Geekly articles weekly

Tragbare Wanderwetterstation MiniBTH2 / 2M

Im vorherigen ArtikelDie Entstehungsgeschichte und Erfahrung mit der Verwendung der miniBTH-Feldwetterstation wurde beschrieben. Dieses Instrument misst den aktuellen Luftdruck, die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit und zeigt sie kontinuierlich grafisch auf dem Bildschirm an. Alle gemessenen Parameter werden einmal pro Minute auf der Speicherkarte gespeichert. DarĂŒber hinaus verfĂŒgt das GerĂ€t ĂŒber einen Lichtsensor, und Daten vom Drucksensor können in eine barometrische Höhe umgewandelt werden. Dank der Verwendung eines transflektiven Bildschirms sind die Messwerte des GerĂ€ts auch bei hellem Sonnenlicht gut lesbar, und das GehĂ€use des GerĂ€ts ist versiegelt. Die Erfahrungen mit der Verwendung dieses GerĂ€ts erwiesen sich im Allgemeinen als positiv, es wurden jedoch eine Reihe von MĂ€ngeln festgestellt, die in einem frĂŒheren Artikel ausfĂŒhrlich untersucht wurden, wobei das Hauptproblem viel Gewicht war. In diesem Artikel werden wir die Erstellung und Bedienung der zweiten, bequemeren und funktionaleren Version betrachten. HinweisDa sich zum Zeitpunkt des Schreibens des letzten Artikels die zweite Version des GerĂ€ts bereits in einem hohen Grad an Bereitschaft befand, wurden dort die wichtigsten Möglichkeiten zur Überwindung der MĂ€ngel beschrieben.



Neues GerÀtedesign und Gewichtsreduzierung


Die erste MiniBTH-Wetterstation wurde als eigenstĂ€ndiges GerĂ€t konzipiert, das hauptsĂ€chlich fĂŒr Wanderungen entwickelt wurde. Aus diesem Grund wurde der Instrumentenkoffer luftdicht gemacht, ein transflektiver Bildschirm verwendet und die BatteriekapazitĂ€t fĂŒr mehr als einen Betriebsmonat berechnet. Der Hauptnachteil der ersten Version war meiner Meinung nach viel Gewicht, deshalb habe ich beschlossen, die zweite Version so kompakt und leicht wie möglich zu gestalten. Dazu mĂŒssen Sie die Platine des GerĂ€ts von der kleinstmöglichen GrĂ¶ĂŸe trennen: etwas grĂ¶ĂŸer als der Bildschirm, und das GehĂ€use so dĂŒnn und ummauert wie möglich gestalten. Die elektronischen und Software-Teile werden spĂ€ter besprochen, aber jetzt wenden wir uns dem Design des GehĂ€uses der zweiten Version des GerĂ€ts zu. Die Hauptideen zur Reduzierung der GrĂ¶ĂŸe des Falles waren wie folgt:

  • , , .
  • , .
  • . , .
  • .
  • .
  • «» .


Infolgedessen war es möglich, die vorgeschlagenen Ideen miteinander in Einklang zu bringen und aus Capralon ein ziemlich kompaktes GehÀuse mit folgendem Design herzustellen:



Die Sensoreinheit soll abnehmbar sein, mit zwei Schrauben am GehÀuse befestigt sein, und die Dichtheit des Andockens der Sensoreinheit und des GehÀuses wird durch eine ringförmige Dichtung sichergestellt, durch die DrÀhte verlaufen. Der Sensorsatz wird wie in der ersten Version des GerÀts verwendet - Drucksensor MS5803 und Feuchtigkeitssensor sht21. Die Sensoreinheit selbst ist mit Dichtmittel aus zwei Capralonkappen verklebt. Zwischen ihnen befindet sich eine Platine, auf der die Sensoren montiert sind. Die Platte besteht aus Glasfaser mit einer Dicke von 0,75 mm. WÀhrend des Zusammenbaus des GerÀts wurde das Fenster zum Schutz des Feuchtigkeitssensors vor den vom Dichtmittel freigesetzten DÀmpfen mit Kapton-Klebeband (wie in der Dokumentation empfohlen) versiegelt.



Das Design der Sensoreinheit berĂŒcksichtigt die MĂ€ngel, die beim Betrieb der ersten Version des GerĂ€ts festgestellt wurden. Der Feuchtigkeitssensor ist nicht mit einer Netzkappe SF2 abgedeckt, sondern wird einfach in die Aussparung des GerĂ€ts eingesetzt. Dies löst das Problem des Benetzens der Kappe, was zu einem lĂ€ngeren „Anhaften“ der Feuchtigkeitsmesswerte an der Maximalmarke fĂŒhrt, und gleichzeitig verhindert die Stelle in der Aussparung mit der empfindlichen Seite des Körpers eine BeschĂ€digung durch externe GegenstĂ€nde. Am Sensorblock des GerĂ€ts der Version 2M befindet sich ein zusĂ€tzlicher Vorsprung, um den Feuchtigkeitssensor vor BeschĂ€digung durch lange, dĂŒnne GegenstĂ€nde zu schĂŒtzen. Das Problem des Schutzes des Drucksensors MS5803 vor direkter Sonneneinstrahlung wird auch in der Entwurfsphase des GerĂ€ts gelöst. Der empfindliche Teil des Sensors ist mit einer Kappe aus schwarzem Polystyrol bedeckt, die in eine Aussparung im GehĂ€use eingeklebt ist.Da der Sensor auch von der RĂŒckseite empfindlich auf Beleuchtung reagiert, verbleibt die Metallisierung auf der Platine am Installationsort auf der gegenĂŒberliegenden Seite.



Der Luftzugang zum Drucksensor erfolgt ĂŒber einen dĂŒnnen Kanal (0,5 mm) zwischen dem InstrumentengehĂ€use und dem Sensorblock. Beachten Sie, dass bei der Auswahl dieser AusfĂŒhrung des Sensorblocks Bedenken bestanden, dass im Regen Wasser in einen dĂŒnnen Spalt zwischen dem Sensorblock und dem GerĂ€tekörper fließen und den Luftzugangskanal direkt zum Drucksensor vollstĂ€ndig blockieren wĂŒrde, was zu einem systematischen Fehler bei den Druckmesswerten aufgrund von fĂŒhren wĂŒrde OberflĂ€chenspannung von Wasser. Tests der GerĂ€te im Regen und unter der Dusche zeigten, dass aufgrund der Nichtbenetzbarkeit von Capralon bei einer Kanaldicke von 0,5 mm keine Leckage auftritt. GrĂŒndlichere Experimente haben gezeigt, dass, wenn der Sensorblock mit einer Neigung installiert wird und dadurch die Kanaldicke verringert wird, bis die Kante des Sensorblocks das GehĂ€use berĂŒhrt, Wasser in das GehĂ€use des Instruments austreten kann.und fĂŒhrt zu einer Abnahme der Druckwerte um etwa 0,7 mm Hg. Bei gleichmĂ€ĂŸiger Installation der Sensoreinheit tritt kein Wasser aus.

Auf den ersten Blick hat sich Ă€ußerlich wenig geĂ€ndert, aber in seinem Design mussten eine Reihe neuer technischer Lösungen angewendet werden. Einerseits erfordert die Verringerung der Anzahl der Klemmschrauben und die VergrĂ¶ĂŸerung des Abstands zwischen ihnen einen steiferen Klemmrahmen und / oder eine weichere Dichtung, um ein ZusammendrĂŒcken der Dichtung ĂŒber ihre gesamte LĂ€nge sicherzustellen. Andererseits wurde aus GrĂŒnden der Bequemlichkeit der Verwendung des GerĂ€ts beschlossen, den Klemmrahmen aus Kunststoff herzustellen, was im Gegenteil seine Steifigkeit verringert. Eine Möglichkeit, diesen Widerspruch zu lösen, ist die Verwendung eines weicheren Gummipads. Diese Option ist sinnvoller als der Versuch, „KrĂŒcken“ in Form des EinfĂŒhrens von starren MetalleinsĂ€tzen oder elastischen Elementen in die Struktur des Klemmrahmens einzubauen und dasselbe harte Band vom TonbandgerĂ€t als Dichtung zu verwenden.
Nach einer kurzen Suche im Internet wurde eine Lösung gefunden, wie man Gummidichtungen selbst herstellt. FĂŒr die Herstellung von Formen und Dichtungen werden spezielle Zweikomponentensilikone verwendet. Die Technologie fĂŒr die Arbeit mit diesen Silikonen sieht kurz wie folgt aus: Zwei flĂŒssige Komponenten mĂŒssen zusammengemischt werden, danach gießen sie einige Minuten in die Form und warten, bis die Zusammensetzung ausgehĂ€rtet ist. Nach dem AushĂ€rten wird ein sehr flexibler und weicher Silikonkautschuk erhalten, der sich leicht von der Form trennt, in der er sich verfestigt. Es gibt ganze Linien solcher Silikone verschiedener Hersteller, die sich untereinander durch die Art des verwendeten HĂ€rterkatalysators und die physikomechanischen und chemischen Eigenschaften des resultierenden Kautschuks unterscheiden. Alle Silikone haben eine Bruchdehnung von Hunderten von Prozent.relativ weich, kann bei Temperaturen bis zu 200 Grad Celsius arbeiten und ist relativ chemisch bestĂ€ndig. Silikone mit einem Platinkatalysator sind chemisch stabiler und haben eine Lebensmitteltoleranz. Eine der typischen Anwendungen solcher Silikone ist die Herstellung von Formen zum Gießen aus Gips, Zement, Seife oder sogar Schokolade. Die zweite typische Anwendung ist die Herstellung von Dichtungen.

