Vyšlo v Praktické elektronice 10/2016.
Opět tu máme zapojení, jež jsem stavěl na zakázku. Tentokrát je to měřič koncentrace plynu CO2. Pro maximální jednoduchost je použit již hotový a zkalibrovaný modul detektoru tohoto plynu.
Technické specifikace
| Napájecí napětí | 8-12 V/DC nebo 6-10 V/AC |
|---|---|
| Odběr proudu | cca 100 mA |
| Indikace CO2 | Bargraph 10 LED + 2 samostatné LED diody |
| Rozsah indikace CO2 | 400-2200 ppm na bargraphu |
| Indikace pomocí LED | Červená nad 1500 ppm, žlutá nad 1000 ppm |
| Externí displej | Podsvícený LCD 2x16 znaků přes I2C |
| Komunikace s okolím | UART 9600 bps pro diagnostiku |
Popis konstrukce
Měřič CO2 používá již kompletní kalibrovaný modul FIGARO CDM4161A. Tento modul disponuje dvěma analogovými výstupy a jedním vstupem. Hlavní výstup Vconc udává pomocí napětí již změřenou hodnotu CO2 v rozsahu 400-4000 ppm. Tomuto rozsahu odpovídá napětí 0,4-4 V. Napětí, jež jsou mimo tento rozsah, jsou použita k hlášení dalších stavů. Pro detailnější popis je nutno prostudovat datasheet od tohoto modulu. Dalším výstupem z modulu je CTRL. Tento výstup mimo jiného signalizuje překročení koncentrace CO2 nad 1000 ppm. Při poklesu pod 900 ppm je tento výstup deaktivován. Posledním pinem je vstup RESET, pomocí kterého je možno provést kalibraci CO2 čidla, například při výměně. Tento vstup není v této konstrukci použit, ale je zde příprava, aby bylo možno změnou programu tento vstup ovládat.
Význam pinů modulu CDM4161A
| Pin | Popis |
|---|---|
1 | Napájecí napětí +5 V |
2 | Vconc |
3 | CTRL |
4 | RESET |
5 | GND |
Tato konstrukce tedy vyhodnocuje všechny výstupy CO2 modulu a vizualizuje je pomocí 10stupňového bargraphu v hodnotách 400, 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000 a 2200 ppm. Mimo těchto hodnot jsou pomocí LED diod zobrazeny další stavy: žlutá LED znamená, že hodnota přesáhla 1000 ppm. Tato kontrolka zhasne až při poklesu pod 900 ppm. Červená LED znamená, že hodnota přesáhla 1500 ppm. Tato kontrolka zhasne hned při poklesu pod 1500 ppm. Zároveň tato kontrolka svítí po celou dobu zahřívání čidla, tedy po připojení k napětí přibližně 2 hodiny.
Popis funkce
Po přivedení napětí pomocí napájecího konektoru dojde k inicializaci procesoru a CO2 modulu. Následně je spuštěno zahřívání senzoru, které trvá 2 hodiny. Tento stav je signalizován svitem červené LED a blikáním prostředních dvou LED na bargraphu. Jakmile je senzor zahřátý, přejde zařízení do běžného provozu, zhasne červená LED a na bargraphu je zobrazena aktuální koncentrace CO2. Pokud na bargraphu nesvítí žádná LED, znamená to, že koncentrace je nižší než 400 ppm.
Pokud je připojen LCD displej 2x16 znaků s podsvícením, je zobrazována přesná hodnota koncentrace, případně nápis, že probíhá zahřívání čidla. Taktéž je možno připojit externí čtečku přes UART. Tato volba však není v současnosti podporována.
Schéma zapojení
Základem zapojení je procesor ATMEGA328P-PU nebo ATMEGA8-PU, který je vhodné umístit do patice. Na PCB je sice i programovací konektor ISP1, ale pokud použijete jednostranný plošný spoj, nebyly by všechny potřebné piny zapojeny. Napájení se přivádí na konektor US1, což je klasický DC konektor v provedení do plošného spoje s prostředním kolíkem o velikosti 2,1 mm. Za konektorem následuje usměrňovací můstek B1, který chrání zapojení před přepólováním. Taktéž je možno použít napájecí napětí střídavé. Vstupní napětí by nemělo překročit 12 V v případě napětí stejnosměrného nebo 10 V v případě střídavého. Pokud je k zařízení připojen externí displej, je nutno vybavit stabilizátor napětí IC2 7805 i chladičem, případně použít spínaný stabilizátor. Přítomnost napájecího napětí je signalizována pomocí LED1, zelené. O zobrazení se stará bargraph LB10, který je připojen k procesoru přes omezovací rezistory R3-R12, jejichž hodnota může být v rozmezí 390R-1K. Dále jsou zde 2 samostatné diody LED2, žlutá, a LED3, červená, sloužící k dodatečné signalizaci.
Důležité jsou také konektory: JP1 slouží jako výstup UARTu, JP2 pro připojení LCD displeje pomocí rozhraní I2C, JP3 pro připojení modulu čidla CO2 a JP4, který nemá v současnosti žádnou funkci.
Desky plošných spojů
Deska spoje je velikosti 100 x 50 mm. První vrstva je BOTTOM a druhá TOP.
Osazovací plán
Plošný spoj a osazení
Plošný spoj je navržen jako oboustranný, ale je možno ho udělat jako jednostranný s tím, že je pak nutno osadit 2 drátové propojky poblíž IC2 a jednu pod modulem FIGARO. U jednostranné verze pak nefunguje programování přes ISP1, protože ten má většinu spojů vedenou ve vrstvě TOP. Při osazování kondenzátorů C1 a C2 je dobré je umístit naležato. Na PCB je s tím počítáno a vejdou se. IC2 se přišroubuje k PCB a o částečný odvod tepla se postarají plochy spojů jak ve vrstvě BOTTOM, tak hlavně ve vrstvě TOP. Pokud je PCB oboustranná s prokovenými otvory, je to ideální.
Montáž CO2 modulu
Tento modul je před montáží nutné zbavit původního konektoru a teprve poté se připájí naležato, jak je patrné z úvodního obrázku. Při odstraňování původního konektoru je třeba pracovat opatrně, aby nedošlo k poškození PCB. Doporučuji použít horkovzdušnou vyfukovačku.
Dokumentace
Závěrem si zde můžete stáhnout veškerou dokumentaci pro stavbu. Je zde i projekt pro Eagle včetně programu pro procesor.
Prohlášení
Tato konstrukce je autorská práce. Není povoleno bez souhlasu autora přejímání na jiné stránky nebo komerční využití. Je povoleno se pouze odkazovat na tento web a tuto konstrukci. Pro více informací mě stačí kontaktovat. Zároveň nepřebírám jakoukoli odpovědnost za chování zařízení a případné škody způsobené použitím tohoto zařízení, ať by byly jakéhokoli rázu. Zařízení je určeno pouze k užití pro vlastní potřebu. V této konstrukci je použit program mikrokontroleru, na který se vztahují autorská práva. Jakýkoli prodej není bez souhlasu autora možný.