WeMos D1 Mini Датчик температуры и влажности SHT30 цифровой

Цифровой сенсор температуры и влажности SHT30 Shield для WeMos D1 Mini

Одновременно с выходом в недалёком 2014 году чипа беспроводной связи ESP8266EX по стандарту WiFi, набравшего по-настоящему оглушительную популярность в кругу любителей собирать самодельные устройства, компания WEMOS Electronics представила общественности большую линейку собственных модульных электронных плат под торговой маркой WeMos, задав новый вектор развития ардуино-совместимых платформ. Взяв за основу микроконтроллер от компании Espressif Systems, разработчики значительно потрудились не только над уменьшением размеров базовых модулей, сделав их максимально компактными, но и над выпуском целого спектра расширений, предложив пользователям богатый функционал, способный помочь в реализации задач различного уровня сложности при проектировании и конструировании разнообразных полезных изобретений.

Современные электронные продукты WeMos входят в категорию эффективных низкоценовых решений и позиционируются создателями как открытая платформа для самостоятельной разработки многоцелевых устройств на основе беспроводной связи по технологии WiFi. При этом основной упор сделан на создание и развитие изделий с поддержкой сетей нового поколения "Интернет вещей" (англ. - Internet of Things, IoT), чему активно способствуют существующие возможности облачных вычислений и межмашинных взаимодействий.

Чтобы потребитель не смог запутаться в физической совместимости плат, каждая серия обладает своими отличительными особенностями. Например, серия WeMos D1 Mini, к которому принадлежит SHT30 Shield Модуль с цифровым датчиком влажности и температуры, имеет синий цвет поверхности текстолита и небольшой скруглённый угловой вырез рядом с маркировкой 3V3. Вырез служит ориентиром, гарантирующим правильное совмещение нескольких плат между собой.

Технические характеристики

• Модель: WeMos D1 mini SHT30 v1.0.0
• Питание: 3.3 В
• Потребляемый ток: до 10 мА
• Совместимость: WeMos D1 mini / WeMos D1 mini PRO
• Активные выводы: D1 (SCL), D2 (SDA), 3V3, GND
• Тип датчика: цифровой
• Диапазон измерения температуры: -40°С...+125°С
• Температурная погрешность: ±0.3°C в диапазоне -10°C...+55°C
• Диапазон измерения относительной влажности: 0%...100% RH с шагом 0.05%
• Погрешность влажности: ±3%
• Гистерезис: ±0.8% RH при +25°C
• Интерфейс: I2C (адрес 0х45h / 0x44h)
• Скорость передачи последовательных данных: до 1 МГц
• Быстрые запуск и время измерения
• Цифровой выход с полной калибровкой, линеаризацией и температурной компенсацией
• Размер: 28.0 х 25.6 x 2.5 мм

Одним из наиболее популярных проектов среди любителей конструирования эффективных устройств на микроконтроллерных платформах всегда был и остаётся электронный термометр-гигрометр. С подобных несложных схем, как правило, начинается погружение в мир программирования и взаимодействия с микропроцессорной электроникой. В большинстве случаев, приложения с базовым измерением температуры/влажности и отображением показателей на экране, в последствии начинают "обрастать" дополнительным полезными механизмами, зачастую связанными с полной автоматизацией выполнения различных действий, основанных на полученных из окружающей среды показателях. Например, это могут быть простые вытяжки для проветривания ванной комнаты, устройства климатического контроля для сушильных камер, террариумов или инкубаторов, а также полноценные метеостанции, управляющие экосистемой в умном доме.