Über die Herstellung von Silikonkautschukdichtungen

In seiner Stadt fand er einen Lieferanten, der eine ganze Reihe von Silikonen mit einem Sk-76x-Zinnkatalysator und Sk-790-Platinsilikon anbietet. FĂŒr Experimente kaufte ich zwei Sets - Sk-790 Platinkatalysatorsilikon und Sk-762 weichstes Silikon und begann mit dem Gießen zu experimentieren.

In meinem Fall war die Herstellung einer Form zum Gießen kein Problem, ich habe nur die Rillen der gewĂŒnschten Form in eine Folie aus Polymethylacrylat gefrĂ€st. Zuerst sollte es Silikon in die Form gießen und es oben mit einer zweiten flachen Scheibe organischen Glases bedecken, wobei das ĂŒberschĂŒssige Silikon herausgedrĂŒckt wurde. Es stellte sich jedoch heraus, dass nicht alles so einfach ist, und ich habe die Technologie leicht geĂ€ndert. Das Hauptproblem beim Gießen von Silikon sind Luftblasen. Sie entstehen sowohl beim Mischen der Ausgangskomponenten als auch beim Gießen der Zusammensetzung in eine Form. Eine der vom Hersteller empfohlenen Methoden zur Kontrolle der Blasen besteht darin, das zum Gießen vorbereitete Silikon vor dem Gießen einige Minuten lang in ein Vakuum zu setzen. In einem Vakuum quellen alle Blasen auf und platzen, und die gesamte Luft tritt aus ihnen aus. Äußerlich erinnert es vage an außer Kontrolle geratene Milch. Um die Blasen zu bekĂ€mpfenWĂ€hrend des Gießens entsteht, können Sie die Zusammensetzung nach dem Gießen schwören. Ich beschloss jedoch, meine Kollegen mit einer Vakuumkammer nicht zu belasten und nach einem einfacheren Weg zu suchen, um blasenfreie Gussteile herzustellen. Dies stellte sich als nicht so schwierig heraus, da alle beim Mischen und Gießen gebildeten Blasen ziemlich groß sind. Offensichtlich verhindert die ViskositĂ€t von Silikon die Bildung kleiner Blasen wĂ€hrend des Lufteinfangs oder durch Zerkleinern großer Blasen. Daher sind die Blasen mit dem Auge deutlich sichtbar und können sogar einige Millimeter bis zur AushĂ€rtung des Silikons schweben. Daher sollte die Gießtechnologie wie folgt aussehen: Silikon wird mit Überschuss entlang der Nut in der Form aufgetragen, und nach einigen Minuten wird das ĂŒberschĂŒssige Silikon zusammen mit allen Blasen mit einem Metallspatel entfernt. Wenn die Blase an der Wand der Form haftet,es kann mit dem gleichen Schulterblatt entfernt werden. Die Oberseite der FĂŒllung wird aufgrund der Einwirkung von OberflĂ€chenspannung und Schwerkraft glatt. Die Hauptsache ist, ĂŒberschĂŒssiges Silikon gleichmĂ€ĂŸig von der Oberseite der Form zu entfernen. Wenn Sie das Gussteil jedoch mit einem Deckel abdecken, besteht ein großes Risiko, dass die Luftblase in die Form gelangt.

Somit wurde das Problem der Herstellung von Dichtungen jeglicher Form gelöst, wodurch es möglich wurde, eine geeignete Designoption fĂŒr die vordere Abdeckung zu wĂ€hlen. Ein separates Dilemma war die Wahl des Materials fĂŒr den transparenten Teil des Deckels. Mir stehen zwei Arten von transparentem Material zur VerfĂŒgung. Eines ist viskoses und flexibles Polycarbonat, das jedoch nicht sehr widerstandsfĂ€hig gegen mechanische Beanspruchung ist und nicht sehr transparent ist, sondern einen blĂ€ulichen Farbton aufweist. Das zweite ist transparentes, aber zerbrechliches Polymethylacrylat. Trotz der Tatsache, dass in der ersten Version des GerĂ€ts Polycarbonat verwendet wurde, entschied ich mich in der zweiten fĂŒr die Verwendung von Polymethylacrylat. Einerseits ist es transparenter, was die Lesbarkeit des Bildschirms bei hellem Streulicht verbessert, andererseits fĂŒhrt es zu weniger Abweichungen bei den Messwerten von Lichtsensoren. Außerdem ist es unter Ă€hnlichen Betriebsbedingungen weniger zerkratzt.Um die Wahrscheinlichkeit von Acrylatrissen wĂ€hrend eines Frontalaufpralls zu verringern und das Erscheinungsbild des GerĂ€ts zu verbessern, wird die transparente Abdeckung dick (5 mm) gemacht und der Druckrahmen auf einer speziellen gefrĂ€sten Kante montiert. Die obere Abdeckung dieses Designs erweist sich als ziemlich steif und kann sowohl mit einer weichen Silikondichtung Sk-762 als auch mit einer steiferen Dichtung von Sk-790 verwendet werden. Am Ende habe ich mich fĂŒr Silikon 790 entschieden, weil es mit einem Platinkatalysator arbeitet und chemisch inerter ist.und kann sowohl mit einer weichen Silikondichtung Sk-762 als auch mit einer steiferen Dichtung von Sk-790 verwendet werden. Am Ende habe ich mich fĂŒr Silikon 790 entschieden, weil es mit einem Platinkatalysator arbeitet und chemisch inerter ist.und kann sowohl mit einer weichen Silikondichtung Sk-762 als auch mit einer steiferen Dichtung von Sk-790 verwendet werden. Am Ende habe ich mich fĂŒr Silikon 790 entschieden, weil es mit einem Platinkatalysator arbeitet und chemisch inerter ist.



Die Möglichkeit, Dichtungen jeder Form zu gießen, ermöglichte es, eine Luke fĂŒr den schnellen Zugriff auf SD zu erstellen, die in der 2M-Version des GerĂ€ts implementiert war. Schließlich nahm die Idee, die Luke herzustellen, ziemlich spĂ€t Gestalt an, als die GerĂ€teversion 2 zusammengebaut und hergestellt wurde. Das Erstellen der Luke beruhte auf drei Problemen - wie man sie versiegelt, wo man sie platziert und wie man sie repariert. Das erste Problem wird gelöst, indem die Dichtung in die gewĂŒnschte Form gebracht wird. Das zweite Problem wurde ebenfalls gelöst, da sich in der Aussparung an der Unterseite eine freie Stelle befindet, an der es bequem ist, den nach außen ragenden Deckel zu verbergen. Ich habe das dritte Problem meiner Meinung nach auf einfachste Weise gelöst - die Luke ist mit Schrauben befestigt. Einerseits öffnen Sie nicht ohne SchlĂŒssel, aber zufĂ€llig wird es auch nicht geöffnet. Bei seriell versiegelten GerĂ€ten werden die Abdeckungen hĂ€ufig auch mit Schrauben befestigt.



Die Luke selbst befindet sich im unteren Teil des Körpers und ist ein durchbohrtes Loch von lĂ€nglicher Form mit einer T-förmigen Stufe in dem Abschnitt, auf den die Dichtung gecrimpt wird. Außen wird die Dichtung durch eine flache Abdeckung gedrĂŒckt, die mit zwei M3x5-Schrauben am GehĂ€use befestigt ist. Die Dicke der Bodenwand des GehĂ€uses betrĂ€gt 5 mm, die Tiefe der Kante betrĂ€gt 2 mm, die Dicke der nicht komprimierten Dichtung betrĂ€gt 2,5 mm und die Dicke des Deckels betrĂ€gt 2 mm. Die Löcher, in die die Schrauben eingeschraubt werden, sind nicht durchgehend, sie sind um 3,9 mm in den Körper eingelassen, das Gewinde in ihnen ist fast bis zur gesamten Tiefe geschnitten. Das EinfĂ€deln ist auf einer mir zur VerfĂŒgung stehenden CNC-Maschine nicht möglich, daher wurde es mit drei speziell geschĂ€rften Gewindebohrern und einem Schraubendreher durchgefĂŒhrt.

