ws20-do-wetterstation-521

Dieses Teil unseres Projektes wird von Yangfan Guo gemacht.
Zur Druckmessung haben wir uns für den BMP180, ein integrierter Silikon Drucksensor von Bosch, entschieden. Dieser Sensor ist relativ günstig, vorkalibriert und sehr gut für den Einsatz mit Mikrocontrollern geeignet. Sein Messbereich von 300hpa bis 1100hpa reicht für unsere Anforderungen vollkommen aus, da für den Luftdruck Werte zwischen 900hPa und 1100hPa normal sind. Der Arbeitsbereich des Sensors liegt zwischen -40◦C bis +80◦C.Das Modul wird mit einem integrierten 3,3-V-Regler LM6206 geliefert, sodass Sie es problemlos mit einem 5-V-Logik-Mikrocontroller verwenden können.Die Schaltung ist in Abbildung dargestellt.

Das BMP180-Modul verfügt nur über 4 Pins, die es mit der Außenwelt verbinden. DieVerbindungen sind wie oben gezeigt.
Wie funktionieren solche pins?

• Vcc: ist die Stromversorgung für das Modul, die zwischen 3,3 V und 5 V liegen kann.Hier wird Vcc mit 3.3V anschliessen, weil STM32 maximal 3.6V vertragen dürfen.
• GND: sollte mit dem Boden von STM32 verbunden werden.
• SCL: ist ein serieller Clock-Pin für die I2C-Schnittstelle.
• SDA: ist ein serieller Daten-Pin für die I2C-Schnittstelle.

Dieses Teil unseres Projektes wird von Yangfan Guo gemacht.
Bei der Suche nach einem Sensor zur Messung der Luftqualität sind wir auf den GP2Y1051AU0F von Sensirion gestoßen.Wenn sich Staub in der Luft im Erfassungsbereich des Sensors befindet, werden Infrarot-Leuchtdioden und Fototransistoren diagonal im Inneren platziert, damit er das reflektierte Licht von Staub in der Luft selbst sehr kleine Partikel wie Tabakrauch erfassen kann. Der Messbereich des Sensors liegt für die Staubkonzentration zwischen 30ug/m3 und 1500ug/m3 , für die Temperatur zwischen -10◦C und 65◦C.
Abb. 3 zeigt die typische Beschaltung des Sensors.Die Versorgungsspannung sollte zwi- schen 4.8 und 5,2 Volt betragen. Der Sensor ist über 1 Leitung mit dem Mikrocontroller verbunden. Eine wird über die Leitung werden bidirektional Daten ausgetauscht (DA- TA). Für die TristateDatenleitung wird ein Pull-Up-Widerstand benötigt.

Wie funktionieren solche pins?

• Vcc: ist die Stromversorgung für das Modul, die zwischen 4.8 V und 5.2 V liegen kann.
• GND: sollte mit dem Boden von STM32 verbunden werden.
• TXD: ist ein serieller Clock-Pin für die UART-Schnittstelle.

Im Labor wurde die Schaltung auf Steckbrett aufgebaut.Mit Hilfe eines Oszilloskops lassen sich die Zeitlichen Verläufe von Spannung dargestellen. Aber das Ergebnis sieht nicht ganz gut.Deswegen wurde die Spannung vor, zwischen und nach dem Buffer getestet. Die Spannung vor dem Widerstand R1 beträgt nur 3,5V.Das heisst, dass die verhältnis zwischen R1 und R2 ändern muss.In der Praxis wurde R1 und R2 jeweils 200Ω,3,3kΩ ausgewählt. Am Ende wurde die Schaltung auf LT-spice simuliert.

Dieses Teil wird von Chenyi Lin gemacht. Um die Daten zu zeigen, wird LCD1602 in unserem Projekt benutzt. Dieser Bildschirm kann 2 Reihe Zeichen zeigen und jeder Reihe erhaltet 16 Zeichen. Weil in unsere Pro- jekt 4 Daten angezeigt werden, ist diese LCD1602 geeignet. Die Leistung der LCD1602 ist 0,63W. Der Betriebsspannung von diesem Modul ist 5V. Das untere Bild zeigt, wie LCD1602 mit Mikrocontroller verbinden kann. Es sollte insgesamt 10 Pins mit Mikro- controller verbunden werden. Damit LCD Zeichen zeigen kann, soll die Code eingefügt werden, dazu wird Betriebssystem für LCD benutzt. Um LCD zu zeigen, wird die Funktionen von Betriebssystem aufgerufen.

