STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST LED hodiny s teploměrem Vít Švestka 1
STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST Obor SOČ: 10.Elektronika LED hodiny s teploměrem Autor: Vít Švestka Ročník: 4.ročník Škola: Střední průmyslová škola a Obchodní akademie Uherský Brod, Nivnická 1781, 68801 Uherský Brod Kraj: Zlínský kraj Konzultant: Ladislav Jančařík 2
Prohlášení Prohlašuji, že jsem svou práci SOČ vypracoval samostatně a použil jsem pouze podklady (literaturu, projekty, SW atd.) uvedené v seznamu vloženém v práci SOČ. Prohlašuji, že tištěná verze a elektronická verze soutěžní práce SOČ jsou shodné. Nemám závažný důvod proti zpřístupňování této práce v souladu se zákonem č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon) v platném znění. V Uherském Brodě dne: Vít Švestka Poděkování Chtěl bych poděkovat svým rodičům za velikou ochotu spolupráci a finanční podporu při výrobě mého projektu. Dále bych rád poděkoval p. Ladislavu Jančaříkovi za dohled a odbornou pomoc při programování mé práce. 3
Anotace Tento výrobek jsem si vybral, jelikož mám rád LED světla díky jejich nízké spotřebě a taky mě zajímá programování Arduina, a proto nebylo těžké dát tento nápad dohromady. Cílem mé práce bylo vytvořit ledkový panel na kterém se bude zobrazovat několik proměnných hodnot, v tomto případě to jsou datum, čas, vlhkost s teplotou. V mé práci je popsaný celý program a funkčnost. Celý program jsem vytvářel sám a proto je originální. 4
Obsah 5 Seznam obrázků 7 Úvod 8 1. Blokové schéma 9 1.1 Popis blokového schématu 9 1.2 Podrobný popis 9 2. Arduino 10 3. Schéma zapojení 10 4. Komponenty 11 4.1Vývojová deska 11 4.2 Obvod reálného času 11 4.3 Teploměr 12 4.4 LED matice 13 5. Struktura programu 14 5.1 Knihovna 14 5.2 Globální proměnné 14 5.3 Matice znaků 15 5.4 Piny pro matrix 15 5.5 Proměnné 15 5.6 Piny na teploměr 16 5.7 piny na RTC 16 6. Nastavení 17 6.1 Pin mode 17 6.2 Nastavení podsvícení 17 7. Smyčka 17 7.1 Virtuální port 17 7.2 Nastavení hodin 18 7.3 Převod proměnné na pole 18 8. Zobrazení 18 8.1 Hodiny a minuty 19 8.2 Teplota 19 8.3 Posouvání textu 19 9. Zapojení 20 5
10.Rozpis součástek 20 11. Závěr 20 12. Použité zdroje 21 6
Seznam obrázků Obrázek 1 Obrázek 2 Obrázek 3 Obrázek 4 Obrázek 5 Obrázek 6 Obrázek 7 Obrázek 8 Obrázek 9 Obrázek 10 Obrázek 11 Obrázek 12 Obrázek 13 Obrázek 14 Obrázek 15 Obrázek 16 Obrázek 17 Obrázek 18 Obrázek 19 Obrázek 20 Obrázek 21 Obrázek 22 Obrázek 23 Obrázek 24 Obrázek 25 pohled na výrobek blokové schéma schéma zapojení Arduino mega2560 obvod reálného času obvod reálného času teploměr teploměr schéma led matice pohled na zapojení led matice knihovny globální proměnné matice znaků piny pro led panet piny pro proměnné Obrázek 16 zapinování 5V a gnd plus, minus data teploměr plus minus tlačítko virtuální port čas převod proměnné na pole zobrazení hodin zobrazení teploty posouvaní textu pohled na zapojení součástek 7
Úvod Hlavní částí je program, který jsem si sám napsal v softwaru Arduino. Jedná se o jazyk wiring,který vychází z jazyka C++.Druhá část práce je praktické napájení 5 led panelků a propojení je s deskou. Výsledkem mé práce je skombinování několika proměnný hodnot. Vlastním přínosem do této práce je celý program, který jsem si vymyslel a udělal. Obrázek 1 pohled na výrobek 8