Das fertige GehĂ€use wurde durch 12-stĂŒndiges Eintauchen in Wasser auf Dichtheit geprĂŒft. Filterpapier wurde verwendet, um mögliche Lecks festzustellen. Die GehĂ€use waren luftdicht. Um die Kondensation von Wasser im Inneren des GehĂ€uses bei niedrigen Temperaturen zu verhindern, wird ein Stoffbeutel mit Kieselgel in das freie Volumen in der NĂ€he der Batterie gelegt. Tests und weitere Operationen haben gezeigt, dass sich im GehĂ€use kein Kondenswasser bildet.

Über die Entwicklung des elektronischen Teils



Der elektronische Teil der zweiten Version des GerÀts ist in Bezug auf die verwendeten Lösungen der ersten Version sehr Àhnlich. Als Hauptprozessor wird der ATmega1284p-Mikrocontroller verwendet, der mit einer Frequenz von 8 MHz arbeitet.



Alle DS1337-Sensoren und Echtzeituhren sind ĂŒber den I2C-Bus mit ihm verbunden. Ein zusĂ€tzliches Signal mit einer Frequenz von 1 Hz wird an einen separaten Eingang des Prozessormikrocontrollers angeschlossen. Auf diese Weise können Sie den Schlafmodus bei gestoppter Hauptuhr verwenden, um die Energieeffizienz zu verbessern. Der Akku wird ĂŒber den max1879-Controller mit einem externen SchlĂŒssel aufgeladen. Jetzt ist er ĂŒber Druckverschraubungen direkt mit dem LadegerĂ€t verbunden. Zur Anzeige des Ladestroms wird am OperationsverstĂ€rker TS321 eine Strommessschaltung eingefĂŒhrt, die der in der ersten Version des GerĂ€ts verwendeten völlig Ă€hnlich ist. Der Bildschirm und die SD-Karte sind ĂŒber denselben SPI-Bus mit dem Controller verbunden. Jetzt bietet die Schaltung jedoch die Möglichkeit, die Stromversorgung der SD-Karte auszuschalten, wenn sie nicht verwendet wird.Die Touch-Tasten an den Phasendetektoren Ă€hneln denen der ersten Version des GerĂ€ts.



Die Platten der Touch-Tasten befinden sich auf der Seitenwand des GerĂ€ts, und ĂŒber ihnen wird fĂŒr eine einfache Blindsuche gefrĂ€st. Es gibt noch drei Tasten, die obere heißt ĂŒblicherweise "Eingabe", die mittlere "-" und die untere "+". Fast alle Details des GerĂ€ts konnten auf einer 59 x 41 mm großen Platine mit abgerundeten Kanten platziert werden. Nur Schutzsapressoren und L2-L3-Spulen sind direkt an den Schrauben montiert - hermetische EinlĂ€sse.



Die Lichtsensoren befinden sich auf einer separaten dĂŒnnen Platine ĂŒber dem Display. Die GrĂ¶ĂŸe der Platine wird so gewĂ€hlt, dass das Display im zusammengebauten Zustand fast die gesamte Vorderseite der Platine abdeckt.


Um dem GerĂ€t ein Ă€sthetischeres Aussehen zu verleihen, wurde eine dekorative Auflage angebracht, die alles außer dem Arbeitsteil des Displays und den Lichtsensoren abdeckt.

Über die GerĂ€teschnittstelle und Softwareentwicklung



ZunĂ€chst ist anzumerken, dass der Entwurf der zweiten Version des GerĂ€ts von Arduino an AVR Studio ĂŒbertragen wurde. Dies geschah, weil Arduino keinen wirklichen Vorteil bietet, außer fĂŒr eine schnelle Firmware ĂŒber Bootloader und UART, aber es gibt Probleme mit Watchdog, Energieeinsparung und einigen kleinen Dingen. Die Situation wird durch die Tatsache verschĂ€rft, dass es auf dem ATmega1284p keine Standard-Arduino-Plattformen gibt. Sie hatten also die Wahl: Beenden Sie entweder die Arduino-IDE und den Bootloader oder ĂŒbertragen Sie das Projekt an AVR Studio. Um die Arbeit der verwendeten SDFATlib-Bibliothek nicht zu beeintrĂ€chtigen, habe ich den Teil des Arduino-Kerns im Projekt im Zusammenhang mit der Initialisierung belassen und mit dem Timer und den Eingabe- / Ausgabezeilen gearbeitet. Ich musste jedoch Änderungen an der SDFATlib-Bibliothek vornehmen, was auf eine Änderung der PolaritĂ€t des SCK-Signals bei Verwendung der SD-Karten-Trennschaltung zurĂŒckzufĂŒhren ist.Übrigens kann SDFATlib sowohl mit der von Arduino geerbten SPI-Bibliothek als auch mit seiner eigenen arbeiten. In meinem Projekt ist SDFATlib so konfiguriert, dass es ĂŒber seine eigene Bibliothek fĂŒr AVR mit SPI zusammenarbeitet (dies ist ĂŒbrigens die Standardkonfiguration, obwohl es möglich ist, ĂŒber Arduino-Bibliotheken zu arbeiten).

Ein wichtiger Unterschied zwischen der zweiten Version des GerÀts ist die Energieeinsparung. Da der mitgelieferte Farbbildschirm im aktiven Modus etwa 3 mA verbraucht, besteht die Hauptmethode zum Energiesparen darin, den Bildschirm nach einiger Zeit der InaktivitÀt des GerÀts in den Ruhemodus zu versetzen. Der Bildschirm wird durch dieselbe Tastenkombination "Initiieren" eingeschaltet, mit der die Hintergrundbeleuchtung in der ersten Version des GerÀts eingeschaltet wurde - durch Halten der Extremtasten, wobei der Durchschnitt freigegeben wurde.

Wenn der Bildschirm eingeschaltet ist, werden Sensoren und BerĂŒhrungstasten mit einer Periode des Hauptzyklus von ungefĂ€hr 200 ms abgefragt, wobei dieselbe Periode abgefragt wird, und einige Anzeigeelemente, wie der Status der Tasten und die Zeit, werden aktualisiert. Die angezeigten Informationen von den Sensoren werden doppelt so lange aktualisiert, ungefĂ€hr alle 400 ms. Dieser Zeitraum ist meiner Meinung nach optimal, da bei einem kĂŒrzeren Aktualisierungszeitraum das Lesen von Zahlen unpraktisch ist und bei einem lĂ€ngeren Zeitraum die Verzögerung beim Lesen spĂŒrbar ist. Die Abfragefrequenz aller Sensoren wurde speziell doppelt so hoch wie die Bildwiederholfrequenz der Anzeige gewĂ€hlt, da zwei gemessene Parameter nacheinander von den Druck- und Feuchtigkeitssensoren abgelesen werden: wĂ€hrend einer Abfrage Temperatur, wĂ€hrend der nĂ€chsten Abfrage - Druck oder Feuchtigkeit. WĂ€hrend der gesamten "freien" Zeit des Hauptzyklus befindet sich der Prozessor im ADC-RauschunterdrĂŒckungsmodus.Messen des Batteriestroms. Wenn der Bildschirm eingeschaltet ist, verbraucht das GerĂ€t daher ca. 6 mA.

