Датчики атмосферного давления своими руками

ЭЛЕКТРОННЫЙ БАРОМЕТР-ИНДИКАТОР

Назначение: с помощью светоиндикаторной шкалы отображать изме­нение атмосферного давления в сторону повышения или понижения по отношению к некоторому начальному значению.

Регулировка:

• чувствительности датчика;
• установки средней точки отсчета давления.

Особенности: в устройстве применен откалиброванный в заводских условиях термокомпенсированный датчик давления.

В данном устройстве заимствованы пьезорезистивные свойства ми­ниатюрной кремниевой пластины, работающей по принципу тензомет­ра, способного фиксировать малейшие колебания поверхности. Здесь используется датчик с термокомпенсацией (компании Motorola), от­личающийся высокой точностью и прокалиброванный в заводских условиях. Чувствительность тензодатчика составляет 0,2 мВ/кПа.

Краткая метрологическая справка: несмотря на то что за единицу дав­ления в международной системе СИ принят паскаль (1 Па — 1 Н/м 2 ), довольно часто используют бар, который равен 100 ООО Па. Атмос­ферное давление на шкалах домашних стрелочных барометров чаще всего указывается в миллибарах. Таким образом, нормальное атмос­ферное давление составляет:

100 000 Па = 100 кПа — 1 бар = 1 000 мбар = 1 000 гПа.

При этом давлении напряжение на выходе тензодатчика (МРХ 2200 АР) равно 100 X 0,2 мВ = 20 мВ. На основе этого датчика можно изготовить барометр, если оснастить его, к примеру, точным цифро­вым вольтметром. Однако для нашего случая в этом нет никакой не­обходимости, поскольку нас интересует, как изменяется давление: в сторону повышения или понижения. Индикатор изменения давле­ния можно реализовать на основе шкалы, состоящей из нескольких светодиодов.

Принципиальная схема барометра-индикатора

Принципиальная схема устройства представлена на рис. 3.16.

Напря­жение питания на датчик давления подается непосредственно от бата­реи 9 В (выводы 1 и 3). В целях продления службы батареи напряжение питания на схему подается только на время считывания с помощью кнопки, включенной в разрыв цепи питания. Сигнал с датчика давле­ния поступает на дифференциальный усилитель, построенный на двух операционных усилителях DA2.1 и DA2.2 в корпусе (LM 324). Он усиливает амплитуду сигнала тензодатчика в 50 раз. С помощью пе­ременного резистора R4, включенного между двумя резисторами с одинаковыми номинальными значениями сопротивления R1 и R2, можно произвести точную регулировку. С учетом коэффициента уси­ления, при атмосферном давлении 1000 Па (100 кПа), получаем на выходе дифференциального усилителя:

0,2 х 100 х 50 = 1000 мВ = 1 В.

Имея в распоряжении точный (например, цифровой) вольтметр с пределом измерения 2 В, можно пересчитывать измеренное напря­жение в абсолютное значение атмосферного давления.

Это напряжение снимается между выводами 7 и 14 дифференци­ального усилителя. Для визуального контроля, как и в описанном выше устройстве, применена интегральная схема дискриминатора LM 3914, содержащая десять компараторов, у каждого из которых один вход подключен к общему выводу (5), а вторые входы — к про­межуточным точкам резистивного делителя. Потенциал на выводе 4 определяет нижний предел измерения давления, а верхний предел уста­навливается путем изменения потенциала на объединенных выводах 6 и 7 с помощью переменного резистора R5. Так, чтобы верхний предел ин­дикации атмосферного давления составлял 1060 мбар, следует задать на движке резистора R5 напряжение около 1,1 В относительно вывода 8.

