10.5. Создание регулятора температуры

Давайте теперь заставим дисплей выполнять полезную функцию. Добавим I²C датчик температуры, рассмотренный в главе 8, вентилятор и динамик из главы 5.

Дисплей будет показывать температуру и текущее состояние вентилятора. Когда станет жарко, динамик издаст предупреждающий звук и вентилятор включится.

Когда снова станет прохладно, вентилятор перестанет работать. С помощью двух кнопок и фрагмента кода подавления дребезга из листинга 2.5 вы получите возможность увеличивать или уменьшать требуемую температуру.

- 212 -

10.5.1. Монтаж схемы устройства

Соединение деталей для этого устройства представляет собой комбинацию предыдущих схем. Маломощный вентилятор с двигателем постоянного тока подключается непосредственно к контакту платы Arduino. При желании использовать мощный вентилятор, можно подключить его к внешнему источнику питания через транзистор ( см. главу 4). Для этого подойдет схема, изображенная на рис. 4.1. ЖК-дисплей подключим так же, как в предыдущем примере (см. рис. 10.2).

Один из выводов кнопок подключен к шине питания, а другой - к контакту Arduino и через резистор 10 кОм на землю.

Один вывод динамика подключен к контакту Arduino, а другой - через резистор 150 Ом к земле. Частота звука устанавливается программно.

I²C-датчик температуры подключен так же, как в главе 8. Монтажная схема устройства изображена на рис. 10.3. Изображение датчика температуры сделано частично прозрачным, чтобы можно было увидеть потенциометр позади него.

Рис. 10.3. Схема регулятора температуры с ЖК-дисплеем

- 213 -

10.5.2. Отображение данных на ЖК-дисплее

Для облегчения вывода информации на ЖК-дисплей заранее определим некоторые параметры. Решим, что температуру всегда будем отображать в виде двух цифр.

Надписи "Current:" и "Set:" всегда будут неизменными, их можно вывести на экран один раз. Так как температура представлена в виде двух цифр, местоположение двух надписей " 0 С" тоже будет фиксированным. Текущее значение температуры будет отображаться в позиции (8,0) и обновляться при каждом цикле loop(), значение пороговой температуры размещено в позиции (8, 1) и обновляется при нажатии кнопки. Значок включения вентилятора будет отображаться в нижней правой части дисплея в позиции (15,1) и обновляться, когда изменяется состояние.

При работе программы ЖК-дисплей будет выглядеть примерно так, как показано на рис.10.4.

Рис. 10.4. Отображение данных на ЖК-дисплее

Знак градуса, символы включенного и выключенного вентилятора не входят в стандартный набор символов. Следовательно, в начале программы нужно сформировать соответствующие массивы, как показано в листинге 10.3.

Листинг 10.3. Массивы, опредеяющие пользовательские символы

// Пользовательский символ градуса

byte degree[8] = {

В00110,

В01001,

В00110,

B00000, B00000, B00000, B00000,

};

// Символ "вентилятор включен"

byte fan_on[8] = {

В00100,

B10101,

В01110,

B11111,

В01110,

- 214 -

B10101,

B00100,

B00000,

};

// Символ "вентилятор выключен"

byte fan_off[8] = {

B00100,

B11111,

B00100,

B00000,

};

Вывод данных на экран ЖК-дисплея будет осуществлен в функции setup(). Размещаем курсор в нужной позиции и с помощью библиотечных функций print() и write() выводим надписи на экран (листинг 10.4).

Листинг 10.4. Вывод иформации на экран ЖК-дисплея

// Создаем пользовательские символы

lcd.createChar(0, degree);

lcd.createChar(1, fan_off);

lcd.createChar(2, fan_on);

// Отображаем статические надписи на экране ЖК-дисплея

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("Current:");

lcd.setCursor(10,0);

lcd.write ( (byte) 0);

lcd.setCursor(11,0);

lcd.print("C");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("Set:");

lcd.setCursor(10,1);

lcd.write ( (byte) 0);

lcd.setCursor(11,1);

lcd.print("C");

lcd.setCursor(15,1);

lcd.write(1);

В каждом цикле loop() обновляем текущее значение температуры и состояние значка включения вентилятора. Перед этим помещаем в нужное место курсор.