Wenn der Bildschirm ausgeschaltet ist, ist keine Aktualisierung der Anzeige erforderlich, sodass die Sensoren und Tasten weniger hĂ€ufig alle 500 ms abgefragt werden und der Prozessor seine gesamte Freizeit im Ausschaltmodus verbringt. Der Ausschaltmodus wird durch Unterbrechung des Pin-Wechsel-Interrupts von der Echtzeituhr beendet. In diesem Fall werden die gemittelten Daten aller Sensoren unabhĂ€ngig vom Bildschirmmodus einmal pro Minute auf der Speicherkarte aufgezeichnet. Um den Energieverbrauch zu senken, wird die gesamte Peripherie des Mikrocontrollers unmittelbar vor der Verwendung ĂŒber die PRR-Register eingeschaltet und nach der Verwendung ausgeschaltet. Der Strom, den das GerĂ€t bei ausgeschaltetem Bildschirm verbraucht, betrĂ€gt durchschnittlich etwa 250 ÎŒA, von denen etwa 100 ÎŒA im Ausschaltmodus auf den Bildschirm fallen, und der Rest entfĂ€llt hauptsĂ€chlich auf den Mikrocontroller. In diesem Fall verringert eine Verringerung der HĂ€ufigkeit von Abfragesensoren den Stromverbrauch praktisch nicht.weil ein erheblicher Teil der Energie beim Abrufen der Touch-Tasten verbraucht wird. Es ist anzumerken, dass der verwendete Uhrentyp auch den Stromverbrauch beeinflusst. Wenn der Mikrocontroller vom eingebauten RC-Oszillator getaktet wird, ist der Stromverbrauch im Off-Screen-Modus etwas geringer als bei Verwendung von externem Quarz. Dies ist offensichtlich auf einen schnelleren Start und eine geringere VerlustkapazitĂ€t des RC-Oszillators zurĂŒckzufĂŒhren. Da in dieser Version des GerĂ€ts keine besonderen Anforderungen an die StabilitĂ€t der Taktfrequenz des Mikrocontrollers gestellt werden, wird in der endgĂŒltigen Version des GerĂ€ts der eingebaute RC-Oszillator als Taktgenerator verwendet (obwohl auf der Platine Platz fĂŒr Quarz vorhanden ist).dass der verwendete Uhrentyp auch den Stromverbrauch beeinflusst. Wenn der Mikrocontroller vom eingebauten RC-Oszillator getaktet wird, ist der Stromverbrauch im Off-Screen-Modus etwas geringer als bei Verwendung von externem Quarz. Dies ist offensichtlich auf einen schnelleren Start und eine geringere VerlustkapazitĂ€t des RC-Oszillators zurĂŒckzufĂŒhren. Da in dieser Version des GerĂ€ts keine besonderen Anforderungen an die StabilitĂ€t der Taktfrequenz des Mikrocontrollers gestellt werden, wird in der endgĂŒltigen Version des GerĂ€ts der eingebaute RC-Oszillator als Taktgenerator verwendet (obwohl auf der Platine Platz fĂŒr Quarz vorhanden ist).dass der verwendete Uhrentyp auch den Stromverbrauch beeinflusst. Wenn der Mikrocontroller vom eingebauten RC-Oszillator getaktet wird, ist der Stromverbrauch im Off-Screen-Modus etwas geringer als bei Verwendung von externem Quarz. Dies ist offensichtlich auf einen schnelleren Start und eine geringere VerlustkapazitĂ€t des RC-Oszillators zurĂŒckzufĂŒhren. Da in dieser Version des GerĂ€ts keine besonderen Anforderungen an die StabilitĂ€t der Taktfrequenz des Mikrocontrollers gestellt werden, wird in der endgĂŒltigen Version des GerĂ€ts der eingebaute RC-Oszillator als Taktgenerator verwendet (obwohl auf der Platine Platz fĂŒr Quarz vorhanden ist).Dies ist auf einen schnelleren Start und eine geringere VerlustkapazitĂ€t des RC-Oszillators zurĂŒckzufĂŒhren. Da in dieser Version des GerĂ€ts keine besonderen Anforderungen an die StabilitĂ€t der Taktfrequenz des Mikrocontrollers gestellt werden, wird in der endgĂŒltigen Version des GerĂ€ts der eingebaute RC-Oszillator als Taktgenerator verwendet (obwohl auf der Platine Platz fĂŒr Quarz vorhanden ist).Dies ist auf einen schnelleren Start und eine geringere VerlustkapazitĂ€t des RC-Oszillators zurĂŒckzufĂŒhren. Da in dieser Version des GerĂ€ts keine besonderen Anforderungen an die StabilitĂ€t der Taktfrequenz des Mikrocontrollers gestellt werden, wird in der endgĂŒltigen Version des GerĂ€ts der eingebaute RC-Oszillator als Taktgenerator verwendet (obwohl auf der Platine Platz fĂŒr Quarz vorhanden ist).

Wichtige Änderungen wirkten sich auf die Informationsanzeigemodi aus, alle bei der Verwendung der ersten Version des GerĂ€ts festgestellten MĂ€ngel wurden berĂŒcksichtigt und die entsprechenden Änderungen wurden im Programm vorgenommen. Jetzt gibt es 4 verschiedene Datenanzeigemodi (der Anzeigemodus bezieht sich auf das Erscheinungsbild des Hauptbildschirms), zwischen denen ĂŒber die Eingabetaste umgeschaltet wird.



Erster BildschirmWird verwendet, um den Verlauf von Änderungen der Wetterdaten in Form von Diagrammen sowie die aktuellen Messwerte von Sensoren, Datum und Uhrzeit anzuzeigen. Auf den ersten Blick scheint sich hier seit der ersten Version des GerĂ€ts praktisch nichts geĂ€ndert zu haben, aber tatsĂ€chlich ist dies nicht der Fall. Jetzt speichert das GerĂ€t alle zwei Minuten Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Druck und speichert die Daten der letzten 4 Tage im RAM - insgesamt 2880 Messwerte. Alle diese Daten können in verschiedenen Zeitskalen angezeigt werden. StandardmĂ€ĂŸig werden die neuesten Daten auf dem Bildschirm angezeigt. Wenn Sie jedoch die Taste „-“ gedrĂŒckt halten, können Sie in den RĂŒcklaufmodus wechseln und dann mit den Tasten „+“ und „-“ entlang der Zeitachse vor- und zurĂŒckbewegen. Verlassen Sie den RĂŒcklaufmodus durch DrĂŒcken der Eingabetaste. Das Einschalten der Waage erfolgt zeitlich ĂŒber die Taste „+“. Die endgĂŒltige Firmware-Version bietet 4 Zeitskalen:
  • 2/ (3.2 ).
  • 6/ (9.6 ).
  • 10/ (16 ).
  • 30/ (48 ).

GrundsĂ€tzlich sind auch andere Skalierungsoptionen möglich, die ein Vielfaches von 2 Minuten sind. Beim Erstellen von Diagrammen sind nun verschiedene Interpretationen meteorologischer Daten möglich. Der Druck kann direkt angezeigt oder in eine barometrische Höhe relativ zu einem Punkt mit einem bestimmten Referenzdruck umgerechnet werden. Im ersten Fall wird die richtige Skala in Millimetern Quecksilber und im zweiten Fall in Metern angegeben. Die Luftfeuchtigkeit kann auch entweder direkt angezeigt werden (blaue FĂŒllung) oder auf den Taupunkt neu berechnet werden. ZusĂ€tzlich zur Temperaturkurve wird auch eine Taupunktkurve (Himbeere) angezeigt. Der Anzeigemodus fĂŒr Druck und Luftfeuchtigkeit wechselt auf dem zweiten Bildschirm.

Zweiter Bildschirmist wie in der ersten Version fĂŒr die Anzeige aller Informationen zum aktuellen Status des GerĂ€ts und der Sensoren reserviert. Hier werden Parameter wie Batteriespannung, Ladestrom, Strommesswerte der Hauptsensoren, Nulldruck, Uhrzeit, Datum angezeigt. Die letzte Zeile zeigt das Ergebnis des letzten Schreibversuchs auf die SD-Karte und die aktuelle Version der Interpretation meteorologischer Daten in Grafiken. Auf diesem Bildschirm können Sie mit den Tasten „+“ und „-“ die Interpretation der Wetterdaten Ă€ndern und durch DrĂŒcken der Auslösesequenz den Uhreinstellungsmodus aufrufen. Bei der SD-Karte wird das Ergebnis des letzten Anrufs angezeigt. Wenn die Aufzeichnung erfolgreich war, wird die Anzahl der beim letzten Zugriff aufgezeichneten Bytes angezeigt. Wenn ein Fehler auftritt, wird "Err" angezeigt, und wenn sich die Karte nicht im Kartenleser befand, wird "---" angezeigt.

Dritter BildschirmEntwarf, den Referenzdruck eines barometrischen Höhenmessers einzustellen. Die erste Zeile zeigt den aktuellen Referenzdruck und die entsprechende Luftdruckhöhe. Der aktuelle atmosphĂ€rische Druck ist unten gezeigt. Das Folgende ist eine Tabelle der Geschichte der ReferenzdrĂŒcke mit Datum und Uhrzeit ihrer Installation. Die letzte Zeile zeigt Datum und Uhrzeit. Der Referenzdruck wird mit den Tasten „+“ und „-“ geĂ€ndert und automatisch zur Verlaufstabelle hinzugefĂŒgt, wenn beim Einstellen des nĂ€chsten Bildschirms der eingestellte aktuelle Referenzdruck vom letzten historischen Wert abweicht.

Vierter Bildschirmdient zur detaillierten Anzeige der vom RGB-Lichtsensor max44008 bereitgestellten Daten. Die ersten fĂŒnf Linien zeigen die aktuelle Beleuchtung der KanĂ€le in numerischer und grafischer Form, gefolgt von den geschĂ€tzten Farbkoordinaten und der Farbtemperatur des einfallenden Lichts. Darauf folgt eine Zeile mit zwei Lesungen in Suiten. Die linke Nummer bezieht sich auf den aktuellen Sensor max44008, die rechte auf max44009. Die letzten vier Zeilen stimmen vollstĂ€ndig mit denen des ersten Bildschirms ĂŒberein.

