SD-Logger IV. - Adatgyűjtés
Most, hogy már van egy működő kártyánk, egy időmérő eszközünk - végre az eredeti feladatra is koncentrálhatunk. De mit is mérjünk?
Az újra beköszöntött télre való tekintettel a hőmérsékletet és a megvilágítást vesszük a célkeresztbe. Ha nyáron írnám a cikket, akkor még a páratartalom is bekerülne a gyűjtött adatok közé...
De mire jó, ha van egy ilyen eszközünk? Hányszor lenne jó tudni télen, hogy mikor, melyik a hideg sarok, vagy a nap mennyire melegít? Ha nyitogatom a hűtőt, az mikorra hűl vissza? A kerti medencében a víz mennyire hűl le nyáron? Vannak kérdések, amelyek megválaszolásához a méréseket inkább egy automata végezze....
Mi is kell az adatgyűjtőhöz?
Egy Arduino lapka, ami legalább az ATMega328 chipet tartalmazza. De lehet akár a Mega család valamelyik tagja is. És kell egy SD kártyás adatgyűjtő lap szerelt vagy KIT állapotában. És persze SD kártya, tesztelve az Arduino rendszerben.
- A fényméréshez fotoellenállás vagy fototranzisztor és hozzá tartozó felhúzó ellenállás,
- Valamilyen analog kimenetű hőmérő,
- Akkupack vagy faliadapter a független működéshez.
- Forrasztóón, vezeték, kézügyesség...
A szenzorok
A mintaként elkészülő adatgyűjtőben két adatot gyűjtünk:
- a fotoszenzor a megvilágítást méri (például, hogy a hűtőszekrény ajtaja nyitva van-e, vagy a nap felkelt-e már)
- a hőmérő segítségével a tényleges hőfok kerül monitorozásra.
A megvilágításmérő szenzort az Analog 0 kivezetésre kötjük, míg a munka vagy felhúzó-ellenállást az pozitív ág felé.
A hőmérséklet mérése analóg hőmérővel történik. Egyéb kivitelt majd valamelyik későbbi cikkben járok körbe... Az analóg hőmérés és megvilágítás során a pozitív ág az nem a szokásos +5V lesz. Ennek oka, hogy a chip összes digitális és analóg egysége az 5V tápfeszültséget "zajongja" össze. Ez pedig megjelenne a mért jelben. Ami rendelkezésre áll, az a rendszer 3.3V-os belső tápforrása, illetve az Aref kivezetés. Ez utóbbi elvetésre kerül, hiszen az Aref néhány mA-nél jobban nem terhelhető! A 3.3V ideális, hiszen a zaj az 5V-ból nem kerül rá. A mérések során az analóg jeleket a referenciával hasonlítjuk össze. Itt 5V nem lehet - mivel precíz mérésre van szükség és jelenleg is elég zajos. A belső 1.1V vagy 2.56V bizonytalan, kb. 5% pontosságú. Sőt, még a hőfokfüggése is jelentős. A fennmaradó megoldás a külső feszültség-referencia használata. Miért ne használjuk a 3.3V-ot, hamár rendelkezésre áll?
A mérőrendszer bekötése egyszerű. Ezt mutatja a Fritzingben készült ábra is (a referencia nincs még bekötve).
De a megvalósításhoz nem szükséges csupalyuk panel, vagy dugdosós breadboard - hiszen az SD-logger shield tartalmaz fejlesztőpanel részletet! A panel furatgalván kialakítású, így egyszerűen megoldhatóak a forrasztások és a bekötések is.
Ha a 3.3V-os analog rendszer helyett az 5V-osat használod, a méréshez nagyobb lépésköz áll rendelkezésre. Ha a zajt akarod kiküszöbölni, akkor vegyél több mintát és átlagold. A jel nem változik 1 msecről a másikra jelentősen.
Tipp! A referenciafeszültség lehet 3.3V, de tilos összekötni közvetlenül az Aref kivezetéssel! Az AVR chipnél a bekapcsolás után referencialábon 5V/10mA jelenik meg! Így 1 kohm ellenálláson át köthető csak össze a Vref és a 3.3V!