Функционал модуля WeMos SHT30 Shield

Высокотехнологичный интеллектуальный датчик SHT30 производится по запатентованной микросенсорной технологии СMOSens SENSIRION, сочетающей в себе миниатюризацию компонентов, интеграцию усилителя сигналов и аналого-цифрового преобразователя, добавление методов линеаризации и температурной компенсации с элементами самоконтроля и калибровки. Блок-схема WeMos SHT30:

Датчик демонстрирует наилучшие характеристики при работе в рекомендованном диапазоне нормальной температуры 5–60°C и относительной влажности 20–80%. Необходимо учитывать, что нахождение датчика под продолжительным воздействии условий за пределами нормального диапазона, особенно при высокой влажности, может временно привести к искажению чувствительности в измерениях относительной влажности (более 60 часов эксплуатации при влажности свыше 80% — погрешность +3%RH). Как следствие, длительное воздействие экстремальных условий может ускорить старение датчика SHT30.

Связь между температурным датчиком WeMos SHT30 и внешним микроконтроллером реализована по последовательной ассиметричной шине I2C/IIC. Линия передачи данных размещена на контакте D2 (SDA), линия тактирования сигнала - на контакте D1 (SCL). Расположенная на лицевой стороне платы перемычка SJ1 (ADDR) позволяет подключать в одну шину одновременно до двух датчиков с уникальным программным адресом. По умолчанию, перемычка находится в незамкнутом состоянии и модуль имеет I2C-адрес 0х45. В замкнутом положении адрес изменяется на 0x44.

Датчиком предусмотрена крайне полезная функция, называемая "Тревожный сигнал". Режим оповещения помогает вести наблюдение за состоянием окружающей влажности и температуры относительно запрограммированных пользователем пределов во время периодического сбора данных. Выход показателей за пределы заданных значений верхней и нижней границ приводит к изменению уровня выделенного контакта ALERT (высокий или низкий) с сохранением в регистре состояния бита причины.

Каждая граница разделена на два показателя, определяющих моменты включения и отключения режима оповещения. Например, если для верхней границы заданы значения 60°C и 58°C, датчик начнёт сигнализировать о наступившем событии при температуре 60°C и более, и отключится при снижении до 58°C. Нижняя граница настраивается по аналогии.

Во время включения или во время сброса, предустановленные ограничения загружаются в регистр. При необходимости, значения могут быть изменены программно. Стандартные значения пределов оповещения:

Для обработки события тревожного сигнала, вывод ALERT может быть подключен к соответствующему контакту прерывания микроконтроллера, или, например, к транзистору для включения информационного светодиода или запуска схемы климат-контроля. Более подробная инструкция, раскрывающая всю специфику работы режима, находится в разделе "Техническая информация".

Выполняя достаточно частые измерения, цифровой датчик SHT30 неизбежно нагревается, приводя к незначительным отклонениям в показателях температуры или влажности. Избежать подобной ситуации поможет правильно подобранный временной интервал между каждым новым измерением.

Для совместимости со средой разработки Ардуино ИДЕ, командой WeMos выпущена библиотека WeMos SHT3x Arduino Library, доступная для загрузки в разделе "Полезные ссылки". Следующий скетч наглядно показывает простой метод программирования модуля WeMos SHT30 Shield, выводя значения температуры в градусах Цельсия и Фаренгейта, а также показатель относительной влажности в последовательный порт.

#include 

SHT3X sht30(0x45); // I2C-адрес по умолчанию

void setup() {
  Serial.begin(115200); // Инициализируем последовательный порт
}

void loop() {
  if(sht30.get()==0){ // При положительном отклике от датчика
    Serial.print("Temperature in Celsius : ");
    Serial.println(sht30.cTemp); // выводим значение температуры в Цельсиях
    Serial.print("Temperature in Fahrenheit : ");
    Serial.println(sht30.fTemp); // выводим значение температуры в Фарегнейтах
    Serial.print("Relative Humidity : ");
    Serial.println(sht30.humidity); // выводим показатель относительной влажности
    Serial.println();
  }
  else
  {
    Serial.println("Error!"); // Ошибка, если датчик не ответил
  }
  delay(1000); // Задержка между измерениями в 1 секунду

} 

Результат выполнения

Принципиальная схема

Техническая информация

• Документация SHT3x (англ., PDF)
• Режим оповещения температурного датчика SHT3x (англ., PDF)

Полезные ссылки

• Библиотека WEMOS SHT3x Arduino Library