HintergrundbeleuchtunggeringfĂŒgig geĂ€ndert im Vergleich zur ersten Version des GerĂ€ts, da sich die Funktionsweise des Bildschirms geĂ€ndert hat. Die Hintergrundbeleuchtung wird weiterhin durch die auslösende Tastenkombination (wie der Bildschirm) eingeschaltet. Wenn die Beleuchtung beim Einschalten des Bildschirms weniger als 100 Lux betrĂ€gt, wird die Hintergrundbeleuchtung mit dem Bildschirm eingeschaltet. Zum Zeitpunkt des Einschaltens wird der Timer fĂŒr das Ausschalten der Hintergrundbeleuchtung auf einen Zeitraum von 40 Sekunden eingestellt. Durch DrĂŒcken der Taste bei eingeschalteter Hintergrundbeleuchtung wird der Sleep-Timer auf mindestens einen weiteren Zeitraum von 12 Sekunden eingestellt. Vor dem Einschalten der Hintergrundbeleuchtung werden alle Messwerte der Lichtsensoren gespeichert. WĂ€hrend des anfĂ€nglichen Brennens der Hintergrundbeleuchtung fĂŒr etwa 7 Sekunden werden die gespeicherten Messwerte der Lichtsensoren auf allen Bildschirmen angezeigt, wĂ€hrend sich der Hintergrund des angezeigten Texts von weiß nach grĂŒn Ă€ndert.Dank der Speicherung von Messwerten kann das GerĂ€t eine geringe Beleuchtung anzeigen, die nicht durch die Beleuchtung von Sensoren mit einem eigenen Bildschirm verzerrt wird. Auf allen Bildschirmen außer dem zweiten fĂŒhrt das DrĂŒcken der Auslösekombination bei eingeschalteter Hintergrundbeleuchtung dazu, dass die Hintergrundbeleuchtung ausgeschaltet wird. Auf dem zweiten Bildschirm schaltet diese Kombination den Uhreinstellungsmodus ein.

,vor allem ĂŒber max44008 lohnt es sich separat zu sprechen. Dieser Sensor wurde in der Version des 2M-Instruments hinzugefĂŒgt, um den Betriebsbereich des Wetterstations-Luxometers im Bereich bei schlechten LichtverhĂ€ltnissen zu erweitern. Die maximale Empfindlichkeit des von der ersten Version des GerĂ€ts geerbten Sensors max44009 betrĂ€gt 45 Millilux / ZĂ€hlung. Dies reicht völlig aus, um die Beleuchtung in der DĂ€mmerung zu messen, reicht jedoch nicht aus, um die Beleuchtung in einer mondhellen und mondlosen Nacht zu messen. NatĂŒrlich ist die Messung der Beleuchtung nicht die Hauptaufgabe meiner Wetterstation, aber da sich im GerĂ€t ein Luxometer befindet und Sie sich manchmal auf Reisen nachts bewegen mĂŒssen, möchte ich ein Werkzeug haben, das zeigt, wie dunkel die Nacht jetzt ist. Daher wurde der empfindlichste Sensor ausgewĂ€hlt, Ă€hnlich dem in frĂŒheren Versionen von max44009 verwendeten.Der Sensor verfĂŒgt ĂŒber sechs KanĂ€le zur Messung der Beleuchtung in verschiedenen Bereichen und einen Kanal zur Messung der Temperatur. Wir haben bereits genĂŒgend Temperatursensoren im GerĂ€t, sodass das GerĂ€t nur sechs optische KanĂ€le abfragt - sichtbar (klar), rot (rot), grĂŒn (grĂŒn), blau (blau), infrarot (IR) und kompensiert (IRcomp). Die ersten fĂŒnf KanĂ€le dienen zur Messung der Beleuchtung in verschiedenen Teilen des Spektrums, und der sechste dient zur Kompensation der Infrarotbeleuchtung sichtbarer KanĂ€le. Die Einstellung von Parametern wie VerstĂ€rkung (im Wesentlichen Empfindlichkeit) und Signalakkumulationszeit (beeinflusst auch die Empfindlichkeit und Genauigkeit von Messungen) ist nur fĂŒr alle KanĂ€le gleichzeitig und nur von außen möglich. Die Möglichkeit, diese Parameter automatisch vom Sensor selbst auszuwĂ€hlen, ist im Gegensatz zu max44009 nicht verfĂŒgbar.Die Empfindlichkeit muss ĂŒber das Programm eingestellt werden. GemĂ€ĂŸ der Dokumentation fĂŒr den Sensor können die gelieferten Anfangswerte in die Leistung des Lichtflusses pro FlĂ€cheneinheit in Milliwatt pro Quadratzentimeter umgerechnet werden. Dort sind auch Kurven (eigentlich gerade Linien) zum Umwandeln des Ausgangs in Suiten fĂŒr Quellen wie eine GlĂŒhlampe und eine Leuchtstofflampe dargestellt. Ich fĂŒhrte meine Kalibrierung durch, indem ich die Messwerte von max44009 und dem neuen max44008 mit diffusem Sonnenlicht, Licht einer Leuchtstofflampe und LED-Lampe verglich und die Messwerte als Quelle mittelte. Als Ergebnis habe ich Ă€hnliche Werte fĂŒr Umrechnungsfaktoren erhalten. Infolgedessen betrĂ€gt die Empfindlichkeit von max44008 im empfindlichsten Bereich ungefĂ€hr 1,4 Milliuks pro Anzeige, was eineinhalb GrĂ¶ĂŸenordnungen besser ist als bei max44009.Der Endwert der Luxometerablesungen wird durch lineares ZusammenfĂŒgen von Daten aus dem niedrigempfindlichen max44009 und dem empfindlichen max44008 im Bereich von 5 bis 10 Lux gebildet. Die Berechnung der Farbkoordinaten und der Farbtemperatur erfolgt gemĂ€ĂŸ der Dokumentation, einfach weil es eine solche Möglichkeit gibt.

Eine separate Studie verdient die Frage nach der Genauigkeit von Lichtsensoren und dem Einfluss der IR-Beleuchtung auf die ZuverlĂ€ssigkeit von Messwerten. Die Wurzel des Problems liegt in der Tatsache, dass die lichtempfindlichen Elemente von max4400x-Sensoren (sowie viele andere Fotodioden und integrierte Sensoren, Matrizen von Kameras und Videokameras und andere GerĂ€te) auf der Basis von Silizium hergestellt werden. Aufgrund ihrer physikalischen Natur zeichnen solche lichtempfindlichen Elemente elektromagnetische Strahlung von einer langen WellenlĂ€nge auf, die kĂŒrzer als eine bestimmte durch die BandlĂŒcke bestimmte Grenze ist. FĂŒr Silizium betrĂ€gt diese endgĂŒltige WellenlĂ€nge ungefĂ€hr 1100 nm. Gleichzeitig ist das menschliche Auge gegenĂŒber elektromagnetischer Strahlung mit einer WellenlĂ€nge von mehr als 800 nm völlig unempfindlich. Daher wird Strahlung mit einer WellenlĂ€nge von mehr als 800 nm (normalerweise 800-1400 nm) als nahes Infrarot bezeichnet.In den Emissionsspektren erhitzter Körper wie GlĂŒhlampen, Bogenlampen oder der Sonne befindet sich viel solcher Strahlung. Und solche Strahlung fehlt praktisch in den Spektren von weißen LEDs und Leuchtstofflampen. In der Regel werden die lichtempfindlichen Elemente mit speziellen Filtern beschichtet, die ihre Empfindlichkeitskurve nĂ€her an die Anforderungen einer bestimmten Anwendung bringen. Ein solches Filter kann Strahlung im nahen Infrarot um mehrere GrĂ¶ĂŸenordnungen abschwĂ€chen, schneidet sie jedoch nicht vollstĂ€ndig ab. Gleichzeitig bleibt ein Problem bestehen, das damit zusammenhĂ€ngt, dass das menschliche Auge ĂŒberhaupt nicht im nahen Infrarotbereich sieht und das GerĂ€t, das den Fluss des sichtbaren Lichts messen soll, ihn zumindest ein wenig registriert. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um dieses Problem zu lösen. Bei Digitalkameras oder Videokameras wird also ein spezieller Mehrschichtfilter vor der Matrix platziert.Dies schwĂ€cht die Strahlung im nahen Infrarot um etwa 3 GrĂ¶ĂŸenordnungen ab. Die max4400x-Sensoren verwenden eine andere Lösung - die Verwendung eines zusĂ€tzlichen „Kompensationskanals“. Im Sensor sind mehrere Fotodioden mit unterschiedlichen Filtern installiert, mit ungefĂ€hr derselben Transmission im nahen Infrarotbereich, und die Gesamtbeleuchtung im sichtbaren Bereich wird als Differenz der Messungen von zwei Fotodioden bestimmt. In unserem Fall fĂŒhrt der max44009-Sensor automatisch eine Kompensation durch, und der max44008-Sensor gibt nur die Daten des Messkanals aus, und der Benutzer muss die Kompensation selbst durchfĂŒhren, indem er die gelesenen Werte voneinander subtrahiert.mit ungefĂ€hr der gleichen DurchlĂ€ssigkeit im nahen Infrarotbereich, und die Gesamtbeleuchtung im sichtbaren Bereich wird als Differenz der Messungen von zwei Fotodioden bestimmt. In unserem Fall fĂŒhrt der max44009-Sensor automatisch eine Kompensation durch, und der max44008-Sensor gibt nur die Daten des Messkanals aus, und der Benutzer muss die Kompensation selbst durchfĂŒhren, indem er die gelesenen Werte voneinander subtrahiert.mit ungefĂ€hr der gleichen DurchlĂ€ssigkeit im nahen Infrarotbereich, und die Gesamtbeleuchtung im sichtbaren Bereich wird als Differenz der Messungen von zwei Fotodioden bestimmt. In unserem Fall fĂŒhrt der max44009-Sensor automatisch eine Kompensation durch, und der max44008-Sensor gibt nur die Daten des Messkanals aus, und der Benutzer muss die Kompensation selbst durchfĂŒhren, indem er die gelesenen Werte voneinander subtrahiert.