Arduino szenzorteszt
Végre eljutottuk az első adatgyűjtős mintaprogramig. Ebben nem teszünk mást, mint a mérési részegységet leteszteljük:
/*
Sensor test sketch
(c) TavIR http://www.tavir.hu
This sketch tests light sensor and two
analog thermosensor.
Tested: Arduino 1.0.3
Source: ladyada.net / logshield
Modified 17 March 2013
by TavIR / Robert Cseh
*/
#define aref_voltage 3.27
// we tie 3.3V to ARef and measure it with a multimeter!
int photocellPin = 1;
// the phototansistor and 47K pullup are connected to A1
int photocellReading = 0;
// the analog reading from the analog resistor divider
//2x LMx35 Pin Variables
int tempPin = 2;
int tempPinExt = 3;
//the analog pin the LMx35''s Vout (sense) pin is connected to
//the resolution is 10 mV / degree centigrade
// output will be in Kelvin
int tempReading;
// the analog reading from the sensor
float temp_in_celsius = 0, temp_in_kelvin=0, temp_in_fahrenheit=0;
float voltage = 0;
void setup(void) {
// We''ll send debugging information via the Serial monitor
Serial.begin(9600);
// If you want to set the aref to something other than 5v (Vcc)
analogReference(EXTERNAL);
}
void loop(void) {
photocellReading = analogRead(photocellPin);
Serial.print("Fenyszenzor = ");
Serial.print(photocellReading);
// the raw analog reading
// We''ll have a few threshholds, qualitatively determined
if (photocellReading < 10) {
Serial.println(" - Fenyes");
} else if (photocellReading < 200) {
Serial.println(" - Nappali feny");
} else if (photocellReading < 500) {
Serial.println(" - Felhomaly");
} else if (photocellReading < 800) {
Serial.println(" - Holdfeny");
} else {
Serial.println(" - Fekete lyuk");
}
Serial.println();
tempReading = analogRead(tempPin);
Serial.print("Belso hofok = ");
Serial.print(tempReading); // the raw analog reading
// converting that reading to voltage,
// which is based off the reference voltage
voltage = tempReading * aref_voltage / 1024;
// print out the voltage
Serial.print(" - ");
Serial.print(voltage); Serial.println(" V");
//Reads the input and converts it to Kelvin degrees
temp_in_kelvin = tempReading * (aref_voltage/1024) * 100;
//Converts Kelvin to Celsius minus 2.5 degrees error
temp_in_celsius = temp_in_kelvin - 2.5 - 273.15;
temp_in_fahrenheit = ((temp_in_kelvin - 2.5) * 9 / 5) - 459.67;
//Print the temperature in Celsius to the serial port
Serial.print("Celsius: ");
Serial.println(temp_in_celsius);
//Print the temperature in Fahrenheit to the serial port
Serial.print("Fahrenheit: ");
Serial.println(temp_in_fahrenheit);
Serial.println();
tempReading = analogRead(tempPinExt);
Serial.print("Kulso hofok = ");
Serial.print(tempReading);
voltage = tempReading * aref_voltage / 1024;
Serial.print(" - ");
Serial.print(voltage); Serial.println(" V");
temp_in_kelvin = tempReading * (aref_voltage/1024) * 100;
temp_in_celsius = temp_in_kelvin - 2.5 - 273.15;
temp_in_fahrenheit = ((temp_in_kelvin - 2.5) * 9 / 5) - 459.67;
Serial.print("Celsius: ");
Serial.println(temp_in_celsius);
Serial.print("Fahrenheit: ");
Serial.println(temp_in_fahrenheit);
Serial.println("--------------------------------------------");
delay(1000);
}
A mintakód feltöltése és eredménye a soros terminálban:
A minta során kissé befűtésre került a panel környékén. Így a megvilágítás teljes volt, a hőmérséklet is a szokásosnál magasabb. És mindezt európai Celsius-ban és amerikai Fahrenheit-ben is visszakapjuk. Az eredményekből látjuk, hogy nem kötöttünk el semmit - az adatokat beolvashattuk.