- 215 -

10.5.3. Установка порогового значения температуры с помощью кнопок

В главе 2 мы использовали функцию предотвращения дребезга debounce(). Здесь немного изменим ее, чтобы устранить дребезг нескольких кнопок. Одна кнопка увеличивает пороговое значение температуры, другая уменьшает его. Необходимо определить переменные для хранения текущего и предьщущего состояний кнопок:

// Переменные, используемые при устранении дребезга кнопок

boolean lastDownTempButton = LOW;

boolean currentDownTempButton = LOW;

boolean lastUpTempButton = LOW;

boolean currentUpTempButton = LOW;

Переделаем функцию устранения дребезга debounce() для случая нескольких кнопок. Добавим второй аргумент, задающий кнопку, для которой устраняем дребезг (листинг 10.5).

Листинг 10.5. Функция устранения дребезга двух кнопок

// Функция проверки дребезга для нескольких кнопок

boolean debounce(boolean last, int pin)

{

boolean current = digitalRead(pin);

if (last != current)

{

delay (5);

current = digitalRead(pin);

}

return current;

}

В основном цикле программы loop() проверяем состояние кнопок, устраняем дребезг, изменяем при нажатии кнопки значение переменной пороговой температуры set_temp и обновляем значение на экране ЖК-дисплея (листинг 10.6).

Листинг 10.6. Программа установки пороговой температуры с помощью двух кнопок

// Устранение дребезга нескольких кнопок

currentDownTempButton = debounce(lastDownTempButton, DOWN_BUTTON);

currentUpTempButton = debounce(lastUpTempButton, UP_BUTTON);

// Уменьшить значение set_temp

if (lastDownTempButton == LOW && currentDownTempButton == HIGH)

{

set_temp--;

}

- 216 -

// Увеличить значение set_temp

else if (lastUpTempButton == LOW && currentUpTempButton == HIGH)

{

set_temp++;

}

// Вывести значение set_temp на ЖК-дисплей

lcd.setCursor(8,1);

lcd.print(set_temp);

// Изменить последние значения статуса кнопок

lastDownTempButton = currentDownTempButton;

lastUpTempButton = currentUpTempButton;

В листинге 10.6 запускаем функцию устранения дребезга debounce() для каждой кнопки, а затем изменяем переменную set_temp заданной пороговой температуры при нажатии одной из кнопок. Потом значение температуры обновляется на экране ЖК-дисплея.

10.5.4. Добавляем вентилятор и звуковое оповещение

Теперь добавим фрагмент кода для управления вентилятором и динамиком. Хотя ЖК-дисплей и так информирует нас обо всем, никогда не помешает дополнительное звуковое оповещение о событиях. Например, подача звукового сигнала перед включением вентилятора. В этом примере мы используем команды tone() в паре с задержкой delay() и notone(). Чтобы задать длительность звука, можно указать второй аргумент команды tone(). Добавив переменную состояния, можно устанавливать звуковое оповещение динамиком только один раз при превышении порогового значения температуры.

Фрагмент кода, приведенный в листинге 10.7, проверяет температуру и управляет динамиком, вентилятором и индикатором вентилятора на ЖК-дисплее.

Листинг 10.7. Выдача звукового оповещения при превышении пороговой температуры

// Стало жарко!

if (с>= set_temp)

// Издать звук динамиком

if ( !one_time)

{

tone(SPEAKER, 400);

delay(500);

one time = true;

}

- 217 -

// Выключить динамик

else

{

noTone (SPEAKER);

}

// Включить вентилятор и знак на ЖК-дисплее

digitalWrite(FAN, HIGH);

lcd.setCursor(15,1);

lcd.write(2);

}

// Стало прохладнее

else

{

// Выключить динамик

// Сбросить состояние one time в false

// Выключить вентилятор и значок на ЖК-дисплее

noTone(SPEAKER);

one time = false;

digitalWrite(FAN, LOW);

lcd.setCursor(15,1);

lcd.write(1);

}

Переменная one_time позволяет выдать однократный, а не непрерывный звуковой сигнал. После того как динамик издает звук длительностью 500 мс частотой 400 Гц, переменная устанавливается в true и сбрасывается в false только тогда, когда температура падает обратно ниже заданного порога.

10.5.5. Итог всего: полная программа

Теперь соберем части в единое целое. В начале программы необходимо подключить библиотеки, определить флажки и инициализировать переменные состояния.

Полный текст программы приведен в листинге 10.8. Загрузите ее на плату Arduino и сравните результаты с видеоклипом, демонстрирующим систему в действии.