Um die Angemessenheit der IR-Kompensation zu ĂŒberprĂŒfen, fĂŒhrte ich mehrere einfache Experimente durch. Die erste besteht darin, den Effekt der IR-Beleuchtung von einer IR-LED mit einer WellenlĂ€nge von 880 nm Strahlung auf die Messwerte beider Sensoren zu untersuchen. Die Kanalwerte wurden verglichen, wenn die Infrarotstrahlungsquelle ein- und ausgeschaltet wurde und die Lichtbedingungen unverĂ€ndert blieben. Das Experiment zeigte, dass die IR-Kompensation im freien Kanal des max44008-Sensors am besten funktioniert. Wenn die IR-Beleuchtung die IntensitĂ€t des sichtbaren Lichts um etwa eine GrĂ¶ĂŸenordnung ĂŒberschreitet, betrĂ€gt der Fehler des kompensierten klaren Kanals nicht mehr als 10%, und der Sensor max44009 liefert bei einer solchen Beleuchtung sehr unterschĂ€tzte Messwerte (es liegt eine Überkompensation vor). Die Messwerte der FarbkanĂ€le des RGB-Sensors unter IR-Beleuchtung beginnen jedoch zu "schweben" und in verschiedene Richtungen.Eine weitere KuriositĂ€t wurde beim Betrieb dieses Sensors festgestellt - SprĂŒnge in realen Messwerten beim Umschalten der PGA-VerstĂ€rkung von 16 auf 256 im ircomp-Kanal.

Das zweite Experiment war die ÜberprĂŒfung der Richtigkeit der Farbtemperaturmessung unter Verwendung verschiedener Quellen mit einer bekannten Farbtemperatur. Da ich kein genaues FarbmessgerĂ€t zur ÜberprĂŒfung habe, kann ich daraus schließen, dass max44008 mehr oder weniger adĂ€quate Ergebnisse fĂŒr Quellen wie LEDs und Leuchtstofflampen zeigt. Die Ergebnisse von Messungen fĂŒr GlĂŒhlampen, die sowohl bei vollem Licht als auch bei Unterlicht brennen, sind jedoch absolut unzuverlĂ€ssig aufgrund von IR-Beleuchtung. ErwĂ€hnenswert ist, dass bei Verwendung einer vorgewĂ€rmten Lampe als Infrarotstrahlungsquelle die Überkompensation des max44009-Sensors immer noch spĂŒrbar ist.
ErwÀhnenswert ist ein weiterer Nachteil des max44008-Sensors - der Dunkelstrom. Bei Temperaturen unter 15 Grad Celsius in absoluter Dunkelheit sind die Sensorwerte von max44008 Null. Mit zunehmender Temperatur steigt der Dunkelstrom jedoch stark an. Bei einer Temperatur von 18 Grad ist es 1 ZÀhlung, 20 Grad bereits 2 ZÀhlungen und bei 30 Grad bereits 7 ZÀhlungen. Es ist wahrscheinlich, dass der Sensor kalibriert werden kann, um den Dunkelstrom thermisch zu kompensieren, aber ich habe mich nicht mit diesem Problem befasst, da ich nur dann einen merklichen Anstieg des Dunkelstroms festgestellt habe, als ich das Datenprotokoll von der Reise nach Karelien analysiert habe, oder vielmehr den Teil davon, als das GerÀt in einem Beutel und einem Druckbeutel verpackt war.

Informationen zum Laden des Akkus.Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, verwaltet ein separater max1879-Controller die Batterieladung, und der Prozessor und das darauf ausgefĂŒhrte Programm können nur die Spannung an der Batterie und den Ladestrom ĂŒber die entsprechenden Schaltkreise messen. Es wurden jedoch eine Reihe von Maßnahmen ergriffen, damit das GerĂ€t normal aufgeladen und eingeschaltet werden kann, selbst wenn der Akku vollstĂ€ndig eingelegt ist. Jetzt verwendet das Projekt den Watchdog und die Sicherung WDTON blinkt, wodurch sichergestellt wird, dass der Watchdog automatisch gestartet wird, wenn der Controller zurĂŒckgesetzt wird. Die Brownout-Schwelle ist auf 1,8 V eingestellt, die Taktquelle ist der eingebaute RC-Oszillator und die Sicherung CKDIV8 blinkt ebenfalls. Damit der enthaltene Watchdog keinen zyklischen Neustart unter Verwendung von __attribute __ ((Abschnitt (". Init3"))) verursacht, ist das ZurĂŒcksetzen des Watchdogs fĂŒr den Zeitraum von vier Sekunden in die Initialisierung des Controllers integriert.Dank des installierten CKDIV8 startet der Controller mit einer Frequenz von 1 MHz, was bei Spannungen ab 1,8 V möglich ist. Nach der Initialisierung des Hauptreglers wird die Spannung an der Batterie ĂŒberprĂŒft. Wenn dieser Wert unter dem eingestellten Schwellenwert (2,7 V) liegt, wird auf dem Bildschirm eine Meldung ĂŒber die Batterieentladung und den Spannungswert der Batterie angezeigt. Danach wartet der Controller etwa 500 ms, schaltet den Bildschirm aus und schaltet sich aus, bis er vom Watchdog zurĂŒckgesetzt wird. Wenn die Spannung ĂŒber dem Schwellenwert liegt, schaltet das Programm die Taktfrequenz ĂŒber das CLKPR-Register auf 8 MHz um und wird im normalen Modus initialisiert. Als zusĂ€tzliche Vorsichtsmaßnahme erfolgt die Aufzeichnung auf eine microSD-Karte nur, wenn die Spannung an der Batterie ĂŒber einem bestimmten bei 3,2 V gewĂ€hlten Schwellenwert liegt. Infolgedessen arbeitet das GerĂ€t auch bei einer tiefen Entladung des Akkus im normalen Modus weiter, solange dies möglich ist.Aufgrund der Blockierung der Aufzeichnung auf der Karte ist ein Kartenfehler wĂ€hrend der Aufzeichnung ausgeschlossen. Wenn wĂ€hrend einer Tiefentladung die Spannung so stark abfĂ€llt, dass der Prozessor einfriert (die Erfahrung hat gezeigt, dass dies bei einer Spannung von etwa 2,3 V geschieht), wird ein Watchdog zurĂŒckgesetzt und das GerĂ€t wird in einen endlosen Zyklus versetzt, der aus Neustarts und einer Kurzzeitanzeige „Batterie ist schwach“ besteht. Wenn die Entladung noch tiefer ist, schaltet sich das GerĂ€t ĂŒber BSB aus. Beim Anschließen geschieht alles in umgekehrter Reihenfolge. Der max1879-Controller lĂ€dt einen tief entladenen Akku mit einem niedrigen Strom von 8 mA auf. Wenn die Batteriespannung ca. 2 V ĂŒberschreitet, wird der Mikrocontroller vom BSB zurĂŒckgesetzt und alle 4 Sekunden blinkt die Meldung „Batterie schwach“. In diesem Fall ĂŒberschreitet der durchschnittliche Stromverbrauch 1 mA nicht und der Ladevorgang wird fortgesetzt. Wenn die Batteriespannung 2,5 V erreicht,Es erfolgt ein Übergang zu einer Ladung mit vollem Strom, und bei 2,7 V schaltet sich das GerĂ€t normal ein. Eine solche Lösung bietet meiner Meinung nach eine bessere Leistung und Anzeige, wenn der Akku tief entladen ist, und einen stabilen Austritt aus der Tiefentladung. Wenn Sie jedoch den BSB-Schwellenwert auf 2,7 V einstellen, sind unter ungĂŒnstigen UmstĂ€nden versehentliche Fehlalarme möglich (der maximale BSB-Schwellenwert liegt zu nahe an der minimalen Ausgangsspannung des Stabilisators).Unter ungĂŒnstigen UmstĂ€nden sind versehentliche Fehlalarme möglich (der maximale BSB-Schwellenwert liegt zu nahe an der minimalen Ausgangsspannung des Stabilisators).Unter ungĂŒnstigen UmstĂ€nden sind versehentliche Fehlalarme möglich (der maximale BSB-Schwellenwert liegt zu nahe an der minimalen Ausgangsspannung des Stabilisators).

