ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ НА ОСНОВЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА ATMEGA16

Датчик влажности – это средство измерения, позволяющее определить текущую величину относительной влажности воздуха.

От процента влажности зависит здоровье человека. Метеозависимые люди очень чувствительны к этому параметру. Также от него зависит здоровье больных астмой и гипертонией. Когда воздух сухой, то даже здоровые люди чувствуют сонливость, раздражение кожи и зуд. Излишне сухой воздух провоцирует болезни дыхания.

Таким образом, важно наблюдать за показателями влажности, чтобы вовремя предпринять меры, по устранению недостатка или переизбытка влаги в воздухе.

Для реализации датчика влажности на основе микроконтроллера будут использованы следующие компоненты:

1. Микроконтроллер Atmega16.
2. Датчик влажности и температуры SHT21.
3. 7-сегментный индикатор 7 segment LED display (blue).

Далее необходимо определить технические характеристики устройства:

1. Частота работы процессора микроконтроллера 16 Мгц.
2. 1 Кбайт оперативной памяти (SRAM).
3. Разрешение относительной влажности 0,04 % .
4. Разрешение температуры 0,01 ºC.
5. Относительная влажность ±2%.
6. Точность температуры ±0.3°C.
7. Передача данных по интерфейсу TWI.

Взаимодействие датчика и микроконтроллера происходит по интерфейсу TWI, работа данного протокола реализована в микроконтроллерах серии ATmegaXX аппаратно.

Команды, необходимые для взаимодействия с датчиком SHT21 представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Команды датчика SHT21.

Алгоритм работы программы:

1. Подача команды START на шину TWI.

2. Адрес устройства (80) отправляется на шину данных, последний бит устанавливается в 0, на запись команды. Программа ждём подтверждение от датчика (ACK).

3. Отправляется команда на измерение влажности E5, ожидание подтверждения (ACK).

4. Подача повторного START на шину TWI.

5. Адрес устройства (80) отправляется на шину, последний бит устанавливается в 1, на чтение данных. Ожидание подтверждения от датчика (ACK).

6. Далее датчик произведет измерения.

7. Считывание трёх байтов данных, после каждого байта ожидание подтверждения от датчика (ACK).

Ниже представлена формула для расчета относительной влажности.

 – относительная влажность

 – объединение MSB и LSB (младшие два бита обнулены)

Так как разрядность регистров микроконтроллера не позволит умножить двухбайтовое число на 125, необходимо обратиться к алгебре двоичных чисел.

Двухбайтовое число необходимо разбить на два байта, где складывать требуется младшие байты со младшими, старшие – со старшими. Перенос из суммы младших байтов переносим в  старший байт. Переполнение из суммы старших байтов уходит в целые части.

После выполнения цикла осуществляется переход на метку "down". Если дробная часть результата , то необходимо увеличить целую часть на единицу, а дробной частью пренебречь. Результат выполнения данного алгоритма выводится на 7-сегментный индикатор.

Список литературы:

1. Шметер, С. М. Влажность воздуха: Физическая энциклопедия / С. М. Шметер. – Москва: Гидрометеоиздат, 1998. – 704 с.
2. Новиков, Ю. В. Основы микропроцессорной техники: Курс лекций / Ю. В. Новиков. – Москва: Интернет-университет информационных технологий, 2003. – 356 с.
3. Давыдова, Н. С. Радиосигналы и их формирование: Учебное пособие / Н. С. Давыдова. – Москва: МАИ, 2009. – 92 с.