Порядок индикации изменений атмосферного давления следующий: медленно вращая движок переменного резистора R6, установите на входе 5 дискриминатора такой потенциал, при котором включаются средние светодиоды HL5 и HL6. Если через определенное время дав­ление начнет расти, то светодиоды от HL7 до HL10 зажгутся поочеред­но, в зависимости от амплитуды этого изменения. И наоборот, пониже­ние давления — признак приближающегося дождя — сопровождается уменьшением напряжения на выводе 5 микросхемы. В этом случае по­очередно начнут загораться светодиоды с HL4 по HL1. На практике нет необходимости в очень точной калибровке. Достаточно обеспе­чить максимальную чувствительность, чтобы схема могла регистриро­вать малейшие изменения атмосферного давления. А уж в зависимос­ти от этого вы будете решать, есть ли смысл отправляться на рыбалку.

Таблица 3.5. Перечень элементов к схеме на рис.3.16.

Источник

Электронный барометр своими руками

Барометр — это прибор, предназначенный для измерения атмосферного давления. Особенно полезны барометры метеочувствительным людям и рыбакам. Барометры бывают жидкостные, механические и электронные. О последнем сегодня и пойдёт речь. С помощью чувствительного датчика давления, схемы затем через светодиоды электронный барометр способен отображать изменение атмосферного давления в сторону его понижения или повышения.

Регулировка

В схеме предусмотрена регулировка:

• установки средней точки отсчета давления.

Особенности барометра

В устройстве применен откалиброванный в заводских условиях термокомпенсированный датчик давления.
Так как система, связанная с функцией плавательного пузыря, очень чувствительна к перепадам давления, то любое изменение оказывает воздействие на поведение рыб и, следовательно, на результаты рыбалки. Такие колебания давления (как правило, очень плавные) сложно определить без барометра или индикатора давления.

С точки зрения рыболова, медленное повышение температуры и давления являются благоприятными факторами, в то время как быстрое возрастание или стабильно высокое давление, напротив, не предвещает успешной рыбалки. Оптимальным для рыбалки считается среднее давление.

В данном устройстве заимствованы пьезорезистивные свойства миниатюрной кремниевой пластины, работающей по принципу тензометра, способного фиксировать малейшие колебания поверхности. Здесь используется датчик с термокомпенсацией (компании Motorola), отличающийся высокой точностью и прокалиброванный в заводских условиях. Чувствительность тензодатчика составляет 0,2 мВ/кПа.

Краткая метрологическая справка: несмотря на то что за единицу давления в международной системе СИ принят паскаль (1 Па — 1 Н/м2), довольно часто используют бар, который равен 100 ООО Па. Атмосферное давление на шкалах домашних стрелочных барометров чаще всего указывается в миллибарах. Таким образом, нормальное атмосферное давление составляет:
100 000 Па = 100 кПа — 1 бар = 1 000 мбар = 1 000 гПа.

При этом давлении напряжение на выходе тензодатчика (МРХ 2200 АР) равно 100 X 0,2 мВ = 20 мВ. На основе этого датчика можно изготовить барометр, если оснастить его, к примеру, точным цифровым вольтметром. Однако для нашего случая в этом нет никакой необходимости, поскольку нас интересует, как изменяется давление: в сторону повышения или понижения. Индикатор изменения давления можно реализовать на основе шкалы, состоящей из нескольких светодиодов.

Принципиальная схема барометра-индикатора

Принципиальная схема устройства представлена на рисунке ниже.

Напряжение питания на датчик давления подается непосредственно от батареи 9 В (выводы 1 и 3). В целях продления службы батареи напряжение питания на схему подается только на время считывания с помощью кнопки, включенной в разрыв цепи питания. Сигнал с датчика давления поступает на дифференциальный усилитель, построенный на двух операционных усилителях DA2.1 и DA2.2 в корпусе (LM 324). Он усиливает амплитуду сигнала тензодатчика в 50 раз.

С помощью переменного резистора R4, включенного между двумя резисторами с одинаковыми номинальными значениями сопротивления R1 и R2, можно произвести точную регулировку. С учетом коэффициента усиления, при атмосферном давлении 1 ООО Па (100 кПа), получаем на выходе дифференциального усилителя:
0,2 х 100 х 50 = 1000 мВ = 1 В.

Имея в распоряжении точный (например, цифровой) вольтметр с пределом измерения 2 В, можно пересчитывать измеренное напряжение в абсолютное значение атмосферного давления.