Die Standardanzeige einer schwachen Batterie in Form der blinkenden Buchstaben "LB" hat eine Auslöseschwelle von 3,65 V, was etwa 20% der verbleibenden Batterieladung entspricht, dh das GerĂ€t kann nach dem Einschalten der Anzeige der Notwendigkeit einer Ladung etwa einen Monat lang arbeiten. Daher ist es sehr schwierig, den Moment zu verpassen, in dem Sie das GerĂ€t aufladen mĂŒssen, wenn auch zumindest manchmal, um die Messwerte zu ĂŒberprĂŒfen. Aus diesem Grund habe ich beschlossen, dass eine nervigere Anzeige einer entladenen Batterie nicht erforderlich ist. Die an max1879 angeschlossene Ladeanzeige-LED befindet sich auf der Platine auf der gegenĂŒberliegenden Seite des Bildschirms, sodass das GerĂ€t beim Laden von innen grĂŒn leuchtet.



Zum Laden des GerĂ€tes wurde ein spezieller StĂ€nder mit einer Aussparung unter dem GerĂ€t und zwei Kontaktgruppen hergestellt. Der StĂ€nder ist mit einem Micro-USB-Anschluss zum Anschließen einer Stromquelle ausgestattet. Der StĂ€nder enthĂ€lt keine elektronischen Schaltkreise, nur Kabel und eine rĂŒcksetzbare Sicherung. FĂŒr einen aufmerksamen Leser mag die Wahl des max1879-Chips als Laderegler etwas absurd erscheinen, da es bei einem ausgewĂ€hlten Ladeschema aus einer USB-kompatiblen Stromquelle logischer wĂ€re, einen Regler mit integrierter Strombegrenzung zu verwenden. Die ausgewĂ€hlte Schaltung ist jedoch zuverlĂ€ssig, ohne Angst vor Quellen mit schlechter Stabilisierung der Ausgangsspannung, und ihr einziger Nachteil ist in der Tat nicht die vollstĂ€ndige KompatibilitĂ€t mit dem USB-Standard, da der maximal zulĂ€ssige Strom nicht automatisch geregelt wird.Ein solches Schema bietet jedoch eine schnellere Aufladung bei Verwendung eines Netzwerkadapters.

Erfahrung im Instrumentenbetrieb



Im FrĂŒhjahr war eine Kopie der zweiten Version fertig, und ich nahm sie mit auf eine Wanderung auf der bergigen Krim. Im Sommer nahm ich auf einer Wanderung entlang des Weißen Meeres und Kovdozer die nĂ€chste Instanz von Version 2M. Wie zuvor, als ich mit einem Kajak fuhr, legte ich das GerĂ€t vor mir auf den Kajakkörper. WĂ€hrend einer Wanderung auf der Krim trug ich das GerĂ€t am Hals, hielt an, parkte und hĂ€ngte es am Nachmittag an einem Baum im Schatten an einem windigen Ort.



Wie die erste Version fĂŒhlt sich das GerĂ€t wie ein zusĂ€tzliches Sinnesorgan an, und seine Verwendung ist im Vergleich zur ersten Version bequemer geworden. Mit einer Masse von ca. 128 g (im Vergleich zu 330 g der ersten Version) ist das GerĂ€t praktisch nicht am Hals zu spĂŒren. Das Erscheinungsbild des GerĂ€ts ist meiner Meinung nach im Vergleich zur ersten Version genauer geworden. Die Touch-Tasten der zweiten Version sind aufgrund der seitlichen Position und des Fehlens von Metallteilen in der NĂ€he des GehĂ€uses bequemer, obwohl angesichts der nicht so schnellen Übersicht nicht jeder sie beim ersten Mal verwenden kann. Die Notwendigkeit, den Bildschirm einzuschalten, um die Messwerte des GerĂ€ts anzuzeigen, verursacht keine Unannehmlichkeiten. Der Bildschirm lĂ€sst sich auch bei BerĂŒhrung bei völliger Dunkelheit leicht einschalten. Die Methode zum Anzeigen von Diagrammen, die in der zweiten Version des GerĂ€ts verwendet werden, mit unterschiedlichen MaßstĂ€ben und zum ZurĂŒckblĂ€ttern, erweist sich als sehr praktisch.Dies erleichtert die Analyse des Wetters oder Profils der letzten Tage.

Beim Gehen, insbesondere in den Bergen, ist es sehr praktisch, die Druckanzeige in der Grafik als Luftdruckhöhe zu verwenden. Die Grafik zeigt das Profil des zurĂŒckgelegten Weges. Ein solcher Zeitplan erleichtert einerseits die Beurteilung der Rauheit eines befahrenen Pfades, was insbesondere fĂŒr Krimgebirgspfade gilt, die durch den Wald fĂŒhren.



Auf der anderen Seite ist es gemĂ€ĂŸ Zeitplan einfach, Ihr eigenes Bewegungstempo auf und ab zu sehen (tatsĂ€chlich bei steilen Anstiegen) und zu schĂ€tzen, wie viel bis zum Ende der Bewegung in Gebieten mit einem bekannten Unterschied ĂŒbrig bleibt. Bei Wasserfahrten auf dem Meer oder auf Seen ist es bei konstanter Höhe bequemer, den Druck als Druck anzuzeigen. Die Drucktrends können verwendet werden, um das Wetter in den nĂ€chsten zwei Tagen zu beurteilen. In den Bergen ist es schwieriger, Drucktrends zu verfolgen. Sie sind nur wĂ€hrend des Stopps in der Grafik sichtbar.



DarĂŒber hinaus fĂŒhrt, wie bereits im vorherigen Artikel erwĂ€hnt, die eigene Bewegung in den Bergen und sogar in hĂŒgeligem, rauem GelĂ€nde zu erheblich schnelleren DruckĂ€nderungen als bei typischen Prozessen in der AtmosphĂ€re. Aus diesem Grund ist der tĂ€gliche Fehler im Diagramm der barometrischen Höhe normalerweise gering. DarĂŒber hinaus ist es einfach, ihn visuell zu bewerten, indem DruckĂ€nderungen wĂ€hrend Stopps und Stopps extrapoliert werden.

Die Temperatur- und Druckgraphen sind ebenfalls interessant, aber ihre praktische Bedeutung ist nicht so offensichtlich. Mit ihnen können Sie die Wettertrends bestimmen, die richtige Kleidung auswĂ€hlen und die Aussichten fĂŒr den Versuch, Ihre AusrĂŒstung zu trocknen, bewerten. Bei der Temperaturmessung gibt es wie bei der ersten Version Funktionen. Das Eindringen von Sonnenlicht auf das GerĂ€t fĂŒhrt somit zu einer spĂŒrbaren ErwĂ€rmung und einem Fehler bei der Temperaturmessung. DarĂŒber hinaus wird die Temperatur der Luft (und des GerĂ€ts) von der Temperatur der umgebenden Objekte und der Strahlungsheizung beeinflusst. Selbst an einem wolkigen Tag zeigt das GerĂ€t im Schatten ĂŒber dem Land eine um einige Grad niedrigere Temperatur als wenn es auf den Körper eines Kanus gestellt wird, das auf dem Wasser steht. Anscheinend ist dies auf die ErwĂ€rmung des Kajaks und der Luft darĂŒber durch Streulicht und Infrarotstrahlung zurĂŒckzufĂŒhren. Um diesen Umstand zu untersuchen, fĂŒhrte ich sogar das folgende Experiment durch.Bekanntlich kann der Luftstrom verwendet werden, um die WĂ€rmeĂŒbertragung zu beschleunigen. Der einfachste Weg, das Blasen des Thermometers bei ruhigem Wetter zu organisieren, besteht darin, es einfach an einem Seil um sich selbst zu drehen. Als ich das GerĂ€t an einem wolkigen Tag im Schatten ĂŒber Land drehte, war ich ĂŒberzeugt, dass der Luftstrom die Messwerte nicht beeinflusste. Die Messwerte liegen also im Schatten und entsprechen somit der Lufttemperatur. Wenn sich die Temperatur der Vorrichtung beispielsweise durch StrahlungserwĂ€rmung von der Lufttemperatur unterscheidet, wĂŒrde die Intensivierung der WĂ€rmeĂŒbertragung zu Änderungen des Gleichgewichtszustands und zu Änderungen der Messwerte nach unten fĂŒhren. Wenn Sie das GerĂ€t ĂŒber die WasseroberflĂ€che drehen, werden die Temperaturwerte niedriger als bei einem Kajak, und der Effekt wird auch bei geringem Wind beobachtet. Daraus können wir schließen, dass die ErwĂ€rmung des GerĂ€ts durch das Kajak wahrscheinlich erheblich istvon anderen beleuchteten UntergrĂŒnden.

