V dnešním článku si rozebereme některá čidla použitelná pro výrobu, nebo opravu meteostanice.
Teplota, vlhkost a tlak
Základními veličinami měřenými v meteostanici jsou teplota, vlhkost a barometrický tlak. K jejich měření existuje celá řada čidel, které jednotlivé veličiny měří buď samostatně, nebo čidla kombinovaná, měřící několik těchto veličin najednou.
DHT11, DHT22 a DHT21
DHT11 a DHT22 jsou čidla měřící teplotu a vlhkost okolního vzduchu. Jedná se o čidla s menší přesností, měřícím rozsahem a většími rozměry. Jsou tak vhodná spíše do jednodušších konstrukcí, kde tyto jejich vlastnosti nejsou na závadu. Výhodou těchto čidel je použití jednodrátové sběrnice – 1-wire. Čidla lze tedy využít všude tam, kde se nedostává volných pinů mikrokontroleru.
Specifikace:
| DHT11 | DHT22 | DHT21 | |
| Napájecí napětí: | 3,5-5,5V | 3,3-5,5V | 3,3-5,2V |
| Rozlišení měření: | 16bit | 16bit | 16bit |
| Čas dalšího měření: | >2s | >2s | >2s |
| Rozsah měření vlhkosti: | 20-95% RH | 0-100% RH | 0-99,9% RH |
| Přesnost měření vlhkosti: | 5.0% RH | 2.0% RH | ±3%RH |
| Rozsah měření teploty: | 0-+60°C | -40-+80°C | -40-+80°C |
| Přesnost měření teploty: | 2°C | 0,5°C | ±0.5°C |
| Zapojení vývodů (pohled zepředu): | VDD, DATA, NC, GND | VDD, DATA, NC, GND | VDD, DATA, GND |
| Rozměry: | 23x12x5mm | 25x15x8mm | 58,8×26,7×13,8mm |
HTU21D
Další z čidel měřících teplotu a vlhkost je HTU21D. Jedná se o miniaturní čidlo komunikující s mikrokontrolerem pomocí standartní sběrnice I2C. Toto čidlo vyniká velmi malými rozměry, vyšší přesností měření a menším intervalem mezi měřeními – cca 14ms při rozlišení 12bit.
Specifikace:
| HTU21D | |
| Napájecí napětí: | 3,3-5V |
| Rozlišení měření: | 8-12bit(nastavitelné) |
| Čas dalšího měření: | 2-14ms podle rozlišení |
| Rozsah měření vlhkosti: | 0-100% RH |
| Přesnost měření vlhkosti: | ±2% RH |
| Rozsah měření teploty: | -30-+125°C |
| Přesnost měření teploty: | ±0,3°C |
| Rozměry: | 3x3x0,9mm |
Si7021
Další ze skupiny čidel měřících teplotu a vlhkost. Jedná se opět o miniaturní čidlo komunikující pomocí sběrnice I2C. Má podobné vlastnosti jako čidlo předchozí, jen má maximální napájecí napětí do 3,6V a nehodí se tedy pro přímé připojení k mikrokontrolerům napájených 5V. Při nutnosti použití s těmito mikrokontrolery je nutné mu zajistit napájecí napětí 3,3V a na datové piny použít převodník logických úrovní.
Specifikace:
| Si7021 | |
| Napájecí napětí: | 1,9-3,6V |
| Rozlišení měření: | 8-12bit(vlhkost) a 11-14bit(teplota) |
| Čas dalšího měření: | cca 10ms |
| Rozsah měření vlhkosti: | 0-100% RH |
| Přesnost měření vlhkosti: | ±3% RH (0-80% RH) |
| Rozsah měření teploty: | -40-+85°C |
| Přesnost měření teploty: | ± 0,4°C (-10-+85°C) |
| Rozměry: | 3x3x0,8mm |
SHT10
Další z miniaturních čidel měřících teplotu a vlhkost. Opět disponuje podobnými parametry jako předchozí čidlo. Komunikační sběrnice je též dvoudrátová – DATA a SCL, ale nejedná se o standart I2C. Lze tedy na jednu sběrnici připojit jen jedno čidlo. Při použití více těchto čidel je nutné použít pro každé čidlo samostatné DATA piny na mikrokontroleru. Pin SCL může být pro všechna čidla stejný.
Výrobce již nedoporučuje používat tato čidla do nových konstrukcí, protože v brzké době plánuje ukončení výroby tohoto typu.