Это напряжение снимается между выводами 7 и 14 дифференциального усилителя. Для визуального контроля, как и в описанном выше устройстве, применена интегральная схема дискриминатора LM 3914, содержащая десять компараторов, у каждого из которых один вход подключен к общему выводу (5), а вторые входы — к промежуточным точкам резистивного делителя. Потенциал на выводе 4 определяет нижний предел измерения давления, а верхний предел устанавливается путем изменения потенциала на объединенных выводах 6 и 7 с помощью переменного резистора R5. Так, чтобы верхний предел индикации атмосферного давления составлял 1060 мбар, следует задать на движке резистора R5 напряжение около 1,1 В относительно вывода 8.

Список деталей

Работа с индикатором

Порядок индикации изменений атмосферного давления следующий: медленно вращая движок переменного резистора R6, установите на входе 5 дискриминатора такой потенциал, при котором включаются средние светодиоды HL5 и HL6. Если через определенное время давление начнет расти, то светодиоды от HL7 до HL10 зажгутся поочередно, в зависимости от амплитуды этого изменения. И наоборот, понижение давления — признак приближающегося дождя — сопровождается уменьшением напряжения на выводе 5 микросхемы. В этом случае поочередно начнут загораться светодиоды с HL4 по HL1.

Рекомендации по изготовлению

Данное устройство предназначено для того, чтобы пользоваться им в домашних условиях. Поэтому для него не требуется специального герметичного корпуса, защищающего элементы схемы от внешних факторов в полевых условиях. Все компоненты барометра-индикатора, включая датчик давления и элементы настройки, собраны на печатной плате (см. рис.).

Монтаж

Монтаж устройства производится в соответствии с монтажной схемой (см. рис. выше).

Рекомендуем подобрать индикаторные светодиоды таким образом, чтобы их цвета несли функциональную нагрузку. Так, применив светодиоды HL5 и HL6 желтого цвета, можно четко обозначить исходную точку. Светодиоды, размещенные с одной стороны от средней точки, могут быть, например, красными, а с другой стороны — зелеными.

В данном устройстве микросхема LM 3914 работает в режиме DOT -точка, то есть при отключенном выводе 9, а питание подается только на время индикации давления при нажатой кнопке «Измерение».

На практике нет необходимости в очень точной калибровке. Достаточно обеспечить максимальную чувствительность, чтобы схема могла регистрировать малейшие изменения атмосферного давления.

А уж в зависимости от этого вы будете решать, есть ли смысл отправляться на рыбалку.

Литература: Изабель Ги, «Электронные устройства для рыбалки»

Источник

ДОМАШНЯЯ USB МЕТЕОСТАНЦИЯ

Здравствуйте уважаемые друзья сайта «Радиосхемы«! Ещё давно хотел собрать домашнюю метеостанцию, изначально планировалось сделать автономную конструкцию с ЖК индикатором и т.д., но когда руки уже почти потянулись к текстолиту, у меня произошла ситуация, верней в одной из компаний в которой я тружусь, а именно, в серверной комнате сломался кондиционер. Последствия могли бы быть очень печальны, если бы мне не понадобилось заехать туда по другим вопросам, но слава богу всё обошлось. После этой ситуации понял, что идея метеостанции требует срочной реализации, только совсем уже в другом виде. Итак, обо всём по порядку. Представляемая конструкция — это USB примочка к ПК, которая передаёт данные с датчиков по средствам UART – USB с интервалом 2 секунды, соответственно, на ПК установлена программа, которая помимо обработки и отображения полученных данных передаёт их, при желании, на WEB сервер, зайдя на который можно отслеживать все показания в режиме реального времени и как вы понимаете, находясь в любой точке мира. Блок передаваемых данных выглядит следующим образом:

Перемычки JP1, JP2, JP3 предназначены для «зануления» определённых значений, то есть при установленной перемычке JP1 значение влажности будет всегда 0, при установленной JP2 значение температуры всегда будет 0 и при JP3 значение давления всегда 0.

Схема самодельной метеостанции

Схема очень проста и по сути состоит из 4 основных компонентов. Это МК, датчик атмосферного давления + температуры, датчик влажности и USB – UART преобразователь.

Сразу скажу, что все компоненты покупал на всем известном электронном аукционе, причём покупал сразу в виде готовых модулей. Поясню почему готовыми модулями, во первых – цена датчика (или микросхемы) отдельно и цена модуля ничем практически не отличается, во вторых – готовый модуль уже имеет всю необходимую обвязку, такую как подтягивающие резисторы, стабилизаторы и прочее, в третьих – это намного упрощает конструкцию, а соответственно и её реализацию. Теперь немного о каждом модуле по отдельности.

Датчик давления и температуры

Потрясающий во всех отношениях датчик атмосферного давления и температуры BMP180.

Несмотря на свои крошечные размеры, этот датчик позволяет выдавать удивительно точные показания, как температуры, так и атмосферного давления. Сам датчик имеет размеры

3х3 мм, готовый модуль

10х13 мм, питание датчика 3.3 вольта, поэтому на платке имеется стабилизатор. Интерфейс I2C.

Датчик влажности DHT11

DHT11 является датчиком влажности + температуры, довольно хорош в своей ценовой категории. Но есть небольшой минус, это — точность. Если погрешность по влажности вполне в пределах нормы, то с показаниями температуры всё не так хорошо, но нам и не нужны его данные по температуре т.к. температуру будем брать с BMP180. Штыри на модуле перепаяны на прямые, изначально модуль идёт с угловыми штырьками и к тому же они припаяны с другой стороны.

USB – UART преобразователь

Вообще микросхем и готовых USB – UART преобразователей огромное количество, я остановился на этом. Данный модуль работает на микросхеме FT232RL, а вот изготовитель этой микросхемы далеко не FTDI как заявлено на корпусе этой микросхемы, проще говоря, используемая микросхема – это китайская подделка. Но в этом нет ничего страшного, за исключением того, что компания FTDI решила бороться с подделками очень хитрым способом, они выпустили драйвера, которые затирают ID микросхемы на не оригинальных чипах, после чего подделка перестаёт работать. Для того чтобы этого не случилось — достаточно использовать драйвера НЕ ВЫШЕ версии 2.08.14 и тогда никаких проблем не будет, разницы в работе не оригинала вы не заметите. Если всё же это случилось и устройство перестало правильно определяться в диспетчере устройств, то ничего не потеряно, в любом поисковике вы найдёте решение этой проблемы за 5 минут, на этом я не буду останавливаться.

Для своих целей, мне пришлось немного допилить модуль, перепаяв на нём штырьки, с угловых на прямые, и с прямых на угловые.

Сделать это не повредив ПП достаточно просто, сначала необходимо тонкими кусачками разделить пластиковые втулочки между штырями, после чего выпаять по отдельности каждый штырь вместе с втулкой, затем убрав лишний припой — впаять уже нужные штыри с нужной стороны. Прошивать МК нужно вот с такими фюзами:

После того, как все модули будут допилены и готовы, можно приступать к сборке. Печатная плата в моём варианте имеет итоговый размер 45 х 58 мм, делал фоторезистивным способом, хотя в виду простоты — лут здесь тоже актуален. Все файлы для платы и прошивки скачайте в общем архиве.

Весь набор необходимых компонентов для устройства.

Сборка метеостанции

Сборка прибора заняла пол часа, после чего был уже вполне работоспособный вариант устройства.

Теперь поделюсь своими секретами. После того, как монтаж ПП закончен, я делаю следующее: смываю все остатки флюса и мусора обычным растворителем, после чего купленной для этих целей зубной щеткой очищаю поверхность от волокон, застрявших между точками пайки в результате отмывки, затем перехожу к следующему процессу- покрытие лаком «медной» стороны ПП. Для этого, сначала, в листе бумаги прорезаю окно по размеру ПП, после чего изолентой приклеиваю ПП к этому листу, как показано на рисунке.

Следующий этап – это нанесение лака, для этого использую обычный, автомобильный аэрозольный лак, который используют для тонирования фар и прочего, стоит такой баллон около 150 рублей, продаётся в любом автомагазине. После высыхания получаю вот такой результат.

Всё, все этапы сборки метеостанции закончены, можно отклеивать бумагу.

А вот и готовый, полностью рабочий вариант устройства.

Подытожу касаемо аппаратной части. Стоимость готового устройства, не считая текстолита и расходных материалов, используемых для изготовления и монтажа ПП, составила около 500 рублей.

Программа

Теперь от аппаратной части к программной. Программа состоит из одного исполняемого exe файла. При первом запуске, программа будет пошагово «просить» произвести необходимые настройки, сначала происходит инициализация COM порта, программа выдаст вот такое окно:

Кроме номера порта, в настройках ничего менять не надо! После выбора порта, необходимо нажать кнопку «повторить попытку» в стартовом окне программы. Следующим этапом программа «попросит» произвести «рабочие» настройки.

Здесь указываются оптимальные границы показаний с датчиков, эти значения влияют на графическое отображение значений в основном окне программы, красная стрелка вверх означает завышенное значение, вниз — заниженное и зелёная галочка — в норме соответственно. Что касается оптимальной границы давления, то как таковой её нет, это значение зависит от географических координат вашего города, а верней высоты, на которой расположен ваш город относительно уровня моря, проще всего границы атмосферного давления можно взять из таблицы высот или методом наблюдения.

По желанию можете указать вариант запуска программы (свёрнутый/ не свёрнутый режим). Есть ещё один раздел — это логин, пароль, частота отправки и галочка разрешить отправку данных на WEB сервер. Здесь немного подробней. Эта настройка, при желании, разрешает отправку значений температуры, влажности и давления на глобальный WEB сервер meteolk.ru – это ресурс созданный специально под этот проект, по сути это просто личный кабинет, где содержится вся информация полученная метеостанцией и ничего кроме этого. Для того чтобы можно было пользоваться этим ресурсом необходимо сначала зарегистрироваться для возможности дальнейшей идентификации пользователя, для этого просто заходите на сайт и нажимаете «Регистрация». Так сказать пользуйтесь на здоровье, мне не жалко. На странице регистрации указываете имя, логин и пароль.

Всё, на этом регистрация закончена, и учётные данные можно указывать в программе. Это можно сделать и позже, перейдя в настройки через «Меню», не обязательно при первом запуске. После того как будут произведены все настройки, нажимаете сохранить и в окне запуска программы нажимаете кнопку «повторить попытку». Если всё нормально, то программа запуститься и появится основное окно, после этого создадутся файлы настроек и при последующих запусках, никаких настроек производить уже будет не нужно.

В меню «дополнительно» есть опция «считать данные с контроллера», здесь поясню. Каждые пол часа в оперативку микроконтроллера записываются значения температуры, влажности и давления, всего таких записей может быть 100, если получилось так, что программа не была запущена и вам нужно посмотреть статистику, то при помощи этой опции можно посмотреть данные, это 2-е суток, если таковые есть конечно. При помощи «стереть данные МК» вся собранная ранее статистика и хранящаяся в оперативке — затирается. Помимо текущих, отображаемых значений, есть ещё значения «макс.» и «мин.», это максимальные и минимальные значения, которые были зарегистрированы за время работы программы.
С программой всё, на остальных менюшках не буду останавливаться, думаю, что и так всё интуитивно понятно. Вернусь немного к личному кабинету. После регистрации, можно зайти под своей записью, кстати, можно также зайти под логином «test» и паролем «test», это ради ознакомления. Если у вас есть данные, то вы увидите вот такое окно:

При желании, данные можно посмотреть в графическом варианте, в виде графиков.

Вот и всё. Надеюсь на то, что мой проект вам понравиться и пригодится. Пока-пока! До новых встреч на сайте. Автор Виталий Анисимов. г. Калуга.

Источник