny, jak wspomniane termometr i higrometr. Wszystkie razem są użytecznym i wyglądającym efektownie zestawem.

Rysunek 1. Schemat ideowy barometru binarnego

Najważniejszym podzespołem w tej konstrukcji jest czujnik ciśnienia. Wybrano do tego celu sensor typu MPL115A2 produkcji Freescale Semiconductor. Sensor ciśnienia atmosferycznego został wykonany w technologii MEMS. Pozwala ona na wykonywanie miniaturowych elementów mechanicznych, które łatwo jest zintegrować z elektronicznymi. Szczegóły dotyczącej tej interesującej technologii zawarte są w artykule "Układy MEMS" w opublikowanym Elektronice Praktycznej 2/2010. Najważniejsze parametry sensora umieszczono w tabeli 1.

Na pierwszy rzut oka można dostrzec zalety, do których należą: mały pobór prądu, standardowy interfejs komunikacyjny oraz możliwość pracy przy zasilaniu napięciem 5 V (podobnie jak pozostałe układy z wyświetlaczami binarnymi). Nie wymaga również kalibracji: jego wewnętrzne rejestry, programowane przez producenta podczas produkcji, zawierają dane kalibracyjne każdego egzemplarza.

Rysunek 2. Schemat montażowy barometru binarnego

Ponadto, zachęcająca jest również niewysoka cena detaliczna - przeciętnie około 10 złotych brutto. Niestety, czujnik ten charakteryzuje się również dwiema poważnymi wadami: wyjątkowo kiepską dokładnością oraz obudową LGA8, która jest niemożliwa do przylutowania bez posiadania odpowiednich narzędzi. Obydwie te wady zostały po części wyeliminowane, o czym dalej.

Schemat ideowy elektronicznego barometru pokazano na rysunku 1. Głównym układem sterującym jest popularny mikrokontroler ATmega8. Realizuje on komunikację z układem MPL115A2, oblicza wynik końcowy oraz prezentuje go na wyświetlaczu złożonym z 11 diod LED. Otoczenie tego układu jest typowe: obwód rezystor R12 - kondensator C5 gwarantuje prawidłowe uruchomienie mikrokontrolera po załączeniu zasilania, natomiast kondensatory C1 i C2 filtrują jego zasilanie.

W układzie modelowym użyto diod świecących w kolorze białym, z racji kojarzenia tej barwy z powietrzem. Rezystory o stosunkowo dużej rezystancji wynoszącej aż 750 V ograniczają prąd płynący przez każdą z nich do wartości ok. 2 mA. Dzięki temu, światło emitowane przez te diody nie razi. Użycie diod z matowymi soczewkami dodatkowo załagodzi ten nieprzyjemny efekt.

Barometr zmontowano na jednostronnej płytce drukowanej o wymiarach 103 mm×40 mm, której schemat montażowy pokazano na rysunku 2. Szerokość płytki jest taka sama, jak płytki poprzednio opublikowanych układów, czyli termometru i higrometru.

Tabela 1. Najważniejsze parametry układu MPL115A2

Układ scalony barometru produkowany jest w bardzo kompaktowej obudowie, której przylutowanie do płytki nie jest łatwe. Dlatego zostały przewidziane na płytce pady lutownicze, do których można przylutować przewody łączące tę płytkę z gotowym modułem zawierającym już przylutowany układ MPL115A2. Połączyć należy linie SCL i SDA, masę oraz zasilanie. W przypadku modułów KAmodBAR-I2C oferowanych przez Kamami, linie sterujące funkcjonowaniem układu barometru należy zewrzeć do masy, przewodami przylutowanymi do dwóch pozostałych padów masy. Należą do nich:

  • SHDN (podanie stanu wysokiego powoduje przejście do trybu uśpienia);
  • CS_R (podanie na nią stanu wysokiego wyłącza komunikację I²C).

Fotografia 3. Prezentacja wyniku pomiaru ciśnienia atmosferycznego

Jeżeli zdecydujemy się na użycie gotowego modułu, to montaż elementów R13, R14 i C4 jest niepotrzebny.

Po prawidłowym zamontowaniu wszystkich podzespołów, następnym krokiem jest zaprogramowanie mikrokontrolera. Należy dodatkowo przestawić jego bity zabezpieczające na taktowanie wewnętrznym oscylatorem RC o częstotliwości 8 MHz. Programowania można dokonać poprzez złącze ISP, wyprowadzone na J2.

Po prawidłowym zaprogramowaniu, barometr jest natychmiast gotowy do eksploatacji, ponieważ nie wymaga od użytkownika kalibracji. Zasilanie napięciem 5 V, dobrze stabilizowanym. Pobór prądu jest silnie zależny od liczby załączonych diod i nie przekracza wartości 40 mA. Odczytywania wartości należy dokonywać w tym położeniu płytki, jaki prezentuje fotografia 3. Wartość ciśnienia atmosferycznego zakodowana jest w postaci naturalnego kodu binarnego: najbardziej na lewo znajduje się bit najstarszy (o wadze 210 = 1024), obok niego bit nieco młodszy (29 = 512) i tak dalej. LED1, umieszczona na prawo, sygnalizuje stan bitu najmłodszego (o wadze 20 = 1). Odczyt wartości (w postaci dziesiętnej) następuje poprzez zsumowanie wszystkich wag sygnalizowanym przez załączone diody. Dla przykładu ze zdjęcia, jest to: 0·210+1·29+1·28+1·27+1·26+0·25+1·24+ 1·23+1·22+0·21+1·20=512+256+12+64+ 16+8+4+1=989 hPa

Ponieważ takie operacje wykonywane w pamięci zajmują trochę czasu, odświeżanie następuje co 20s. W tym czasie, zbieranych jest dwadzieścia pomiarów, w odstępach jednosekundowych, po czym na wyświetlacz trafia ich średnia arytmetyczna. Pozwala to częściowo zniwelować niską dokładność tego czujnika.

Michał Kurzela, EP

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
sierpień 2014
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Materiały dodatkowe
Zobacz też
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik czerwiec 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio lipiec 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje czerwiec 2020

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna czerwiec 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich czerwiec 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów