具有最小值和最大值的極低功耗溫度和濕度監(jiān)控器

描述

我需要一個溫度和濕度傳感器來顯示記錄的最高和最低水平，以便我可以監(jiān)控溫室中的水平。我在溫室里沒有任何電源，所以目的是盡可能減少功耗，以便它可以長時間使用可充電電池。

對此的解決方案是讓 Arduino 進入低功耗狀態(tài)一段時間，然后喚醒并獲取新的讀數(shù)，然后重復(fù)循環(huán)。為了實現(xiàn)這一點，我使用了rocketscream 低功耗庫讓處理器進入睡眠狀態(tài)，每24 秒喚醒一次以檢查溫度和濕度，這需要不到一秒的時間。

（注意：我已經(jīng)創(chuàng)建了這個項目溫度和濕度監(jiān)視器的變體，帶有圖表和電池監(jiān)視器，您可能還想查看它。不使用省電但電池仍然持續(xù) 5 天，電池監(jiān)視器會告訴您何時需要充電。）

我的第一個版本使用帶有 16x2 背光 LCD 顯示屏的 Ardino Nano R3。這運行良好，功耗如下：

Asleep:                               24 seconds    5.6mA
    Checking temp./humid. between sleeps  <1 second     14mA
                                          So on average 6.0mA
    With backlight on                                   28.5mA

使用 1, 000 mAh 可充電電池，系統(tǒng)應(yīng)在兩次充電之間持續(xù)長達 7 天 - 頻繁打開背光顯然會減少這種情況。事實上，我的版本已經(jīng)運行了 8 多天，并且仍在運行。

第二個版本使用帶有 OLED 128*64 顯示屏的 Arduino Pro Mini。顯示器不需要背光，在明亮的日光下更容易閱讀。其功耗為：

Asleep:                               24 seconds    3.23mA
    Checking temp./humid. between sleeps  <1 second     6.8mA
                                          So on average 3.4mA 
    Awake - displaying

使用 1, 000 mAh 可充電電池，系統(tǒng)應(yīng)在兩次充電之間持續(xù)使用長達 12 天 - 經(jīng)常打開顯示器會減少這種情況，但它的消耗量很低，因此不會被注意到。

我已經(jīng)包含了兩個版本的原理圖和代碼。任何一個版本都應(yīng)該在大多數(shù) Arduinos 上運行。

代碼（OLED版）

該代碼使用以下庫：

#include             // This is the DHT sensor library by Adafruit
	#include "LowPower.h"       // Low-Power library from rocketscream
		  		     // required for the OLED display 
	#include             // Synchronous serial data protocol library
	#include            // IC2 communications library
	#include    // Adafruit Graphics Core Library
	#include   // SSD1306 library for Monochrome 128x64 and 128x32 OLEDs

這些來自 Adafruit 圖形核心庫的字體：

#include  
	#include 

代碼中主要感興趣的領(lǐng)域是loop()使處理器進入睡眠狀態(tài)的領(lǐng)域。

// Check to see if has been awake for the keepAwakeFor period
 // if so allow to go to sleep
 if ((millis() - timeWoken) > (keepAwakeFor * 1000)) {
   awake = false;
   // Sleep for 24 seconds
   for (int i = 0; i < 3; i++){
     display.clearDisplay(); 
     display.drawBitmap(random(10, 110), random(10, 48), snooze, 16, 16, WHITE);
     display.display();
     // Allow wake up pin to trigger interrupt on low.
     attachInterrupt(0, wakeUp, LOW);
     // Enter power down state with ADC and BOD module disabled.
     // Wake up when wake up pin is low or after 8 seconds.
     // If wake up button pressed then as long as button held down for more
     // than a few milliseconds it will fall through any remaining sleep loops      
     LowPower.powerDown(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF);
     // Disable external pin interrupt on wake up pin.
     detachInterrupt(0);
   }
 }

我們首先檢查系統(tǒng)是否在最后一個按鈕被按下后保持清醒的時間長于設(shè)置的保持清醒的時間。timeWoken在millis()按下按鈕的那一刻經(jīng)過。

if ((millis() - timeWoken) > (keepAwakeFor * 1000))...

如果這個時間已經(jīng)過去，那么我們循環(huán) 3 次，每次在隨機位置顯示貪睡圖標以避免燒機，并使處理器休眠 8 秒。在進入睡眠之前啟用引腳 2 上的中斷。如果通過按下模式按鈕引腳變?yōu)榈碗娖?，這將喚醒處理器并繼續(xù)運行代碼。如果此時處于最后一個循環(huán)中，則后續(xù)的睡眠循環(huán)將失敗，因為它們會在按鈕釋放之前很快發(fā)生。

在 3 次循環(huán) 24 秒后，系統(tǒng)會運行 3 次循環(huán)以檢查傳感器讀數(shù)并更新最小值和最大值。（注意：僅檢查一次并不能成功讀取，但循環(huán) 3 次更正了此問題）。它還檢查處理器是否處于喚醒狀態(tài)，以及是否顯示設(shè)置。枚舉模式跟蹤是否要顯示溫度或濕度。

最后，如果系統(tǒng)處于喚醒狀態(tài)，則檢查按鈕是否已按下：

模式按鈕（引腳 2）將在溫度和濕度之間切換顯示

重置按鈕（引腳 3）將重置最小和最大讀數(shù)的值

中斷

如果系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)并且按下模式按鈕，則調(diào)用中斷：

void wakeUp()
	{
		// Handler for the pin interrupt.
		timeWoken = millis();               // Reset so remains awake for awake period
		awake = true;
		justWoken = true;
	}

這只是設(shè)置系統(tǒng)被喚醒的時間，設(shè)置awake標志并設(shè)置justWoken用于默認顯示溫度（在 中loop()），并在下一次檢查按鈕之前調(diào)用延遲。

代碼（LCD 16x2 版本）

LCD 16x2 顯示版本的代碼非常相似，僅在顯示處理和控制背光時需要更改。

需要更少的庫：

// Include driver for the DHT
	// This is the DHT sensor library by Adafruit
	#include 
	// Include the library driver for display:
	#include 
	// Include Low-Power library from rocketscream
	#include "LowPower.h"

在主loop()菜單中，如果背光燈也被檢查并關(guān)閉，如果它已在 中設(shè)置的時間段內(nèi)打開lightTimeOut。

// Check if need to turn backlight off
   if (lightOn && ((millis() - timeLightTurnedOn) > (lightTimeOut * 1000)))
     TurnBacklightOff();

按下模式按鈕時背光打開。

開/關(guān)

如果您想添加一個開/關(guān)開關(guān)，請將其插入從充電器模塊 OUT+ 到 Arduino 板的電線中。這將允許您在設(shè)備關(guān)閉的情況下為電池充電。

調(diào)節(jié)電池充電

所使用的 TP4056 充電器包括一個 1.1K 歐姆的調(diào)節(jié)電阻，可提供 1,000mAh 的充電速率。這對于使用的 1,000mAh 電池來說實在是太高了，它應(yīng)該以最大 500mAh 充電。這很繁瑣，但您可以卸下板上安裝的電阻器（R3），或者我發(fā)現(xiàn)用刀刮過它更容易打破它，因為這會使柱子焊接到，并焊接在外部電阻器上以減少電流。下表顯示了電阻值和產(chǎn)生的電流。（用儀表檢查您是否仍在讀取連接上的正確電阻，因為很容易將它們短路，這可能會造成損壞。）

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