Specifikace:
| SHT10 | |
| Napájecí napětí: | 2,4-5,5V |
| Rozlišení měření: | 12bit(vlhkost) a 14bit(teplota) |
| Čas dalšího měření: | cca 10ms |
| Rozsah měření vlhkosti: | 0-100% RH |
| Přesnost měření vlhkosti: | 4,5% RH |
| Rozsah měření teploty: | -40-+100°C |
| Přesnost měření teploty: | 0,5°C |
| Rozměry: | 7,47×4,93×2,6mm |
SHT3x
Jako poslední zástupce čidel měřících teplotu a vlhkost z naší nabídky jsou čidla řady SHT3x. Konkrétně SHT30, SHT31 a SHT35. Rozdíly mezi jednotlivými verzemi jsou v přesnosti měření. Největší rozdíl přesnosti je při měření vlhkosti. Samotný čip čidla je opět miniaturní a komunikuje s mikrokontrolerem po standartní sběrnici I2C.
Specifikace:
| SHT30 | SHT31 | SHT35 | |
| Napájecí napětí: | 2,4-5,5V | 2,4-5,5V | 2,4-5,5V |
| Rozlišení měření: | 16bit | 16bit | 16bit |
| Čas dalšího měření: | 2,5-12,5ms | 2,5-12,5ms | 2,5-12,5ms |
| Rozsah měření vlhkosti: | 0-100% RH | 0-100% RH | 0-100% RH |
| Přesnost měření vlhkosti: | ±3% RH | ±2% RH | ±1,5% RH |
| Rozsah měření teploty: | -40-+125°C | -40-+125°C | -40-+125°C |
| Přesnost měření teploty: | ±0,3°C | ±0,3°C | ±0,2°C |
| Rozměry: | 2,5×2,5×0,9mm | 2,5×2,5×0,9mm | 2,5×2,5×0,9mm |
BMP280
Další skupinou čidel použitelných v meteostanici jsou čidla měřící barometrický tlak a teplotu. Jedním z takových čidel je BMP280. Jedná se o miniaturní čidlo disponující komunikačním rozhraním I2C, nebo SPI.
Toto čidlo disponuje větší přesností a vyšší vzorkovací frekvencí, čímž je možné zkrátit intervaly měření na cca 5,5ms. Má velmi malé rozměry a velmi malou spotřebu proudu.
Specifikace:
| BMP280 | |
| Napájecí napětí: | 1,71-3,6V |
| Rozlišení měření: | 16-20bit (nastavitelné) |
| Čas dalšího měření: | cca 5,5ms |
| Rozsah měření tlaku: | 300 až 1100hPa (výška 9000m – 500m) |
| Přesnost měření tlaku: | až ±1,0hPa |
| Rozsah měření teploty: | -40-85°C |
| Přesnost měření teploty: | až ±0,5°C |
| Rozměry | 2×2,5×0,95mm |
BMP388
Dalším zástupcem čidel měřících tlak a teplotu z naší nabídky je BMP388. Opět se jedná o miniaturní čidlo s rozhraním I2C, nebo SPI.
Vyniká vysokým rozlišením měření – 24bit a velmi nízkým odběrem proudu – 3,4μA při 1Hz. Má taktéž i vysokou přesnost měření.
Specifikace:
| BMP388 | |
| Napájecí napětí: | 1,71-3,6V |
| Rozlišení měření: | 24bit |
| Čas dalšího měření: | cca 5ms |
| Rozsah měření tlaku: | 300-1250hPa |
| Přesnost měření tlaku: | cca ±0,50hPa |
| Rozsah měření teploty: | -40-85°C |
| Přesnost měření teploty: | cca ±0,50°C (0-65°C) |
| Rozměry: | 2x2x0,75mm |
BME280
Toto čidlo již patří do kategorie čidel, které v sobě sdružují měření tří veličin – tlaku, teploty a vlhkosti. Čidlo je opět miniaturní s vysokým rozlišením až 20bit, vysokou přesností a komunikuje pomocí standartního rozhraní I2C.
Hlavní výhoda je tedy hned jasná – pro měření všech těchto základních veličin stačí pouze jedno čidlo. Drobnou nevýhodou je čas dalšího měření 1s a to z důvodu delší doby nutné pro měření vlhkosti.
