Rozdíly

Zde můžete vidět rozdíly mezi vybranou verzí a aktuální verzí dané stránky.

--- 2018:thermometer [2019/01/14 18:59]
Ondřej Jeřábek
+++ 2018:thermometer [2019/01/14 20:46] (aktuální)
Ondřej Jeřábek [Firmware a eagle]
@@ Řádek 40: / Řádek 40: @@
 ===== Schéma zapojení =====
-V napájecí části je hned na vstupu zařazen tranzistor pro zamezení přepólování vlivem otočené knoflíkové baterie. Jelikož použitý typ CR2450 má nominální napětí 3V, není třeba dále provádět žádné úpravy a lze jej rovnou použít k napájení celého teploměru.
+V napájecí části je hned na vstupu zařazen tranzistor pro zamezení přepólování vlivem otočené knoflíkové baterie. Jelikož použitý typ CR2450 má nominální napětí 3V, není třeba dále provádět žádné úpravy a lze jej rovnou použít k napájení celého teploměru. Zapojení ostatních periferií k mikrokontroléru je standardní dle doporučení v dokumentaci.
-Zapojení jednotlivých periferií k mikrokontroléru je standardní.
 {{ :2018:thermometer:thermometer_sch.png?400 |}}
@@ Řádek 59: / Řádek 58: @@
 Celý firmware je vyvíjen za použití volně dostupného prostředí Kinetis Design Studio určeného především pro mikrokontroléry NXP řady Kinetis. Pro usnadnění práce bylo použito Kinetis-SDK spolu s knihovnami pro ovládání E-Ink displeje a kreslení na něm.
+Celý firmware se zdrojovými soubory je přiložen na konci této práce. Pro úspěšné buildnutí je třeba stáhnout si příslušné SDK (odkaz je na konci) a navést k němu cestu pomocí systémové proměnné KSDK-PATH v nastavení  proměnného prostředí operačního systému.
+===== Hlavní program =====
+Samotný hlavní program vypadá relativně jednoduše, avšak velkou část výpočetního času zabere výpočet obrazu zobrazovaného E-ink displejem. Na začátku při startu je prováděna inicializace pinů mikrokontroléru spolu s nastavením taktovacího kmitočtu. Následně dochází ke konfiguraci okolních periferií. Ty zatím aktuálně nevyužité, jako je bezdrátový modul, nebo flash paměť se převedou do low-power režimu.
+Taktéž se provádí měření napětí baterie. V případě nedostatečného napětí je mikrokontrolér uspán a rozblikána červená LED. Program v tomto místě končí v nekonečné smyčce, kde čeká na její výměnu. Pokud ovšem napětí baterie dostačuje, pokračuje inicializací měřicího čidla a E-ink displeje.
+Hlavní smyčka není úplně periodická, jak se může na první pohled zdát, ale bývá pozastavena v každém cyklu úsporným režimem, kdy mikrokontrolér přechází do spánku (viz kapitola Řízení spotřeby). Taktéž bývá průběžně prováděno měření napájecího napětí, parametrů okolního prostředí (teplota, tlak, vlhkost) a obnova dat na displeji.
 ===== Řízení spotřeby =====
@@ Řádek 105: / Řádek 110: @@
 </code>
-===== Vykreslování a Ovládání =====
+===== Měření parametrů čidlem BME280 =====
-Vykreslování veškerých obrazovek a obsluha tlačítek je definována ve zdrojovém souboru **ui.c**. Periodicky volaná funkce v hlavní smyčce **//ui_handle()//** obsluhuje reakce na stisknutá tlačítka následovaná vykreslováním daných typů obrazovek. V momentě vytváření obrazu je zvýšen
+Samotné měření obstarává funkce **//bmp_measure_handle()//** volaná v sekundových intervalech (pokud mikrokontrolér zrovna nespí). Měření probíhá každých 5 minut a je vyvoláno přerušením RTC Alarm v daný časový okamžik. V tento moment je nastaven příznak požadavku na měření, kdy dojde k odstartování měření na čidlu. V následující sekundě poté jsou naměřená data vyčtena a zpracována funkcí **//bmp_read_data()//**. Zpracování dat definuje dokumentace k čidlu BME280, kdy je nutné provést korekci hodnot dle kalibračních křivek uložených v čidlu.
-Pro ovládání slouží trojice tlačítek umístěná na levé straně. Při stisku je vždy vyvoláno přerušení, které spící mikrokontrolér probudí a ten na něj může zareagovat. Obsluha tlačítek zajišťuje funkce **//buttons_handle()//**. Ta dle aktuální vykreslené obrazovky provádí činnost definovanou pro dané tlačítko (změnu obrazovky, posun v menu atd.).
+<code cpp>
+uint8_t bmp_read_data(int16_t * temp, uint16_t * humid, uint32_t * press)
+{
+	uint8_t press_raw[3];
+	uint8_t temp_raw[3];
+	uint8_t hum_raw[2];
+	static int32_t temp_c;
+	static uint32_t press_c;
+	static uint32_t hum_c;
+	if (bmp_is_busy())
+		return 0;
+	if (bmp_read_block(BMP_press_msb, press_raw, 3))
+		return 0;
+	if (bmp_read_block(BMP_temp_msb, temp_raw, 3))
+		return 0;
+	if (bmp_read_block(BMP_hum_msb, hum_raw, 2))
+		return 0;
+	temp_c = (int32_t)(((uint32_t)temp_raw[2] >> 4) | ((uint32_t)temp_raw[1] << 4) | ((uint32_t)temp_raw[0] << 12));
+	press_c = ((uint32_t)press_raw[2] >> 4) | ((uint32_t)press_raw[1] << 4) | ((uint32_t)press_raw[0] << 12);
+	hum_c = (uint32_t)hum_raw[1] | ((uint32_t)hum_raw[0] << 8);
