Как сделать домашний барометр своими руками?

Содержание статьи:

1. Принципиальная схема и список элементов
   
2. Особенности ПО и работы устройства
   
3. Корпус, печатная палата, элементы питания
   
4. Настройка
   
5. Эксплуатация
   
6. Демонстрационное видео
   

У здоровых людей смена погоды не оказывает особого влияния на их самочувствие, а вот метеозависимые люди реагируют на подобные изменения очень болезненно. Предлагаемый в статье барометр-сигнализатор предназначен для информирования метеозависимых пользователей в режиме реального времени о текущем значении атмосферного давления, выходе значения атмосферного давления за установленные границы и о его резких скачках.

Сразу скажем, что прибор, представленный в данном обзоре, имеет ряд привлекательных особенностей:

1. Пользователь самостоятельно задает граничные значения — минимальный и максимальный пороги.
   
   
2. В случаях если атмосферное давление превысит максимальный порог или опустится ниже минимального уровня, то устройство будет подавать прерывистые звуковые сигналы и световые сигналы «Порог».
   
   
3. После пятикратного повтора звуковых сигналов звук отключается, при этом световой сигнал будет подаваться до возврата значения атмосферного давления в заданные границы.
   
   
4. Пользователь задает величину контролируемого скачка атмосферного давления за устанавливаемый интервал времени.
   
   
5. В случаях если атмосферное давление в заданный интервал времени отклонилось на величину, превышающую контролируемый скачок, то устройство будет подавать прерывистые звуковые сигналы и световые сигналы «Скачок».
   
   
6. После пятикратного повтора звуковых сигналов звук отключается, при этом световой сигнал будет подаваться до возврата значения атмосферного давления в условия, когда скачок считается неконтролируемым.
   
   
7. Значения атмосферного давления представлены в устройстве в «мм рт. ст.» — миллиметрах ртутного столба.
   

Домашний барометр своими руками: принципиальная схема и список элементов

Барометр, собираемый по представленной выше схеме, имеет такие конструктивные особенности:

1. Устройство создано на микроконтроллере ATmega8.
   
   
2. Резистор R1 и конденсатор C3 обеспечивают аппаратный сброс МК при подаче питания.
   
   
3. Конденсаторы C2 и C1 защищают цепи питания от высокочастотных помех и бросков питания.
   
   
4. Значение атмосферного давления поступает от датчика BMP1 (GY68 BMP180).
   
   
5. Управление датчиком давления осуществляется по интерфейсу TWI (I2C).
   
   
6. Входы датчика подтянуты к напряжению питания резисторами R8 и R10.
   
   
7. Для отображения информации используется жидкокристаллический экран Nokia 5110. На дисплее отображается информация о текущем атмосферном давлении, а также параметры настройки устройства.
   
   
8. Оперативная индикация состояния атмосферного давления осуществляется с использованием светодиодов VD1–3 («Норма», «Порог», «Скачок»).
   
   
9. Звуковая сигнализация осуществляется с помощью усилителя низкой частоты на транзисторах VT1–2 и громкоговорителя SP1. Громкость звучания может быть отрегулирована с помощью переменного резистора R5.
   
   
10. Настройка устройства осуществляется с использованием кнопок SA2 («Установка»), SA3(«+»), SA4(«-»).
    
    
11. При нажатии на кнопку SA5 («Экран») отображается главный экран с текущим значением атмосферного давления.
    

Барометр своими руками: особенности программного обеспечения и работы устройства

Программа для МК написана на языке Си в среде AtmelStudio (Version 7.0.1006). Код программы приведен в Приложении в файле, прикрепленном в конце обзора (SignalBarometer.rar Архив проекта Atmel Studio 7 на Си).

В целях снижения энергопотребления устройства применен метод «засыпания» МК в режиме «power-save». При этом потребляемый ток в режиме сна уменьшается до 20 мкА. По расчетам это позволяет использовать две батареи типа АА по 1.5 Вольт в течение 4 месяцев.

• Читайте также, как сделать Hi-Fi усилитель на микросхеме TDA7294
  

Для пробуждения МК из режима «power-save» используется внутренний асинхронный таймер-счетчик №2, который работает постоянно. Задающий генератор таймера счетчика использует кварцевый резонатор Y1 с частотой резонанса 32768Гц.

Таймер-счетчик №2 настроен так, что каждые 8 секунд происходит его переполнение и вызов прерывания, которое «будит» МК. МК после пробуждения от таймера-счетчика №2 выясняет, не прошло ли 10 минут с предыдущего пробуждения. Если нет, то МК выдает световой сигнал «Норма», «Порог» или «Скачок» в зависимости от условия, сложившегося после предыдущего измерения, а потом снова засыпает на 8 секунд.

Если с момента предыдущего измерения прошло 10 минут, прибор выполняет такую последовательность операций:

1. МК подает команду датчику давления на проведение измерений.
   