ErwĂ€hnenswert ist die Möglichkeit, den Taupunkt anzuzeigen. Die Taupunkttemperatur ist eine Funktion der absoluten Luftfeuchtigkeit (Masse des Wasserdampfs pro Volumeneinheit) und ermöglicht die Beurteilung des Wassergehalts in der AtmosphĂ€re. Wenn Sie eine bestimmte Menge Luft nehmen und erwĂ€rmen, steigt die Temperatur, die relative Luftfeuchtigkeit sinkt und die Temperatur des Taupunkts Ă€ndert sich nicht. Dementsprechend steigt die angezeigte Temperatur an, die angezeigte Luftfeuchtigkeit sinkt und die angezeigte Taupunkttemperatur Ă€ndert sich nicht, da sich der Sensor immer im Gleichgewicht mit einer dĂŒnnen Luftschicht befindet, die ihn umgibt, wenn der Sensor (oder das gesamte GerĂ€t) erwĂ€rmt wird. In der RealitĂ€t ist alles etwas komplizierter, da der Fehler und die Diskretion der Messung der Temperatur und insbesondere der Luftfeuchtigkeit die Genauigkeit der Berechnung des Taupunkts stark beeinflussen. Wir können jedoch sagen, dass der berechnete Taupunkt,und nicht die relative Luftfeuchtigkeit ist eine Information ĂŒber die Wassermenge in der AtmosphĂ€re und wird nicht durch Temperaturmessfehler beeinflusst, die mit der ErwĂ€rmung des GerĂ€ts durch die Sonne verbunden sind. In der Regel Ă€ndert sich die Taupunkttemperatur ziemlich langsam und ihre tĂ€glichen Schwankungen können nur 2-5 Grad gegenĂŒber 10-15 Grad bei der Lufttemperatur betragen. Im Sommer ist eine Erhöhung des Taupunkts um etwa 20 Grad ein Vorbote fĂŒr die Bildung von Gewittern.

Mit dem jetzt mit zwei Sensoren ausgestatteten Luxometer können Sie die Beleuchtung messen und unter verschiedenen Bedingungen zuverlĂ€ssige Messergebnisse erzielen: sowohl an einem sonnigen Tag als auch in einer mondlosen Nacht und sogar in sehr dunklen RĂ€umen. Sein Zeugnis erlaubt es uns, die Dicke der Wolkendecke am Himmel oder die Tiefe der DĂ€mmerung zu beurteilen. Die Möglichkeit, einen Beleuchtungsgraphen im Instrument zu erstellen, ist nicht gegeben, da die Messwerte nicht nur stark von der Beleuchtung, sondern auch von der rĂ€umlichen Position der umgebenden Objekte abhĂ€ngen und das Instrument selbst dementsprechend schwierig wĂ€re, Informationen aus einem solchen Graphen zu extrahieren. Aufgrund des Vorhandenseins von zwei Sensoren, von denen einer RGB mit einem IR-Kanal ist, liefert das Luxometer viele Informationen ĂŒber Beleuchtung, Farbtemperatur und Infrarotstrahlung. Meiner Meinung nach jedochDiese Funktion ist bei der Bewertung der Innenbeleuchtung nĂŒtzlicher als beim Wandern.

Zusammenfassend stellen wir fest, dass sich das zweite GerĂ€t als bequemer und praktischer als das erste herausstellte. Das GehĂ€use ist recht leicht, kompakt und fĂŒhlt sich auch bei niedrigen Temperaturen angenehm an. Die Betriebszeit mit einer Akkuladung ist fĂŒr jede Fahrt mehr als ausreichend. Die Grafiken können innerhalb der letzten vier Tage einfach skaliert und gespiegelt werden. Dies reicht aus, um das Wetter und / oder das zurĂŒckgelegte Streckenprofil zu analysieren, und die FunktionalitĂ€t des GerĂ€ts ist meiner Meinung nach ausreichend. Die SD-Karte kann leicht entfernt werden, um Daten zu kopieren.



Wenn die Beschreibung der Betriebserfahrung der ersten Version des GerĂ€ts mit einer Liste von MĂ€ngeln endete, werde ich hier keine solche Liste geben, da das GerĂ€t meiner Meinung nach keine offensichtlichen MĂ€ngel aufweist. NatĂŒrlich gibt es immer Ideen zum Aufbau von FunktionalitĂ€t, aber wĂ€hrend der Operation hatte ich nicht das GefĂŒhl, dass es an Funktion mangelt. Daher werde ich mögliche Optionen fĂŒr die Entwicklung des Projekts weiter prĂŒfen.

Eine Möglichkeit, das Instrument zu entwickeln, besteht darin, der Instrumentensoftware neue Funktionen hinzuzufĂŒgen. Hier können Sie folgende Bereiche anbieten:
  • . , , , .
  • SD .
  • ( ) , .
  • RGB SD .


DarĂŒber hinaus gibt es Ideen zur Entwicklung einer Reihe von Sensoren fĂŒr die Zukunft. Sie können beispielsweise einen speziellen Sensor zum Messen der Wassertemperatur in BehĂ€ltern und Quellen sowie einen Wassersalzsensor (TDS-MessgerĂ€t) hinzufĂŒgen und die Möglichkeit hinzufĂŒgen, den entsprechenden Messverlauf in der Software zu speichern. Schließlich ist es manchmal interessant, die Wassertemperatur in einem Teich zu messen, und die im GerĂ€t verfĂŒgbaren Temperatursensoren sind etwas trĂ€ge und nicht zum Tauchen gedacht, obwohl das Tauchen fĂŒr sie harmlos ist. ZusĂ€tzlich kann dem Satz von Lichtsensoren ein Ultraviolettsensor hinzugefĂŒgt werden, um zu bestimmen, wie gefĂ€hrlich es ist, unter dem aktuellen Zustand der AtmosphĂ€re in hellem Sonnenlicht zu sein.

Das Design des GerĂ€tegehĂ€uses der zweiten Version bietet auch einen gewissen Spielraum fĂŒr eine weitere Gewichts- und GrĂ¶ĂŸenreduzierung. Durch Verringern der WandstĂ€rke, Verwenden eines weicheren Polsters und einer dĂŒnneren Abdeckung (z. B. gehĂ€rtetes Glas) und Verringern der GrĂ¶ĂŸe der Batterie kann das GehĂ€use etwas kleiner und leichter gemacht werden. UnabhĂ€ngig davon ist es erwĂ€hnenswert, dass ich es geschafft habe, den aktuell produzierten 2,4-Zoll-Transflektionsbildschirm mit einer Auflösung von 320 x 240 Pixel zu finden. Daher wird die dritte Version des GerĂ€ts wahrscheinlich vollstĂ€ndig aus handelsĂŒblichen Komponenten bestehen. Wenn Sie jedoch zu einem Bildschirm mit höherer Auflösung wechseln, sollten Sie die Prozessortaktfrequenz erhöhen, damit das Neuzeichnen nicht zu lange dauert, und den Arbeitsspeicher vergrĂ¶ĂŸern, um die erhöhte Anzahl von Pixeln auf dem Bildschirm effektiv zu nutzen und die Mindestanzahl von Grad, Metern und Minuten pro Pixel zu verringern.Aus diesem Grund wird die dritte Version des GerĂ€ts wahrscheinlich auf einem AVR Xmega- oder STM32-Mikrocontroller montiert.

Den Quellcode des Programms, Kurven zum FrÀsen und Verdrahten der Platine finden Sie hier .

Source: https://habr.com/ru/post/de384641/

More articles:


All Articles