+	temp_c = bmp280_compensate_T_int32(temp_c);
+	press_c = bmp280_compensate_P_int64(press_c);
+	hum_c = bme280_compensate_H_int32(hum_c);
+	*temp = (int16_t)temp_c;
+	*press = press_c >> 8;
+	*humid = (hum_c * 100) >> 10;
+	return 1;
+}
+</code>
+===== Vykreslování a ovládání =====
+Vykreslování veškerých obrazovek a obsluha tlačítek je definována ve zdrojovém souboru **ui.c**. Periodicky volaná funkce v hlavní smyčce **//ui_handle()//** obsluhuje reakce na stisknutá tlačítka následovaná vykreslováním daných typů obrazovek. V momentě vytváření obrazu se mění výkonový režim na Fast mode, k vůli vyšší výpočetní náročnosti. Výsledek je rovnou odesílán do E-ink displeje a po jeho kompletním odeslání se spustí překreslení. V rámci probíhající obnovy displeje se mikrokontrolér z důvodu úspory energie uspí. Probuzení zajistí přerušení od pinu busy.
+Funkce pro vykreslování využívají volně dostupnou knihovnu přímo od výrobce displeje Waveshare. Obsahuje několik druhů fontů s různou velikostí a funkce vykreslující geometrické tvary. Nejdůležitější částí, bez které není možno E-ink vůbec řídit je obnovovací sekvence tvořená look-up tabulkou, která musí být do něj nahrána. Její podobu definuje výrobce a zajistí správné obnovení. Pro tento typ displeje existují dva typy tabulek. Jedna provádí částečný update, kdežto druhá aktualizuje celý displej.
+<code cpp>
+const unsigned char lut_full_update[]  =
+{
+x02, 0x02, 0x01, 0x11, 0x12, 0x12, 0x22, 0x22,
+x66, 0x69, 0x69, 0x59, 0x58, 0x99, 0x99, 0x88,
+x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xF8, 0xB4, 0x13, 0x51,
+x35, 0x51, 0x51, 0x19, 0x01, 0x00
+};
+const unsigned char lut_partial_update[] =
+{
+x10, 0x18, 0x18, 0x08, 0x18, 0x18, 0x08, 0x00,
+x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
+x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x13, 0x14, 0x44, 0x12,
+x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
+};
+</code>
+Ovládání a navigace probíhá pomocí tří tlačítek na pravé straně. Při jejich stisku dojde k přerušení a probuzení mikrokontroléru ze spánku. Ten poté provede definovanou činnost dle aktuální obrazovky. K tlačítkům jsou v průběhu ovládání na displeji vypisovány aktuální funkce. Strukturu ovládání a možnosti, které displej nabízí lze vidět na blokovém schématu níže. Detailnější popis s demonstrací funkce lze nalézt v přiloženém videu na konci této práce.
 {{ :2018:thermometer:program_struct.png?600 |}}
@@ Řádek 121: / Řádek 188: @@
 Navrhované zařízení je plně funkční a lze jej využívat jako plnohodnotný domácí teploměr schopný zobrazovat i detailnější informace jako vlhkost či atmosférický tlak. Z naměřených hodnot jsou průběžně vytvářeny grafy, díky kterým si lze prohlédnout změny za posledních 24 hodin. Taktéž si lze vyvolat minimální a maximální naměřené hodnoty za celou dobu provozu teploměru, případně je lze v menu vynulovat.
-Aktuální návrh je také velice úsporný na baterii, kdy v režimu nečinnosti odebírá pouze 7 μA. Měření teploty s překreslením displeje se provádí jednou za 5 minut se skokovým nárůstem spotřeby trvajícím přibližně 0,3 - 1 sekundu. Dle propočtů tedy vychází celková průměrná spotřeba na 50 µA a při použití baterie CR2450 s kapacitou 500 mAh činí výdrž přibližně 1 rok. Bohužel se v průběhu vývoje se vyskytly potíže s nedostatečným napájením na obnovu E-Ink displeje. Chyba byla prozatím vyřešena použitím tužkových baterií a bude opravena v další iteraci revizí hardwarového návrhu.
+Aktuální návrh je také velice úsporný na baterii, kdy v režimu nečinnosti odebírá pouze 7 μA. Měření teploty s překreslením displeje se provádí jednou za 5 minut se skokovým nárůstem spotřeby trvajícím přibližně 0,3 - 1 sekundu. Dle propočtů tedy vychází celková průměrná spotřeba na 50 µA a při použití baterie CR2450 s kapacitou 500 mAh činí výdrž přibližně 1 rok. Bohužel se v průběhu vývoje vyskytly potíže s nedostatečným napájením na obnovu E-Ink displeje. Chyba byla prozatím vyřešena použitím tužkových baterií a bude opravena v další iteraci revizí hardwarového návrhu.
 Návrh lze dále v budoucnu rozšířit o venkovní teplotní čidlo, nebo přímo meteostanici, která bude svá naměřená data bezdrátově odesílat tomuto teploměru a ten se postará o jejich vyhodnocení a zobrazení. Výhodné by bylo také použít jiný bezdrátový modul, například s technologií LoRa umožňující komunikaci se vzdálenějším senzorem či připojení do LoRaWAN IoT sítě.
@@ Řádek 132: / Řádek 199: @@
 {{ youtube>AyAU04ToL1Y?medium |}}
+====== Firmware a schémata ======
+{{ :2018:thermometer:thermometer.zip |}}
 ====== Zdroje ======

Individální projekty MPOA

Uživatelské nástroje

Nástroje pro tento web

Rozdíly

Nástroje pro stránku