Wie funktionieren solche pins?

• GND: Verbindung zu GND
• VCC: Verbindung zur +5V Stromversorgung
• CONTR: Anpassen des Kontrasts der Anzeige, mit 10kΩ Widerstand verbinden • RS: Kontrolliert, an welcher Stelle des Speichers Daten geschrieben werden sollen. • R/W: Umschaltung zwischen Lese- und Schreibmodus
• E: Pin, der bei einem LOW-Signal vordefinierte Instruktionen ausführt
• D11-D14: Übertragung der Daten (Lesen Schreiben)
• Pin15 und 16: Anpassen der LED-Hintergrundbeleuchtung

Dieses Teil unseres Projektes wird von Mahdi Derakhshan gemacht. Der Hintergrund, warum wir einen Mikrocontroller überhaupt in unserem Projekt benötigen, sind die ver- schiedenen Sensoren, die zur Messung bzw. für die Wetterstation gebraucht sind.
Denn die von Sensoren aufgenommene Daten müssen überarbeitet und gegebenfalls aus- gegeben werden. Ohne Mikrocontroller können wir diese Daten nicht ablesen und ausgeben. Es gibt verschiedene Arten von Mikrocontroller. Was wir aber bei unserem Projekt nutzen, ist der Mikrocontroller STM32. Die Sensoren werden durch Inter-Integrated Cir- cuit (i2C), welches ein serieller Datenbus ist, mit dem Mikrocontroller verbunden.
Der Mikrocontroller selbst kann mithilfe von Computer programmiert werden, um von gewünschtem Bauteil auf welche Adresse zuzugreifen und welche Daten abzulesen bzw. zu speichern. Die Programmierung des Mikroctrolls wird bei uns durch das Programm ’STM32CubeIDE’ erfolgt, das frei über das Internet zur Nutzung Verfügbar ist.

Um uns mit dem Vorgehensweise des Mikrocontrollers vertraut zu machen, wird zuerst mithilfe eines Nucleo-Boards die Programmierung und richtiges Ablesen, Adressierung und Speicherung von Daten durch i2C geübt. Das Nucleo-Board, was bei uns genutzt wird, ist Nuckeo-64 mit STM32L476 Mikrocontroller. 64 steht für die Anzahl von Pins, die uns das Nucleo-Board zur Verbindung mit anderen Bauteilen oder Spannungsver- sorgen zur Verfügung stellt. Das Nucleo-Board kann sowohl mit Arduino Uno als auch ST morpho verbunden werden. Wir werden die Pins von ST morpho verwerden. Da dies dem eigentlichen STM32 Mikrocontroller und der Schaltung ähnelt.Im rechtem Bild sieht man das Nucleo-Board STM32L476.

Da Temperatur als ein analoges Signal geliefert werden sollte, wurde für den Bauteil TP100 entschieden. Das ist ein Widerstand, dessen Wert proportional zu Temperatur ist.

Es ist offensichtlich, dass der Widestrand mit der zunehmenden Temperatur ansteigt.

PT100 ist der Widerstandstemperaturdetektor, welcher einen Widerstand von 100 Ohm bei 0 °C hat, ist in der Prozessindustrie ein weit verbreiteter Sensor.
Die Grunde dafür sind:

• Das Messen der Ausgabe ist äußerlich einfach • Weite Messbereiche (von -50°C bis 300°C)
• Exakte Ergebnisse
• Billig
• Langzeitstabil

Um Temperatur analog darstellen zu können, ist nur dieser Sensor nicht ausreichend. Man braucht unter anderem, sämtliche Widerstände, Operationsverstärker LEDs und Punkt- / Balkenanzeigetreiber, der das von dem PT100 erzeugte Signal auf LED-Sprache übersetzen kann. Der LM3914 ist in einer Reihe von monolithischen, analog gesteuerten LED-Treibern. Es ist nur ein einziges analoges Signal erforderlich, um mit diesen Chip eine Reihe von mehr als 10 LEDs anzusteuern, die entweder im Balkenmodus (bei dem alle LEDs unter einem bestimmten Punkt leuchten) oder im Punktmodus (mit nur einer einzigen LED) konfiguriert werden können auf einmal). In diesem Fall haben wir uns für das Balkenmodus entschieden.