1.Blokové Schéma Obrázek 2-blokové schéma 1.1popis blokového schématu: Hlavní základem je Blok Arduino mega. Tato vývojová deska se stará o přijímání dat z teploměru (DHT11) a obvodu reálného času (DS1307). Arduino zpracuje data z těchto částí a posílá je do Led matice(matrix). Tato závěrečná práce je napájena přes USB kabel, který je zapojený například do notebooku, nebo power banky jinak arduino samo o sobě má napájení 5 V. Tato práce umí zobrazit proměnné hodnoty v tomto pořadí: čas(h,m,s), datum(d/m/r), teplota(c), vlhkost(%), button umí přepnout pomocí podmínky if v určitém čase na libovolný text napsaný programátorem. 1.2Podrobný popis: Arduino mega bylo zvoleno, jelikož jeho procesor ATmega2560 má dostatečný výkon pro tento projekt a také protože deska má 54 volitelných vstupů/výstupů,16 analogových vstupů. Jelikož mi na mém výrobku vadila tloušťka musel jsem si Arduino ještě upravit, a to za pomocí pájivého pole na které jsem dal piny směřující do boku, tím jsem si je nasměroval a výrobku jsem ušetřil cca 12 mm. DHT11 jsem si vybral na začátku, když jsem ještě netušil, že existují přesnější teploměry. snadná manipulace s knihovnou, a to že umí zobrazil i vlhkost. V projektu je zapájený do pole, jelikož musí mít mezi UCC a pinem pro data 10kΩ rezistor. 9
Dále jsem se rozhodl že kvůli RTC, které načítá hodnoty postupně tlačítko trochu pozměním a bude zobrazovat teda čas, datum + teplotu a vlhkost a po zmáčknutí v určitém časovém intervalu změní na text který můžeme zvolit např. Pramakon 2017 2. Arduino je otevřená elektronická platforma, založená na uživatelsky jednoduchém hardware a software. Arduino je schopné vnímat okolní prostředí pomocí vstupů z rozličných senzorů. Zároveň může ovlivňovat okolí připojenými LEDkami, motorky a dalšími výstupními periferiemi. jednoduché programování jednoduché zapojení nízká cena oproti jiným kitům spousta návodů uživatelská komunita platformní nezávislost (Win/Linux/MacOS/...) Arduino je možné programovat v jazyce C nebo C++. Nejjednodušší je však používat knihovnu Wiring. 3. Schéma zapojení Obrázek 3 schéma zapojení 10
4. Komponenty 4.1 Vývojová deska Mega 2560 Mikrokontrolér: ATmega2560 Taktovací frekvence: 16 MHz EEPROM: 4 KB SRAM: 8 KB Flash paměť: 256 KB z toho 8 KB používá zavaděč Provozní napětí: 5V Analogové piny: 16 Digitální Piny: 54 Obrázek 4 arduino mega 4.2 Obvod reálného času (DS1307) Typ: DS1307 Komunikace: I2C Data: hodiny, minuty, sekundy AM / PM den Měsíc, datum rok Obrázek 5 obvod reálného času obrázek 6 obvod reálného času DS1307 tento obvod reálného času jsem musel upravit byl vyjmut rezistor R4,R6 a D1. tyto obvody se dělí na sodobíjecí a nesamodobíjecí tyto součástky by ho mohli poškodit.je připojený na piny SCL,SDA,DS a potom jeden na zem(gnd) a Napájení(UCC).Tato součástka díky baterii kterou obsahuje počítá čas ikdyž je projekt vypnutý. 11
4.3 Teploměr (DHT11) Digitální senzor teploty a vlhkosti DHT11 Připojení pouhé 3 vodiče (1 x data + 2 x napájení) Rozsah měření vlhkosti: 20 % ~ 90 % RH Rozsah měření teploty: 0 až +50 Přesnost měření vlhkosti: ± 5.0 % RH Přesnost měření teploty: ± 2.0 Odezva senzoru: <5 s Senzor: Polymer resistor Obrázek 7 teploměr obrázek 8 teploměr Do programu musel být použitý s funkcí #define, toto jsem si musel najít na internetu, protože jsem nevěděl co to přesně znamená až potom jsem přišel na to že si musím zadefinovat pomocí #define dht_pin, pin na kterém bude umístěný teploměr, jinak program ne bude vědět z kama data brát. náhrada za DHT11 Digitální senzor teploty a vlhkosti DHT22 / AM2302 vodiče (1 x data + 2 x napájení) Rozsah měření vlhkosti: 0 % ~ 100 % RH Rozsah měření teploty: -40 až +80 Přesnost měření vlhkosti: ± 2.0 % RH Přesnost měření teploty: ± 0.5 Piny: VDD, DATA, NULL, GND napájení: 3.3-6 VDC 12