Листинг 10.8. Программа автоматического регулятора температуры - LCD_thermostat.ino

// Это программа автоматического регулятора температуры

// Для вывода температуры используются 2 знака

// Использует библиотеку Wire с установкой адреса

#include <Wire.h>

#define TEMP ADDR 72

// Подключение и инициализация библиотеки LiquidCrystal:

#include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd(2, 3, 4, 5, 6, 7);

- 218 -

// Пользовательский символ градуса

byte degree[8] = {

В00110,

В01001,

В00110,

B00000, B00000, B00000, B00000,

};

// Пользовательский символ "вентилятор включен"

byte fan_on[8] = {

800100,

810101,

B01110,

B11111,

В01110,

B10101,

B00100,

B00000,

};

// Пользовательский символ "вентилятор выключен"

byte fan_off[8] = {

В00100,

B00100,

B11111,

B00100,

B00000,

};

// Выводы подключения динамика, кнопок, вентилятора

const int SPEAKER=8;

const int DOWN_BUTTON =9;

const int UP_BUTTON =10;

const int FAN =11;

// Переменные для устранения дребезга кнопок

boolean lastDownTempButton = LOW;

boolean currentDownTempButton = LOW;

boolean lastUpTempButton = LOW;

boolean currentUpTempButton = LOW;

int set_temp = 23; // Значение граничной температуры

boolean one time = false; // Флаг звука динамика

- 219 -

void setup()

{

pinMode(FAN, OUTPUT);

// Создание объекта Wire (I²С-датчик температуры)

Wire.begin();

// Настройки дисплея (число столбцов и строк)

lcd.begin(16, 2);

// Определить пользовательские символы

lcd.createChar(0, degree);

lcd.createChar(1, fan_off);

lcd.createChar(2, fan_on);

// Вывод закрепленных сообщений на дисплее

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("Current:");

lcd.setCursor(10,0);

lcd. write ( (byte) 0);

lcd.setCursor(11,0);

lcd.print("C");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("Set:");

lcd.setCursor(10,1);

lcd.write ( (byte) 0);

lcd.setCursor(11,1);

lcd.print("C");

lcd.setCursor(15,1);

lcd.write(1);

}

// Функция проверки на дребезг для нескольких кнопок

boolean debounce(boolean last, int pin)

{

boolean current = digitalRead(pin);

if (last != current)

{

delay(5);

current = digitalRead(pin);

}

return current;

}

void loop()

{

// Получить значение от датчика температуры

Wire.beginTransmission(TEMP_ADDR);

Wire.write (0);

Wire.endTransmission();

Wire.requestFrom(TEMP_ADDR, 1);

- 220 -

// Ожидаем передачу

// Получить 1 байт

while(Wire.available()==0);

int с = Wire.read();

// Установить курсор

// и вывести текущее значение

lcd.setCursor(8,0);

lcd.print(c);

// Проверка на дребезг для двух кнопок

currentDownTempButton = debounce(lastDownTempButton, DOWN_BUTTON);

currentUpTempButton = debounce(lastUpTempButton, UP_BUTTON);

// Уменьшить пороговое значение температуры

if (lastDownTempButton== LOW && currentDownTempButton == HIGH)

{

set_temp--;

}

// Увеличить пороговое значение температуры

else if (lastUpTempButton == LOW && currentUpTempButton

{

set_temp++;

}

// Вывод порогового значения на экран

lcd.setCursor(8,1);

lcd.print(set_temp);

currentDownTempButton;

lastDownTempButton

lastUpTempButton = currentUpTempButton;

// Очень жарко!

if (с >= set_temp)

{

// Однократный звуковой сигнал на динамик

if ( ! one_time)

{

tone(SPEAKER, 400);

delay ( 500);

one time = true;

}

// Отключить вывод звука

else

{

noTone (SPEAKER);

}

// Включить вентилятор и вывести значок на дисплей

digitalWrite(FAN, HIGH);

lcd.setCursor(15,1);

lcd.write(2);

}

- 221 -

//Не жарко!

else

{

// Выключить динамик

// Сбросить состояние one time в false

// Выключить вентилятор и значок на ЖК-дисплее

noTone(SPEAKER);

one time = false;

digitalWrite(FAN, LOW);

lcd.setCursor(15,1);

lcd.write(1);

}

Теперь, чтобы посмотреть температуру, необязательно подключать плату Arduino к компьютеру. Можно питать плату от батарейки или автономного источника питания и поместить ее в любом месте вашей комнаты.

ПРИМЕЧАНИЕ

Посмотреть видеоклип, демонстрирующий действие автономного терморегулятора, можно на странице http://www.exploringarduino.com/content/ch10. Этот видеофайл доступен также на сайте издательства Wiley.