Температура, влажность и давление

Выбранные нами Arduino‑модули для измерения температуры, влажности и атмосферного давления также применяют связь по двухпроводному интерфейсу I²С. При этом библиотека для Barometer Sensor на основе чипа ВМР085[46]ориентирована на тот же самый аппаратный интерфейс I²С, реализованный через стандартную библиотеку Wire.h, что и часы DS‑13G7. Потому на схеме рис. 22.1 Barometer Sensor и подключен к тем же самым выводам А4 и А5. Микросхема ВМР085 производства Bosh устроена так, что перед чтением показаний давления следует обязательно прочесть температуру (см. пример по ссылке в сноске 3). Именно эту температуру мы в дальнейшем будем демонстрировать в качестве «внутренней» на дисплее главного модуля нашей станции – хотя нет никаких проблем в том, чтобы выводить и значение, получаемое из модуля SHT1.

Что же касается атмосферного давления, то модуль ВМР085 выдает его, как водится, в паскалях в виде действительного числа (т. е. типа float ). В программе придется ввести коэффициент пересчета для его представления в привычных миллиметрах ртутного столба, притом в виде целого числа (указывать десятичные доли атмосферного давления не имеет смысла). Вот тут и скажутся все преимущества высокоуровневого языка Arduino – этот коэффициент имеет величину 0,0075 (750 мм рт. ст. – это 1000 гПа с высокой точностью). Для умножения на такую величину в ассемблерной программе придется сначала преобразовывать ее в целое число, применять довольно громоздкие процедуры перемножения многобайтовых чисел, потом приводить результат к нужному виду (см. главу 20 ), а у нас это сведется к одной строке в программе:

mmHg = int(pressure*0.0075)+5;

Здесь мы применяем явное преобразование типов – результат умножения переменной pressure типа float на дробный коэффициент мы сразу приводим к целому виду типа int . За такую роскошь мы, конечно, расплачиваемся дополнительными килобайтами кода, но в данном случае оно того стоит.

* * *

Подробности

А зачем здесь к полученному значению добавляется еще и число 5? Это поправочный коэффициент, который вводится индивидуально из следующих соображений. В главе 20 мы упоминали, что для небольших высот над уровнем моря при изменении высоты на каждые 10–12 м давление меняется примерно на 1 мм рт. ст. В пределах такого города, как Москва, показания могут меняться в зависимости от местоположения примерно на 10 миллиметров. Мы же хотим, чтобы станция показывала величины, близкие к тем, что передаются Гидрометцентром, – иначе, проглядев прогноз погоды, ее показания придется все время пересчитывать в уме. Так что коэффициент 5 – это экспериментально вычисленная поправка в моем случае. Будьте готовы, что вам ее придется пересчитать, сравнивая показания с теми, что публикуются для вашего населенного пункта каждые три часа в интернет‑службах погоды. Если же вы хотите, чтобы станция показывала реальное давление без всяких поправок, то просто вычеркнуть этот коэффициент из программы будет недостаточно – придется датчик дополнительно калибровать. А это дело непростое – не каждый физический институт имеет средства для поверки датчиков атмосферного давления, потому и проще подогнать его показания под Гидрометцентр.

* * *

В библиотеке для барометра – файле Barometer.cpp (папка Barometer_sensor ) – необходимо закомментировать забытые разработчиками тестовые строки 28 и 40: Serial.print ("Teinperaturet: ") и Serial.print ("Temperaturet2: ") . В противном случае у вас собьется прием данных от Xbee‑модуля и все время на индикаторных панелях будет возникать лишний мусор.

В отличие от барометрического, библиотека для модуля измерения температуры и влажности SHT1x[47]применяет не аппаратный интерфейс 1²С, а его программную реализацию (подробнее о том, как это делается, рассказано в моей книге [21]). Модуль подключается к любым цифровым выводам – на схеме рис. 22.1 в этом качестве выступают выводы А2 и A3 (что соответствует цифровым выводам 16 и 17 ). В программе в секции определений их надо указать:

#include <SHT1x.h>

#define dataPin 16

#define clockPin 17

SHT1x sht1x(dataPin, clockPin);

Особенность подключения SHT1x, как мы видим на схеме, – наличие двух разъемов, где выводы питания дублируются (рассмотрев плату, я не обнаружил между ними разницы), а сигнальные линии Data и SCK пространственно разделены. Это не доставляет никаких проблем при создании конструкции (все равно задействовано лишь два вывода Arduino), но если вы хотите уменьшить число проводов, то в «Амперке», кроме SHT1x, предлагается и другой подобный датчик – DHT11 (имеющий, впрочем, как утверждается, меньшую точность).

Тестовые программы для обоих модулей прилагаются к соответствующим библиотекам. В скетче для SHT1x следует только не забыть заменить номера выводов на указанные на схеме рис. 22.1.

Подключение радиомодулей ХЬее

Подключение Xbee‑модулей, возможно, самая сложная часть проекта. Трудность тут заключается в том, что для коммуникации с контроллером они используют тот же последовательный порт, что и USB‑соединение с компьютером (собственно, Xbee‑модуль представляет собой как бы продолжение UART в замену проводному кабелю). Поэтому Xbee‑модуль будет мешать не только коммуникации с компьютером, но и процессу программирования платы, отчего перед каждой модификацией программы его придется извлекать из схемы и вставлять заново. Опыт показал, что это делать необязательно, если ХЬее‑модуль не участвует в коммуникации (т. е. не осуществляет приема или передачи), но в общем случае на это полагаться не стоит – проще отключить его и подключить заново.

Xbee‑модули не требуют для своей работы каких‑либо библиотек – serial‑коммуникация через них осуществляется совершенно прозрачно для программиста, с применением стандартных функций последовательного порта. Это, как мы говорили, позволит нам через один и тот же порт осуществлять и прием данных от внешнего датчика, и установку часов из компьютера. Правда, тогда при подключении к компьютеру ХЬее‑модуль придется извлекать из устройства точно так же, как это делается при программировании контроллера. Но делать это придется очень редко – только для подстройки времени, если часы DS‑1307 сильно убегут, т. е. не чаще, чем где‑то раз в полгода), ну и, разумеется, при смене батарейки, которой, как обещают производители, должно хватить на несколько лет.

* * *

Подробности

Если мы не хотим озадачивать пользователя извлечением Xbee‑модуля, то пришлось бы использовать как минимум Arduino Mega, где UART‑портов несколько. На мой взгляд, как и в случае применения GPS‑модуля для полностью автоматической установки часов, это слишком большая цена за функцию, которая будет применяться лишь изредка.

Кстати, подкину еще одну идею: если приобрести третий ХЬее‑модуль, настроить его на совместную работу с остальными и подключать его к компьютеру через специальный Xbee‑адаптер, то через него можно не только устанавливать часы, как через обычный UART, но даже и программировать контроллер. Программу станции при этом можно использовать ту же, что приведена далее, только тогда перед обращением к часам извлекать ХЬее‑модуль не придется. Предлагаю вам заняться на досуге такой доработкой – базовый материал для нее есть в статье о настройке ХЬее на сайте «Амперки», которая упомянута в разд. «Подключение и настройка ХЬее‑модулей» этой главы.

Из этой ситуации можно вывернуться и еще одним способом – попросту организовать программный UART на свободных выводах Arduino Uno (правда, в случае ЖК‑дисплея для этого может не хватить контактов платы). О том, как это делается, см. http://arduino.ua/ru/prog/SoftwareSerial. Вариант этого способа – применить для общения датчика со станцией не ХЬее, а, например, беспроводной модуль на основе nRF24L01+[48]. Он предназначен в принципе для тех же целей, но управляется не через UART, а через SPI, и его можно использовать параллельно с записью на SD‑карточку. Как видите, платформа Arduino дает большое разнообразие способов решения для любых пришедших в голову идей.