   
2. Получает ответ от датчика.
   
   
3. Обрабатывает данные, сравнивая полученное значение с пороговыми значениями или условиями фиксации скачка.
   
   
4. Выдает световой сигнал «Норма», «Порог» или «Скачок», а затем и звуковой сигнал, если это необходимо.
   
   
5. После этого аппарат снова «засыпает» на 8 секунд.
   

Вторым источником пробуждения МК является внешнее прерывание на входе INT1, которое возникает при нажатии на кнопку «Экран». МК, пробудившись и выяснив, что его «разбудила» кнопка «Экран», включает жидкокристаллический дисплей Nokia 5110 и высвечивает на нём текущее значение атмосферного давления и другую информацию. Дисплей будет отображать информацию до момента отпускания кнопки «Экран». После отпускания кнопки «Экран» МК выключает дисплей путем выдачи ему команды «power-down», затем прибор «засыпает» сам.

Третьим и последним источником пробуждения устройства является внешнее прерывание на входе INT0, которое возникает при нажатии на кнопку «Установка». МК, пробудившись и выяснив, что его «разбудила» кнопка «Установка», включает жидкокристаллический дисплей Nokia 5110 и высвечивает на нём параметры настройки аппарата. Повторное нажатие на кнопку «Установка» приводит к перемещению курсора на следующий параметр. Нажатие кнопок «+» и «-» приводит к изменению значения параметра, на котором установлен курсор. После нажатия кнопки «Установка» на последнем параметре МК выключает дисплей и «засыпает» до очередного пробуждения.

Как сделать барометр своими руками: корпус, печатная палата, элементы питания

Устройство выполнено в корпусе распределительной коробки «Tuco 79х79х32, для открытой проводки, цвет белый (65004)». Внешнее исполнение корпуса представлено ниже:


Плата выполнена на одностороннем фольгированном стеклотекстолите. Её размеры 72х72 мм. На плате сверху проложены 9 перемычек. Они выделены разными цветами. Если использовать двухстороннюю печатную плату, то перемычки могут быть преобразованы в дорожки. Расположение деталей на плате показано на фото ниже:


Разводка платы представлена на следующем фото (учтите, что изображение зеркальное):


Динамик закрепляется на задней стенке корпуса устройства. Компоненты сборки показаны на снимке:


Батареи питания (2 элемента типа AA) размещаются в батарейном отсеке в специализированных держателях-кроватках:

Настройка домашнего барометра

На фото выше представлены органы управления, применяемые при настройке аппарата. Каждый из регуляторов имеет своё назначение:

1. Кнопка «Установка» нажимается для входа в соответствующий режим. На дисплее отобразятся настраиваемые параметры.
   
   
2. Клавишами «+» и «-» устанавливается требуемое значение параметра.
   
   
3. Для перехода к настройке следующего параметра снова нажимается кнопка «Установка».
   
   
4. Для выхода из режима настройки кнопка «Установка» жмётся несколько раз.
   
   
5. Регулировка громкости звукового сигнала осуществляется потенциометром «Громкость». Для регулировки необходимо использовать миниатюрную крестообразную отвертку. При надобности может быть установлен потенциометр с выведенной наружу ручкой для удобства регулировки.
   

Что касается таких параметров, как «Верхний порог», «Нижний порог» и «Скачок», то они задаются в мм рт. ст., а «Интервал» измерения скачка выставляется в часах.

• Смотрите также схему ламповых часов на газоразрядных индикаторах
  

Эксплуатация самодельного домашнего барометра

После включения устройство готово к работе и сразу производит первое измерение атмосферного давления. При этом экран погашен, а результаты измерения отображаются с помощью светодиодных индикаторов «Норма», «Порог» или «Скачок». Индикатор, соответствующий результату измерения и анализа, производит пять коротких вспышек каждые 8 секунд.

При переходе от состояния «Норма» в состояния «Порог» или «Скачок» выдаётся звуковой сигнал. Сигнал звучит на протяжении пяти 8 секундных интервалов, начиная с интервала, следующего за изменением состояния. Для детальной оценки текущего состояния необходимо нажать и удерживать кнопку «Экран». При этом будет отображаться такая информация:

• текущее атмосферное давление;
  
  
• максимальное и минимальное значение давления, измеренного за интервал времени, указанный в настройках;
  
  
• величина скачка в мм рт.ст. как разница между величинами, указанными в предыдущем пункте;
  
  
• текстовая характеристика результата измерения: Нормальное, Порог, Скачок.
  

После нажатия кнопки «Экран» серия звуковых сигналов прерывается. После отпускания этой же клавиши дисплей погаснет, а устройство продолжит работать в штатном режиме, выводя результат измерения и анализа только на светодиодные индикаторы.

• Смотрите также, как сделать наручные часы со светодиодами вместо цифр
  

Файлы для скачивания: barometr.rar

Ниже представлено демонстрационное видео домашнего барометра для метеозависимых людей: