Hotstuff: 9 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Con el objetivo de convertirse en el mejor termohigrómetro gráfico disponible para un Arduino Uno.

Las aplicaciones incluyen:

• Monitor de temperatura para bebés / niños pequeños
• Monitor de temperatura de edificio anexo
• Monitor de invernadero
• Control atmosférico externo
• Control y monitoreo de HVAC en el hogar / oficina
• Monitor / control de incubadora

NOTA: ¡Este no es un dispositivo médico y no sustituye la planificación y las condiciones de trabajo adecuadas!

- Características

• Completamente gratis para uso no comercial.
• Viene con una fuente simulada de supervelocidad de 7 segmentos "Rose Digital" y el segmento de 16 con alfa completo, "Astro Nerd" (consulte la licencia para conocer las limitaciones de esta parte del software, es por una buena causa, lo prometemos)
• Actualizaciones casi totalmente sin parpadeos (1)
• Gráfico de rango automático que cubre todo el rango de los sensores DHT11 y DHT22
• Utiliza un DHT11 (en caso de apuro, no lo hemos probado) o DHT22 para obtener la temperatura y la humedad relativa.
• Muestra la humedad relativa y la temperatura en grados Fahrenheit o Celsius
• Muestra los puntos de rocío (condensación) Y escarcha (condensación de hielo) en las unidades actuales
• Advertencias gráficas intermitentes de aire húmedo y seco.
• Fuentes de pantalla proporcionales personalizables por el usuario (opción)
• Rango de visualización principal -9 -> 99 F o -9 -> 80C (advertencia de rango si se excede)
• Humedad desde 0% -> 99% RH.
• Registra la temperatura y la humedad máxima y mínima desde el reinicio
• Incluye los cálculos de Steadman y advertirá sobre condiciones de trabajo incómodas o peligrosas.
• Requiere un mínimo de piezas Uno, protector TFT de 3,5"
• F / C opcionalmente conmutable
• Control de calentador programable (para incubadoras, etc.)
• Simple de construir
• Código altamente modular
• ¿Dijimos que era gratis?

(1) Las limitaciones de almacenamiento en búfer en UNO significan que el gráfico parpadea brevemente durante las actualizaciones.

Suministros:

Arduino Uno R3 (o clon chino)

• 1 monitor de temperatura y humedad DHT22 (eBay / Amazon)
• 1 pantalla TFT de 3,5 "con pantalla táctil resistiva y ranura para tarjeta SD (ver texto).
• Un interruptor deslizante SPST (opcional).
• Una PC con USB: para cargar el programa.
• Una fuente de alimentación de 9-12v.
• Cortadores laterales de buena calidad
• Soldador y soldadura. Pinzas para disipador de calor. Cables de puente.
• Opcionalmente, un estuche (los estuches de Arduino Uno no tienen suficiente espacio para un protector de pantalla).
• Tubo termorretráctil fino (para revestir y aislar los puntos soldados).

Paso 1: ¿Qué hace que esto sea especial?

Pero espera, has visto las fotos y este es solo otro medidor de temperatura y humedad, ¿verdad? Puede obtenerlos en eBay por aproximadamente el mismo costo que el protector Arduino TFT que usamos para este proyecto.

Bueno, no del todo … permíteme explicarte.

Coronavirus, Covid-19, SARS-Cov-2… todas cosas bastante aterradoras una de las mejores cosas que podemos hacer ahora es cuidar nuestros pulmones y en ninguna parte es más fácil hacerlo en casa. Si trabajamos en una oficina moderna, debería tener un buen HVAC y la mayoría de los autos modernos tienen filtros excelentes que toman la mayoría de las partículas más grandes del aire exterior antes de que ingresen a la cabina. Esto deja a casa… el único lugar donde sentirse seguro y ahí es donde acechan los desagradables más comunes. Si bien es posible contraer la enfermedad del legionario por un cabezal de ducha sucio (¡sí, de verdad!), Afortunadamente eso es bastante poco común.

Pero hay algo mucho más común que la mayoría de nosotros ni siquiera pensamos dos veces porque hemos vivido con ello toda nuestra vida.

Molde.

Más específicamente, esporas de moho. Piense en ellos como semillas microscópicas que son producidas por pequeños crecimientos fugaces que esconden la oscuridad y se dispersan libremente en el aire, a menudo sin necesidad de ser molestados, y pueden llenar nuestros hogares con todo, desde esas desagradables manchas negras en los rincones húmedos hasta podredumbre seca y más.

El moho no daña su propiedad (lo cual es suficientemente malo) puede causar irritación en todas las vías respiratorias, desde la nariz y los senos nasales ahora mismo hasta los alvéolos, los millones de pequeños sacos que recubren nuestros pulmones, son tan pequeños que estirados, cubrirían aproximadamente una cancha de tenis. Esa es una gran cantidad de espacio para que un organismo microscópico entre, se esconda y cause todo tipo de estragos.

Y hay más …

En el otro extremo de la escala, el aire seco también puede causar estragos. La superficie de nuestros pulmones está cubierta por una película muy fina de una mucosidad acuosa; está ahí para ayudar a mantener a raya a los desagradables y hace un buen trabajo, pero si el aire está demasiado seco, esa mucosidad comienza a secarse también y eso hace que sea más difícil respirar.

Y aún hay más …

Los seres humanos se mantienen frescos de forma natural por evaporación; sudamos (en un día seco y caluroso, es imperceptible), pero a medida que aumenta la humedad, las personas descubren que el agua simplemente "se queda" en la piel y empiezan a calentarse. Muy caliente.

En algunas partes del mundo (Australia y los trópicos), este es un problema tal que los trabajadores deben conocer la "temperatura de trabajo efectiva"; los canales meteorológicos a menudo se refieren a esto como la temperatura "que se siente como", porque como el calor / la humedad aumenta, la posibilidad de un golpe de calor e incluso la muerte se convierte en una posibilidad muy real.

Para conocer los fundamentos y leer más, consulte Wikipedia o sumérjase en él.

en.wikipedia.org/wiki/Heat_index

Si piensas, "eso nunca me pasará a mí", considera que con el cambio climático esto se está convirtiendo en una posibilidad muy real en latitudes más allá de Seattle y trabajando en un día caluroso y "bochornoso" podrías estar arriesgando tu salud sin siquiera darte cuenta.

El agotamiento por calor es extremadamente desagradable y el golpe de calor es una emergencia médica grave.

Por lo tanto, este dispositivo no es solo un elegante termómetro / higrómetro gráfico, tiene alarmas integradas para advertir sobre condiciones de insolación, lo ayudará a decidir qué tan bien ventilado está su hogar e incluso se ve bastante inteligente (si lo decimos nosotros mismos).

Con todo lo dicho, este dispositivo no está diseñado para fines médicos y no debe usarse donde la salud y la seguridad de los trabajadores puedan verse comprometidas. Incluso si pudiéramos certificar nuestro código (no podemos), el hardware en sí no tiene esa garantía. Esto es para detener todo ese desorden legal, pero debería darte una idea de lo saludable que es tu hogar.

La construcción es tan fácil como parece, aunque tendrá que "cortar" el escudo TFT porque lo usaremos de una manera que los diseñadores nunca pensaron.

NOTA: Como alguien ha planteado este problema, vale la pena señalar que los sensores DHT22 tienen una precisión de ± 0.5 ° C y ± 1% Rh, que es suficiente para muchas aplicaciones, pero no si la temperatura / humedad es crítica. Planeamos agregar alguna calibración posterior al ensamblaje más adelante. El DHT11 tiene una medición de temperatura ligeramente menos precisa de ± 1.0 ° C, pero generalmente debería reflejar bien nuestro entorno.

Paso 2: Despiece del TFT

Esta es la única parte realmente complicada y es el tipo de cosas que necesitas hacer bien porque a menos que estés manejando un poco con un soldador… bueno, menos hables de eso, mejor.

Este proyecto * debería * funcionar con muchos escudos de esta resolución y tipo, y el software funcionará con cualquier ATMega 328 o más grande (el software se ajusta muy bien, se acerca al 99% de los 28K disponibles en este momento) y hemos reducido tantas funciones como permita el espacio.

¡Verifique que todo funcione antes de comenzar a cortar trozos

1. Pruebe el ajuste de la pantalla al Arduino; la ranura uSD se encuentra en el extremo donde entran la alimentación y los puertos USB. La luz de fondo se encenderá cuando esté encendida, pero de lo contrario no hará nada.
2. Tenga en cuenta las etiquetas de los pines para el acceso a la tarjeta uSD. No los necesitaremos, así que le daremos a la tabla un corte de pelo muy corto.
3. En nuestra placa, los pines de destino están marcados SD_SS, SD_DI, SD_DO y SD_SCK al final de J1.
4. Puede dejar o quitar los dos últimos pines; cortamos los de nuestro tablero.
5. ¡No corte nada más o la pantalla LCD no funcionará! Por ejemplo, LCD_D0 (una de las líneas de datos) está muy cerca, por lo que debe tener mucho cuidado aquí.
6. ¡Verifique dos veces, corte una vez o espere que pueda soldar un nuevo encabezado!

Nota: puede ser posible usar "multiplexar" los pines SPI que hemos usado aquí y almacenar datos en la tarjeta SD, pero eso es algo que dejaremos a otros constructores.

Paso 3: Montaje / soldadura del sensor

Si bien no es estrictamente necesario, soldar las conexiones es la mejor manera de convertir este proyecto en algo que pueda montar y olvidar.

La soldadura al DHT22 solo debe ser realizada por alguien con habilidades de soldadura razonables. El sensor es muy sensible a los cambios de temperatura y humedad. Una persona sin nombre sobrecalentó levemente las clavijas de soldadura de las nuestras (tos, tos) y envió el sensor tan fuera de calibración que se negó a funcionar hasta que lo hubiéramos "cocinado" según las instrucciones del fabricante para evitar que produjera lecturas errores. Una mejor opción para la mayoría de las personas es obtener un DHT11 / 22 premontado con un cabezal diseñado para cables de salto.

Los DHT22 utilizan un enlace en serie de un solo cable para comunicarse con la MCU, con un rango potencial de más de 10 M (> 32 pies) sin acondicionamiento de señal, por lo que el detector se puede colocar a cierta distancia del Arduino.

Resultó (después de estudiar los esquemas) que el encabezado del Programador en serie en circuito (ICSP) de 6 pines al final de la placa está conectado a los pines SPI que usaba el escudo para la lectura / escritura de su tarjeta SD. El uso de estos pines no afectará su capacidad para programar la placa a través de USB en el futuro, ya que se utilizan principalmente para depurar y programar el Uno con un programador en serie (FDTI). Como nota al margen, estamos agradecidos con Steve Wood de AudioSpectrum Analyzers en el Reino Unido, por proporcionarnos uno de repuesto cuando el nuestro se desvaneció en la gran pila de bits de Marc.

Si tiene un par de alicates de punta larga de buena calidad, es posible doblar los cables para que puedan tomar un cabezal DuPont, pero la soldadura es el método preferido. Con cuidado (y mano firme) es perfectamente posible soldar el DHT22 directamente al cabezal.

La conexión es tan fácil como parece, pero es esencial observar la polaridad porque conectar el dispositivo al revés probablemente lo destruya instantáneamente. Aunque el DHT22 tiene cuatro pines, el pin 3 no está conectado. Los sensores montados generalmente solo vienen con tres pines que se alinean maravillosamente con el cabezal. Con el sensor acostado boca arriba (mostrado), puede ver que las clavijas de alimentación y de datos se alinean correctamente.

Paso 4: prueba y primer uso

Todo lo que queda es conectar cuidadosamente su módulo DHT22 en el Arduino y configurar el software. Gran parte de las cosas inteligentes las hace el software, que es posible gracias a la biblioteca de gráficos de Adafruit, el controlador de pantalla MCUFriend de David Prentice y las cosas igualmente inteligentes de los cálculos de "calor efectivo" de Robert Steadman.

Lo único que necesitará configurar en esta configuración básica es decirle al software qué tres pines se están utilizando.

Si prefiere cablear su sensor de manera diferente, las siguientes líneas en CONSTANTS. H le indican al Uno cómo configurarse.

#define DHT22_DATA 11

El DH22 usa un 1 - 1.5 mA muy conservador cuando toma una lectura que es mucho menor que el máximo típico de 20 mA, por lo que no va a estresar nada. (Por supuesto, un cortocircuito en cualquier pin destruirá casi con seguridad el dispositivo, por lo que sugerimos usar un dispositivo termorretráctil si coloca el sensor en una placa enchufable Heath Robinson). Si todo va bien, HotStuff arrancará en unos 5 segundos. Si se detecta un error, la pantalla se volverá negra y mostrará un breve mensaje de error. Esto se puede ignorar en gran medida, ya que solo significa que el sensor no está encendido o no está conectado correctamente.

Paso 5: uso del instrumento y preguntas frecuentes

P: Puedo ver pequeños rastros de los dígitos apagados en la pantalla. ¿No es esto un error?

R: No, esto es por diseño, aunque no está escrito en piedra. La idea era emular el aspecto de una pantalla LCD "real" (frente a un TFT de alta resolución). Estas pantallas utilizan bloques grandes y prediseñados que se pueden encender y apagar como píxeles, pero a diferencia de los píxeles, pueden ocupar grandes partes de la pantalla. Como resultado, invariablemente hay un leve rastro del material visible y esto se emula aquí.

P: ¿Cómo puedo cambiar entre grados centígrados y Fahrenheit?

R: La función no se probó por completo en el momento de "ir a la prensa" (porque alguien se olvidó, ¿no?). Sin embargo, lo hemos comprobado y esta función funciona (si lo desea) pero conectando un pequeño interruptor deslizante SPST con un terminal al pin 12 y el otro a una tierra conveniente. La forma más rápida de hacer esto es soldar o usar un conector DuPont modificado para conectarlo al suelo y el otro al pin 12 directamente (algunos clones tienen un conjunto adicional de orificios pasantes para este tipo de cosas) o en diseños originales, para el pin MOSI en el encabezado ICSP que es el que está por encima de la potencia de 5v. Si este interruptor está en la posición abierta, la unidad arranca en grados centígrados pero en la posición cerrada, baja el pin 12 y un reinicio lo vuelve a subir en Fahrenheit. No hay necesidad de una resistencia para proteger el pin, ya que se proporciona una resistencia interna.

P: ¿Puedo usar un sensor diferente?

A: si. Pero necesitará encontrar una biblioteca que se ajuste o escribir la suya propia. Elegimos un DHT22 debido a su interfaz de un solo cable y porque había uno en la parte posterior de las piezas que se acumulaba polvo. Los diseños de interfaz de un cable son preferibles porque podemos usar los otros pines digitales "libres" para otras funciones. I2C no está disponible ya que está ocupado por el protector de pantalla. Sin embargo, SPI es si está preparado para perder funciones como el cambio de escala, etc.

P: ¿Puedo vender una versión comercial?

R: Seguro que puede siempre que siga los términos de la licencia de software (es esencialmente la licencia BSD de 2 cláusulas que es muy permisiva, pero tenga en cuenta que otras licencias pueden aplicarse a las bibliotecas incluidas). También tenga en cuenta que este dispositivo no es (y nunca puede ser) certificado para su uso en entornos críticos, es para uso doméstico / aficionado, aunque podría encontrar aplicaciones en residencias, oficinas y otros lugares de trabajo. Solo tenga en cuenta que solo es tan bueno como el eslabón más débil … El motor de fuentes desarrollado para este proyecto tiene licencia para uso no comercial a menos que haga una donación al cáncer GoFundMe de nuestro colega.

P: Mis lecturas mínimas / máximas no se registran en la tabla.

R: Esto es por diseño. El instrumento utiliza una "media móvil" (una media estadística) que se pone a cero cada hora. Esto ayuda a suavizar el gráfico y dar una visión más razonable de las mediciones, evitando que los picos extraños (como algunos, eh, "persona" respirando en el sensor, lo vuelvan loco.

P: ¿Por qué no usa atajos de C ++ (como ++, - y así sucesivamente) en su código? ¿Por qué todo es tan… prolijo?

R: Uno de los autores es un programador veterano de juegos de 8 bits, pero el otro proviene de Python. Hemos utilizado algunos atajos donde su uso es bastante inequívoco, pero C (el lenguaje subyacente a C ++) es antiguo y los compiladores en general eran un poco tontos cuando Kernighan y Richie escribieron el primer compilador, sin mencionar que las computadoras eran lentas y los teclados tenían teclas. que sintió que tenía que golpear con un martillo de losa. Todas estas cosas (y otras) llevaron a C a ser un lenguaje muy conciso con múltiples atajos para lograr lo mismo. Un gran número tiene (y sigue siendo) responsable de algunos errores muy complicados: y ni siquiera nos hace comenzar con los bloqueos de pila / pila.

Obviamente, algunas optimizaciones (los semáforos, por ejemplo) son necesarias porque estamos tratando de aplastar un cuarto de galón en una taza de té, pero lo hemos evitado en la medida de lo posible.

Por cierto, si no posee una copia bien leída de K&R C … deténgase ahora mismo y ordene una. Hay muchos libros muy grandes sobre C, pero K&R sigue siendo probablemente el mejor y, dado que C es la base de C ++, también comprenderá mejor las características de ese lenguaje.

P: Creo que encontré un error, ¿qué debo hacer?

A: ¿Errores? No hay errores, solo características … solo algunas características no funcionan como esperábamos. Déjanos una nota en GitHub e intentaremos cambiar la función para que se adapte mejor al diseño. En realidad, el código se está refactorizando todo el tiempo en varios proyectos diferentes, por lo que es bastante complicado en algunos lugares y, por eso, Marc será abofeteado con un eglefino húmedo hasta que grite: "¡No más!" - Dan

Paso 6: compilar desde la fuente

El proyecto está alojado en GitHub (simplemente hay demasiado código para pegarle a un Instructable, la gente tendría ojos cuadrados tratando de descubrir todas estas cosas) pero mientras ATMegas preprogramados estarán disponibles en eBay, es posible que desee compilar el suyo propio de fuente.

El código fuente que debería compilarse bajo Visual Studio con Platform IO - se volvió un poco difícil de manejar para el editor Arduino y Visual Studio nos permite escribir un mejor código con menos errores gracias a algunas de las selecciones de "pelusa" que tiene.

github.com/marcdraco/HotStuff

platformio.org/

visualstudio.microsoft.com/downloads/ Necesitará un par de bibliotecas para este escudo. Adafruit GFX (que también necesitará la biblioteca Wire).

MCUFriend_kbv por David Prentice v2.9. David ha producido versiones posteriores, pero no se garantiza que funcionen.

Paso 7: Hágalo suyo

No hay nada como tener un hermoso proyecto que puedas mostrar a los demás y hacer que se queden sin aliento cuando comience con tu nombre en las luces. Así que hemos configurado el software para que casi cualquier persona pueda realizar cambios sin tener conocimientos de C / C ++.

Busque en su editor de texto favorito en "constants.h" para encontrar las siguientes líneas:

constexpr uint16_t defaultPaper = BLACK;

constexpr uint16_t defaultInk = CYAN;

Puede ver los nombres de los colores en inglés simple: David Prentice amablemente proporcionó una gran cantidad de definiciones que aparecen anteriormente en el archivo y todo lo que tiene que hacer es cambiar su primer plano (y fondo) a algo de su elección antes de cargarlo en el tablero. Los colores de "traza" del gráfico son un poco más profundos aquí y se ven así:

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

Aunque estos TFT no son conocidos por su contraste (y están limitados a 5-6-5 RGB, color de 16 bits), proporcionamos una opción de compilación de ejemplo "NIGHT_MODE" que está comentada de forma predeterminada pero configura la pantalla.

Otros colores se pueden ajustar de manera similar. ¿Quieres que se lea en Imperial cuando se encienda? ¡No hay problema! Busque y comente ("//") o elimine la siguiente línea y cuando vuelva a subir al tablero …

Las preguntas, los comentarios y las mejoras deben publicarse en GitHub.

En el archivo README. MD adjunto hay documentación aún más extensa sobre la piratería del proyecto.

Paso 8: ¡pirateándolo

Este proyecto fue creado usando el director de KISS y está completo tal como está.

Puede formar la base de algo basado en otro sensor, quizás uno más preciso o más rápido, siempre que haya suficiente espacio para su biblioteca. Como puede ver, las cosas ya están bastante ajustadas.

Cuando conoces bien el código, es fácil cambiar las cosas drásticamente, pero incluso sin mucha experiencia en programación, muchos de los valores constantes en "constants.h" explican cómo cambiar las cosas. Los programadores más avanzados notarán que es relativamente fácil (¡esperamos!) Extraer las partes que necesita para su uso posterior. Por ejemplo, reemplazamos la pantalla gráfica con un reloj en tiempo real completamente funcional en menos de una hora. Sin embargo, el reloj requiere una forma de configurar la hora, por lo que no es útil tal como está; publicaremos una versión funcional de eso más adelante (puede encontrar el código de desarrollo en GitHub en HotStuff Chrono).

Pero hay algo en estas pantallas que no es obvio de inmediato hasta que inicias la programación: esa pantalla táctil.

El problema con las pantallas táctiles resistivas de este tipo es que necesitan calibración, lo que se suma a la complejidad y, francamente, no hay espacio con todas las demás funciones en las que apretujamos otra biblioteca. Esto sería posible con Arduino Mega, que tiene mucho más espacio flash, pero ¿dónde está la diversión en eso?

Mire debajo de la placa y verá que, aparte de la E / S digital para controlar la pantalla LCD y la tarjeta SD, no hay salidas para que un ADC detecte la medición de resistencia.

Extraño, ¿verdad?

Gente inteligente estos diseñadores. La pantalla tiene su propio búfer de fotogramas: esa es un área de RAM que mantiene la pantalla tal como está mientras la alimentación permanece conectada, lo que significa que puede (mediante programación) desconectar varios de los pines del dispositivo mientras está encendido y usarlos para otros trabajos. ¡siempre que los vuelva a poner después!

Para obtener información sobre cómo se hace esto, sugerimos leer la biblioteca de pantallas táctiles resistivas de Limor "Lady Ada" Fried.

Y si haces algo genial, ¡asegúrate de presentar una solicitud de extracción!

Paso 9: Donaciones opcionales

Ahora, aquí está la parte opcional, permítanos presentarle a la dama que dio vida y un nombre a las fuentes utilizadas en este proyecto y sigue siendo una inspiración para todos nosotros, particularmente al recibir noticias de que ha desarrollado cáncer y … la mayoría de nosotros sabemos lo aterrador que es ese particular es el hombre del saco. Su biografía completa está en su sitio web https://www.rosedf.net/ y puedes encontrarla en los canales habituales de las redes sociales. Ella dice de sí misma:

"Si no me estoy entrenando para intentar llegar al espacio, decirle a la gente que mire nuestro hermoso cielo nocturno, pasar tiempo con mis seres queridos o simplemente ser un nerd, me gusta centrar mi atención en el acceso a la educación y la equidad. trabajo en la defensa de las víctimas de abuso doméstico / sexual y la falta de vivienda como yo, y me gusta crear conciencia sobre la importancia de la salud mental en la vida cotidiana y la academia ".

Si quieres regalarle unos cuantos dólares (o cualquiera que sea tu moneda local), te lo agradeceríamos mucho. Se puso mucho amor en el desarrollo de HotStuff, incluso pensé que estaba destinado a ser un ejercicio de enseñanza y gran parte de ese trabajo se puede reutilizar para proyectos futuros que tengan un procesador "lento" pero que necesiten un sistema alfanumérico rápido, claro y, sobre todo, GRANDE. fuente en una pantalla TFT. Done aquí (tiene nuestro agradecimiento):

paypal.me/FirstGenSci