4.4 LED matice 8*8 Led matice 8 * 8 s ovládací elektronikou Napájecí napětí: 5V Rozměry: 5 cm x 3,2 cm x 1,5 cm Čtyři vrtací otvory Podpora zapojení více modulů do kaskády Červené LED diody Řadič: MAX7219 Piny: Din,CS,CLK,UCC,Gnd Obrázek 9 schéma zapojení led matice Obrázek 10 pohled na zapojení led matice 13
5.Struktura programu 5.1 Knihovny v programu jsou použity tyto knihovny + definy pinů knihovny slouží k tomu aby program uměl komunikovat mezi vývojovou deskou a komponentem Obrázek 11 knihovny 5.2 Globální proměnné Globální proměnná pro DS1307 a jeho příkazy A pro DHT11 jako teploměr Obrázek 12 globální proměnné 14
5.3 Matice znaků Část matice znaků. Každé písmeno musí mít svůj kód aby převodník věděl co má zobrazit bez této matice by program nefungoval Obrázek 13 matice znaků 5.4 Piny pro matrix Obrázek 14.piny pro led panel 5.5 Proměnné Proměnná se používá pro to aby program věděl z kterých pinů brát hodnoty Obrázek 15 piny pro proměnné 15
5.6 Piny na teploměr Teploměr má za definovaný plus 5V na 3i pinu mínus 0V(Gnd) 35 pinu teplota 33 pin teplota na teplotu musí být jako globální proměnná použit příkaz #define_dht 33; Obrázek 16 zapinování 5V a gnd obrázek 17 plus, minus data teplomer 5.7 piny pro RTC RTC není definovaní v pinmode jelikož funguje na sběrnici která je na desce vyvedená jako Piny: SCl SDA Napájení: 5V gnd 16
6. Nastavení Funkce pinmode slouží k určení piny OUTPUT-výstup nebo INPUT vstup 6.1pinMode Nastavení pinu jestli jsou vstup nebo výstup Obrázek 18. Plus minus tlačítko 6.2 Nastavení podsvícení Tato funkce nastaví intenzitu světla možnosti jsou od 0 až po 15 7.Smyčka 7.1 Virtuálního portu Virtuální port neboli Serial print je funkce která zobrazuje jen na virtuálně a ne na display Obrázek 19 virtuální port 17
7.2Nastavení Hodin program pro zobrazení hodiny a minuty na virtuálním monitoru, jakmile se vypíšou tyto hodnoty na port. Okamžitě se z něj posílají na display. Obrázek 20 čas 7.3Převod proměnné do pole Kód pro převedení hodnot z teploměru a hodin do proměnné typu char // pošli o do a proměnná pro teplotu Teplota char velikost 14b Pošle i do a Obrázek 21 převod proměnné na pole Bez tohoto by se hodnota nedokázala zobrazit jelikož by nebyla ve správném formátu a příkaz printstringwithshift by ji neuměl přečíst 8.Zobrazení Příkaz napsaný mezi závorkami a v uvozovkách bude zobrazený na matici číslo za závorkou je rychlost posuvu textu po matici 18
8.1Hodiny a minuty Obrázek 22 zobrazení hodin 8.2Teplota obrázek 23 zobrazení teploty 8.3Posouvání textu Obrázek 24 posouvání textu 19
9. Zapojení: Obrázek 25 pohled na zapojení součástek 10. Rozpis součástek: počet 9x 1x 1x 1x 1x 2x 1x 1x 5x 3x název samice samice vodič Arduino mega DHT11 DS1307 tlačítko odpor 10kΩ pajivé pole 3x7cm pájivé pole 10x15cm LED matrix plexisklo 11. Závěr Celá tato práce vyšla na cca 2000Kč. Program jsem seděl asi 30 hodin, než jsem byl s ním byl spokojen, pak jsem ladil jen detaily a vzhled práce. Největší problém byl s převáděním dat na Matici, pokud bych mohl něco vyměnit byl by to teploměr za přesnější. Jinak by se tyto hodiny daly ještě poupravit a používat jako budík, musela by se přidat klávesnice a tím by se práce ještě prodražila a 20
program by byl obsáhlejší, součástky umí i přesné datum a vlhkost, ale toto jsem do programu nedal z důvodu, že by v tom byl zmatek. 12. Použité dokumenty a zdroje: Internetové stránky www.brainy-bits.com knihy ebook.pdf arduino examples příklady v knihovnách arduina #include<ds1307rtc.h> #include<maxmatrix.h> Teorie ve škole a na praxích 21