Specifikace:
| BME280 | |
| Napájecí napětí: | 1,71-3,6V |
| Rozlišení měření: | až 20bit |
| Čas dalšího měření: | 1s |
| Rozsah měření tlaku: | 300-1100hPa |
| Přesnost měření tlaku: | ±1,0hPa |
| Rozsah měření teploty: | -40-85°C |
| Přesnost měření teploty: | až ±0,5°C |
| Rozsah měření vlhkosti: | 0-100%RH |
| Přesnost měření vlhkosti: | ±3%RH |
| Rozměry: | 2,5×2,5×0,93mm |
Tím jsme probrali integrovaná čidla, měřící několik různých veličin najednou. Lze je použít všude tam, kde jsou dostupné datové sběrnice I2C, SPI a 1-wire. Pro případnou opravu, nebo upgrade již hotových výrobků je též nutné zkontrolovat i softwarovou kompatibilitu daného výrobku a konkrétního čidla.
Jako naposled ještě zmíníme samostatná čidla, která měří pouze teplotu. Tato čidla se někdy mohou vyskytovat jako čidla měření vnitřní teploty, nebo všude tam, kde je potřeba měřit pouze teplotu.
LM35
Jedná se o čidlo měřící teplotu v pouzdře TO-92. Má velmi dobrou přesnost měření a velký rozsah napájecího napětí. Výstup má pouze analogový. Z tohoto důvodu lze toto čidlo použít i v konstrukcích neobsahujících žádný řídící mikrokontroler.
Specifikace:
| LM35/A | LM35C/CA | LM35DZ | |
| Napájecí napětí: | 4-30V | 4-30V | 4-30V |
| Rozsah měření teploty: | -55-150°C | -40-110°C | 0-100°C |
| Přesnost měření teploty: | cca 0,5°C | cca 0,5°C | cca 0,5°C |
| Výstupní napětí: | 10mV/°C | 10mV/°C | 10mV/°C |
| Rozměry pouzdra TO-92: | 5,21×5,34mm | 5,21×5,34mm | 5,21×5,34mm |
DS18B20
Další teplotní čidlo v naší nabídce je digitální čidlo DALLAS DS18B20. Má také velký rozsah měřené teploty a velkou přesnost. Výstup tohoto čidla je však digitální pomocí 1-wire sběrnice. Čidlo je zapouzdřeno stejně jako předchozí LM35 do pouzdra TO-92.
Specifikace:
| DS18B20 | |
| Napájecí napětí: | 3,0-5,5V |
| Rozsah měření teploty: | -55-125°C |
| Přesnost měření teploty: | až ±0,5°C |
| Rozměry pouzdra TO-92: | 5,21×5,34mm |
Termistor
Termistor je nejjednodušším typem teplotního čidla. Při jednodušším zapojení měřící soustavy má nižší přesnost měření než předchozí digitální čidla a proto se používá spíše v konstrukcích, kde to není na závadu. Pokud je nutné měřit termistorem přesnější hodnoty, je nutné ho zapojit do měřícího můstku a pro měření použít výchylkovou metodu. To výslednou konstrukci činí mnohem složitější a tedy dražší. Jedná se vlastně o rezistor měnící svůj odpor v závislosti na teplotě. V meteostanicích se používá zřídka.
Termistory se vyrábí v nepřeberném množství hodnot odporů a pouzder. Z toho důvodu je zde nebudeme více rozebírat. Případné zájemce o bližší informace odkážeme na stránky Wikipedie.
Směr a síla větru
Dalšími veličinami měřenými meteostanicemi bývají síla a směr větru.
Pro měření síly větru se používají čidla nazvaná anemometry. Pro jednoduchost se nejvíce vyskytují mechanické anemometry, u kterých vítr roztáčí pomocí miskovitých lopatek středovou osu, na které je umístěno čidlo otáček. Měření pak probíhá jako klasické měření otáček a pomocí vhodného přepočtu se vypočítá rychlost větru.
Pro určení směru proudění větru se používají nejčastěji též mechanická čidla konstruované jako otočné korouhvičky se zabudovaným snímačem úhlu natočení. Po vyhodnocení aktuálního úhlu ze snímače se za pomocí známé pozice světových stran odečte aktuální směr větru.
Existuje opět celá řada konstrukcí a provedení. Jsou samostatná čidla pro měření rychlosti a směru a jsou i konstrukce obsahující tato čidla obě. Záleží jen na tom, co konstruktéři aktuálně zvolili do své konstrukce, nebo pro jakou variantu se rozhodnete ve vlastní konstrukci.
2 komentáře
Dobrý den mám čidla od meteostanice Wh1080 ale fungují na ethernetový kabel. Nevím jak je spojit a arduinem nebo s nějakým modulem či shieldem jestli znáte řešení nebo jaký modul uveďte jaký popřípadě řešení prosím děkuji