Например TDA7294

РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Бытовая техника >

О датчикax влажности ChipCap 2

Автор: Сергей Безруков (aka Ser60)
Опубликовано 16.10.2013.
Создано при помощи КотоРед.

Недавно я уже здесь рассказывал об относительно новых датчиках температуры и влажности, которые пока нечасто встрeчаются в радиолюбительских конструкциях [1,2]. В продолжение этой темы сейчас речь пойдет о семействе датчиков ChipCap 2, выпускаемых фирмой GE Sensing. По цене они одни из самых дешевых в своем классе - цена датчика около 8 USD.

Как видно на фотографиях, по форме датчики сильно напоминают старые модели SHT15 фирмы Sensirion и имеют практически такие-же габариты. Шаг выводов корпуса 1.27 мм, т.е. паять их не представляет никакого труда. На правой фотографии показан вид снизу, а на средней - датчик со снятой защитной крышкой. Более крупный вариант этого фото см. в приложении, где отчетливо виден емкостный влаго-измерительный элемент и черная капля над электронной начинкой. Датчики выпускаются в двух модификациях – с аналоговым интерфейсом (PWM) и с цифровым (I2C). Номенклатура этих типов датчиков CC2A и CC2D, соответственно. Аналоговые датчики работают только от 5В (± 0.5В), имеют точность ±3% по влажности, и здесь не рассматриваются.

Датчики с цифровым интерфейсом прежде всего различаются по точности измерения влажности ±2% или ±3% (модели CC2D2x и CC2D3x, соответственно) и по рабочему напряжению 3В или 5В (модели CC2Dx3 и CC2Dx5, соответственно). Точность измерения температуры я не привожу, т.к. она достатoчно высокая у всех моделей. Цифровые датчики также подразделяются на способ проведения измерений. Те, что имеют суффикс S в спецификации, производят единичное измерение только по запросу через I2C интерфейс, после чего автоматически впадают в сон до следующего запроса. Датчики без этого суффикса в сон поместить нельзя. Они производят автоматически одно измерение за другим и по окончании каждого измерения выставляют флаг готовности на одном из выводов корпуса. Флаг автоматически сбрасывается после чтениия данных. Все датчики обеспечивают 14-битное разрешение по температуре и влажности.

Интересно, что цифровые датчики снабжены энерго-независимой памятью для верхнего и нижнего порогов влажности и могут выставлять флаги на выводах корпуса при выходе значений влажности из установленного диапазона. Таким образом, будучи раз запрограммированными, датчики могут включать кондиционер или увлажнитель без участия микроконтроллера.

Меня более всего заинтересовал датчик CC2D23S. Я распаял один экземпляр на макетке и включил его в свою стандартную проверочную схему, показанную ниже. Особых комментариев она на требует - микроконтроллер IC2 извлекает данные из датчика IC1 по интерфейсу I2C, вычисляет по ним температуру и влажность и загружает их значения в контроллер ЖКИ IC3 для индикации.

Согласно ДШ, датчики после волновой распайки на плату следует поместить в печь при 120 °C и потом еще выдерживать несколько часов при определенной влажности, чего я для экспериментов делать, конечно, не стал. Однако, при распайке датчика на плату я старался прикасаться паяльником к каждому из его выводов не более трех секунд, дожидаясь полного остужения чипа перед пайкой следующего вывода. Оказалось, что датчик и так обеспечивает высокую точность и его показания влажности отличались не более чем на ±1% от образцового датчика SHT15. Температуру он вообще показывал очень точно и с ней проблем при пайке нет. Исходник для MSP430 находится в приложении.

Отмечу, что работать с датчиком очень просто. Чтобы запросить новое измерение достаточно послать в датчик 1 байт с I2C адресом датчика. Спустя 50 мсек после запроса можно читать данные (4 байта). Причем будут сразу готовы результаты измерения и температуры и влажности. Для перевода сырых данных датчика в проценты влажности их просто следует умножить на 100. В результате получим значение влажности с 14 битами дробной части. Таким образом, не нужно проводить термокомпенсацию или линеаризацию значений влажности, что типично для других датчиков, и алгоритм обработки данных сенсора напоминает таковой у датчиков HIH-6130 (см. [1]). С вычислением температуры тоже все просто – умножаем показания датчика на 165 и вычитаем 40. При этом младшие 14 бит – это также биты дробной части. Малый объем вычислений означает, что МК будет дольше находится во сне, что важно для устройств с микропотреблением. Кстати, во сне датчик потребляет менее микроампера.