Fontos! Ugráló adatok, egyik irányba kiakadt ADC - mind forrasztási/bekötési hibát jelent.
Bascom-AVR szenzorteszt
A program az Arduinohoz kísértetiesen hasonlít, és ugyanazt is végzi el.
''*********************************************
''* Title: Measure analog *
''* About: Tesing analog temp and light *
''* Filename: measure.bas *
''* Compiler: Bascom-AVR 2.0.7.5 *
''* *
''* Author: Robert Cseh *
''* Date : 2013-03-23 *
''* E-mail: avr /kukac/ tavir /pont/ hu *
''* Homepage: http://www.tavir.hu *
''*********************************************
$crystal = 16000000
$baud = 9600
$regfile = "m328pdef.dat"
Const Aref_voltage = 3.27
''we tie 3.3V to ARef and measure it with a multimeter!
Const Photocellpin = 1
''the phototansistor and 47K pullup are connected to A1
Dim Photocellreading As Word
''the analog reading from the analog resistor divider
''2x LMx35 Pin Variables
Const Temppin = 2
Const Temppinext = 3
''the analog pin the LMx35''s Vout (sense) pin is connected to
''the resolution is 10 mV / degree centigrade
''output will be in Kelvin
Dim Tempreading As Word
''the analog reading from the sensor
Dim Temp_in_celsius As Single
Dim Temp_in_kelvin As Single
Dim Temp_in_fahrenheit As Single
Dim Voltage As Single
''Init
''We''ll send debugging information via the Serial monitor
$baud = 9600
''If you want to set the aref to something other than 5v (Vcc)
Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Aref
Do
Photocellreading = Getadc(photocellpin)
Print "Fenyszenzor = " ; Photocellreading;
''the raw analog reading
''We''ll have a few threshholds, qualitatively determined
If Photocellreading < 10 Then
Print " - Fenyes"
Else
If Photocellreading < 200 Then
Print " - Nappali feny"
Else
If Photocellreading < 500 Then
Print " - Felhomaly"
Else
If Photocellreading < 800 Then
Print " - Holdfeny"
Else
Print " - Fekete lyuk"
End If
End If
End If
End If
Print ""
Tempreading = Getadc(temppin)
Print "Belso hofok = " ; Tempreading;
''the raw analog reading
'' converting that reading to voltage,
'' which is based off the reference voltage
'' voltage = tempReading * aref_voltage / 1024;
Voltage = Tempreading * Aref_voltage
Voltage = Voltage / 1024
'' print out the voltage
Print " - " ; Voltage ; " V"
''Reads the input and converts it to Kelvin degrees
''Temp_in_kelvin = Tempreading *(aref_voltage / 1024) * 100
Temp_in_kelvin = Aref_voltage / 1024
Temp_in_kelvin = Temp_in_kelvin * 100
Temp_in_kelvin = Temp_in_kelvin * Tempreading
''Converts Kelvin to Celsius minus 2.5 degrees error
Temp_in_celsius = Temp_in_kelvin - 2.5
Temp_in_celsius = Temp_in_celsius - 273.15
Temp_in_fahrenheit = Temp_in_kelvin - 2.5
Temp_in_fahrenheit = Temp_in_fahrenheit * 9
Temp_in_fahrenheit = Temp_in_fahrenheit / 5
Temp_in_fahrenheit = Temp_in_fahrenheit - 459.67
''Print the temperature in Celsius to the serial port
Print "Celsius: " ; Fusing(temp_in_celsius , "#.##")
Print "Fahrenheit: " ; Fusing(temp_in_fahrenheit , "#.##")
Print
Tempreading = Getadc(temppinext)
Print "Kulso hofok = " ; Tempreading;
''the raw analog reading
'' converting that reading to voltage,
'' which is based off the reference voltage
'' voltage = tempReading * aref_voltage / 1024;
Voltage = Tempreading * Aref_voltage
Voltage = Voltage / 1024
'' print out the voltage
Print " - " ; Voltage ; " V"
''Reads the input and converts it to Kelvin degrees
''Temp_in_kelvin = Tempreading *(aref_voltage / 1024) * 100
Temp_in_kelvin = Aref_voltage / 1024
Temp_in_kelvin = Temp_in_kelvin * 100
Temp_in_kelvin = Temp_in_kelvin * Tempreading
''Converts Kelvin to Celsius minus 2.5 degrees error
Temp_in_celsius = Temp_in_kelvin - 2.5
Temp_in_celsius = Temp_in_celsius - 273.15
Temp_in_fahrenheit = Temp_in_kelvin - 2.5
Temp_in_fahrenheit = Temp_in_fahrenheit * 9
Temp_in_fahrenheit = Temp_in_fahrenheit / 5
Temp_in_fahrenheit = Temp_in_fahrenheit - 459.67
''Print the temperature in Celsius to the serial port
Print "Celsius: " ; Fusing(temp_in_celsius , "#.##")
Print "Fahrenheit: " ; Fusing(temp_in_fahrenheit , "#.##")
Print "--------------------------------------------"
Waitms 1000
LoopÉs a program futtatásának eredménye:
Adatgyűjtés
Az adatgyűjtő program adatgyűjtő része szép hosszú lett. Ezt lefordítva és feltöltve az adatgyűjtőre, már majdnem készen is vagyunk. Persze - az SD kártya ne maradjon ki!
A tesztelésnél még a PC kapcsolat maradjon meg - így látjuk mi történik:
A mérés során, a teszt alatt a megvilágításmérőt egyszerűen takarjuk el. Így látjuk, hogy mennyi fényt kap. A hőmérőszenzort egyszerűen csak tapogassuk meg. Így a hőmérséklete 32-35 fokra nő.
Bascom-AVR alatt is hasonló eredményt kell hogy kapjunk.
Kiértékelés
Ha a tesztméréssel végeztünk,vegyük ki az SD kártyát az áramtalanítás után. A PC-ről nézzük meg az eredmény-file-t. Itt több állományt is találhatunk:
Az egyiket nyissuk meg és nézzünk bele. Szép, szöveges állomány, amiből kézzel is rajzolhatunk diagrammot. De a PC korában ez olyan elavult módszer lehet... A leggyorsabb megoldás, valamelyik táblázatkezelő használata.
A Microsoft Office csomag Excel alkalmazása vagy az OpenOffice Spreadsheet/Calc szoftvere a legismertebb.
Kiértékelés
Hogy legyen mit kiértékelni, most megyek és a hűtőben adatgyűjtök..... :)
És az eredmény:
Az ábrából látszik, hogy a hűtőgép már lassan haldoklik. kb. 3 óra alatt melegszik fel és majd'' egy óra alatt hül csak vissza! Bár még lesz kontrollhűtő is, így legalább látom az ingadozást.
A belső hofok ki-/bekapcsolási különbsége majd'' 5-6 fok! Ez egy háztartási hűtőnél nem a legjobb ómen. Az újabbak esetén ez manapság 2-4 fok, a régebbieknál még nem volt pontosabb igény. Így a 14 éves hűtőnél ez elfogadható. Tipp: a hűtőre tegyél 2-4 cm hungarocelt kívülről. Meglepő lesz a fogyasztáscsökkenés!
A sárga vonalak az ajtónyitásokat jelentik. Itt volt amikor "fényt kapott" látszik, hogy a hőmérsékletemelkedés igen gyors. És ezt a hűtő nagyon lassan hűti vissza. A minta vételezés másodperces alapú volt, és ~50 ezer pont került kiértékelésre...
A két hőmérő együttfutása is érdekes. Az Ext jelű hőmérő kicsit közelebb volt a hűtő hátlaphoz, míg a másik az áramköri lapon volt. Ez utóbbit az áramkör 7805 jelű hőfokszabályzója is melegítette (a betáp 9V-os trafó volt!). Végülis meg is hamisította a hőmérsékletnövekedése a mérést. de legalább nem véletlenszerű hiba volt....
Kapcsolódó leírások:
Kapcsolódó áramkörök:
Források:
TavIR-Facebook