Однако, датчики не лишены недостатков. Первый – они выпускаются только без фильтра, предохраняющего чувствительные элементы от пыли или конденсации влаги. Однако, для жилых помещений в зоне умеренного климата это не очень существенно. Второй – это довольно узкий диапазон питающих напряжений. Для 3-х вольтового датчика он должен быть в пределах 2.7 – 3.3В. При питании от литиевой батареи типа CR2032 нижний порог напряжения высоковат. Естественно возникает вопрос «а что если». ДШ пространно предупреждает, что высокая точность показаний при этом не гарантируется. Я попробовал опускать напряжение питания до 2.5В и далее до 2.3В. Показания температуры при этом снизились на 1 °C, а влажности на 1% в первом случае и на 2% во втором. Таким образом, при небольшой потери точности в самом конце жизни литиевой батареи и это вполне приемлимо. Еще к недостаткам следует отнести наличие печатных дорожек на нижней стороне платы датчика (см. фото выше). Это фактически исключает возможность трассировки печатных проводников под датчиком. Хотя печатные дорожки на плате датчика и покрыты изолирующей пленкой, я-бы все равно рисковать не стал. О наличии дорожек под датчиком нет не слова в ДШ – я их обнаружил только после получения датчика. Пришлось переделывать плату.

Отмечу, что ко всему прочему, датчики также выпускаются и в SIP варианте, будучи распаянными на маленькую платку с шагом проволочных выводов 2.54 мм. В этом случае они поставляются уже выдержанными при нужной температуре и влажности на фабрике после распайки и нижний диапазон питающего напряжения у них понижен до 2.5В при гарантии точности, что вообще нормально. Однако, стоят они в 2 раза дороже.

Датчик мне настолько понравился, что я решил сделать на нем законченный измеритель в подарок знакомым. Устройство собрано на 16-битном микромощном МК семейства RL78 фирмы Renesas. Я уже вкратце рассказывал об этом семействе [3] и самодельном программаторе для них. В следующей статье собираюсь рассказать о более дешевом варианте программатора.

Схема и конструкция прибора аналогична первому прототипу [1]. Отличие лишь в типе МК IC2. Сейчас я использовал представителя более дешевого подсемейства G12. Кроме того, все детали распаяны на плате под ЖКИ, освободив тем самым ее обратную сторону для монтажа держателя батареи. Отмеченная выше простота алгоритма обработки данных сенсора дополняется простой программной реализацией его на 16-битном МК, оснащенным аппаратным 16×16-бит перемножителем и аппаратным 32/32-бит делителем. Исходный текст программы прилагается.

Показания температуры и влажности на ЖКИ чередуются с периодом около 4 сек. При индикации температуры в правом верхнем углу дисплея высвечивается символ градуса (в виде точки). В активном режиме МК тактируется на частоте 8 мгц. Пробуждение его из сна производится таймером, тактируемым от встроенного генератора на 12 кгц. Период регенерации ЖКИ около 60 мсек. Для коммуникации с сенсором задействован аппаратный I2C драйвер при частоте SCL в 120 кгц. Чтение данных из датчика, включая посылку адреса, занимает около 450 мксек. Измеренное среднее токопотребление схемы в режиме регенерации ЖКИ в паузе между измерениями 1.5 µА. Среднее-же (вычисленное) потребление при периоде измерений 4 сек – около 7 µА. Таким образом, батареи CR2032 должно хватить более чем на 3 года непрерывной работы. Увеличение периода измерений до минуты снизит среднее токопотребление примерно в 4 раза. Выше показана работа прибора со снятым корпусом при индикации влажности (слева) и температуры (справа).

Литература

  1. Экономичный термо-влагометр на RL78 и HIH-6130
  2. О сенсоре температуры/влажности Si7005
  3. Программатор/отладчик для микроконтроллеров RL78 фирмы Renesas

Файлы:
сенсор
исходники


Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

37 4 1