Multifunkčná lampa

Autor:	Peter Zbín
Študijný odbor:	Aplikovaná informatika	3. Bc. (2019)

Opis projektu

Čo

Témou môjho projektu je multifunkčná lampa využívajúca OLED display, na ktorom je zobrazená teplota a vlhkosť. Lampa je riadená mikropočítačom Arduino UNO R3.

Prečo?

1. Tento projekt som si vybral kvôli tomu, že som sa chcel naučiť pracovať s Arduinom a elektronikou, keďže som nemal príležitosť vo väčšej miere pracovať s touto technológiou. Zaujímalo ma hlavne použitie senzorov, práca s nameranými veličinami a ich reprezentácia na výstup.
2. Taktiež som chcel vytvoriť užitočnú vec, ktorá by mi i po dizajnovej stránke pasovala do mojej izby.

Ako ?

Sem príde podrobný návod na výrobu.

Potrebné súčiastky a nástroje - krabica

1. platňa bukovej preglejky
2. lepidlo na drevo

Hardvér

1. Arduino UNO
2. Relé modul, pracovné napätie 5V
3. Vidlica do zásuvky
4. Zdroj - Input 240 V AC - Output 5V DC
5. Senzor teploty a vlhkosti DHT11
6. 2x tlačítko
7. OLED display 1.3 s kontrolerom SH1106
8. vhodná mala objimka na žiarovku, E14 pätica
9. 2x svorkovnica pre 3 káble
10. káble
11. 2x rezistor 10k
12. 6 M3 skrutiek a 6 matíc
13. malá led žiarovka, E14,rozmer 80x45 mm alebo menšia

Softvér

1. softvér na technické kreslenie (napr. Autodesk Fusion 360)
2. Corel - práca s laserom, úprava na vhodný formát pre laser
3. Arduino IDE

Iné nástroje

1. pilník
2. breadboard
3. spájkovačka
4. multimeter
5. vŕtačka + vrták 2.6
6. skrutkovače

Postup výroby

1. nakresliť si vhodnú krabicu, prípadne si ju vygenerovať
2. zložiť krabicu
3. zapojiť si komponenty, podľa schémy najskôr pomocou breadboard, potom pospájkovať
4. naprogramovať si Arduino- naimportovať knižnice <dht.h>, <u8glib.h> a odtestovať funkčnosť, napríklad pomocou Serial Monitor
5. komponenty rozmiestniť, navŕtať diery, namontovať na krabicu pomocou M3 skrutiek
6. nalepiť tlačidlá a display
7. odskúšať funkčnosť

link title

Médiá:U8glib.rar, Médiá:DHTLib.rar, Médiá:lampaKod.ino, Médiá:lampaKrabica.rar

Použité zdroje:

• Tutoriál na programovanie displaya a DHT11 senzora: https://makersportal.com/blog/2018/9/3/arduino-i2c-oled-display-temperature-and-humidity
• Zapojenie relé: http://www.circuitbasics.com/setting-up-a-5v-relay-on-the-arduino/

Analýza

Pri analýze pred začatím môjho projektu som dohľadal vhodné súčiastky na môj výrobok. Zapojenie a výber súčiastok som konzultoval s človekom, ktorý má určité skúsenosti v danej problematike.

• použil som IIC zbernicu pre komunikáciu s displayom. Dôvod použitia bola redukcia použitia pinov v Arduine, preto bola IIC uprednostnená pred SPI.
• na použitie v interiéri plne postačuje senzor DHT11 s rozsahom 0 - 50 stupňov. Rozsah vlhkosti je 20 - 90 % s odchýľkou 4%. Alternatívou je drahší DHT22, ktorý meria od -40 do 100 stupňov a vlhkosť na celej škále.
• použil som 1.3" OLED display, pretože má dobrú čitatelnosť z rôznych uhlov a pekné farby. Použil som lacnejšiu verziu s kontrolerom SH1106.
• na lampu je vhodné použiť led žiarovku, ktorá sa menej zahrieva oproti obyčajnej, lampa je z dreva.

Popis riešenia

Na schéme nižsie môžete vidiet spôsob zapojenia súčiastok. Využívam zdroj, ktorý konvertuje 240 V na 5V, ktoré sú vhodné na napájanie Arduina. Na napájanie je vhodné využiť jeden z 5V pinov arduina, na mojom klone je ich viac ako na arduine, takže zobrazenie je ilustračné. Tlačidlá dávajú signál na ovládanie relé a prehadzujú veličiny zobrazené na displayi.

Schéma zapojenia snímača

Algoritmus a program

Vytvoril som jednoduchý program v jazyku C, vo vývojovom protredí Arduino ide. Kód je rozdelený do jednoduchých funkcii. Použité knižnice sa nachádzajú v sekcii Postup výroby.

• na začiatku sa vo funkcii setup nastaví stav relé na HIGH, resp vypnuté. Nastavia sa piny na preddefinované hodnoty.
• modeButtonSetup(); -> funkcia na prácu s tlacidlom, ktoré ovláda zobrazovanie
• relaySetup() -> funkcia na ovládanie relé pomocou svojho tlačidla
• drawTemperature() a drawHumidity() -> používajú premenné, v ktorých sú zaznamenané veličiny a vykresľujú ich na display

Vyberte podstatné časti zdrojového kódu, použite na to prostredie source:

/* A nezabudnite zdroják hojne komentovať  */

#include <dht.h>


#include "U8glib.h" // kniznica pre OLED display

///////////////////////////PREMENNE/////////////////////////////////////////
int currentStateMode = HIGH;
int previousStateMode = LOW;
int modeButtonReading;
int modePin = 3;
long time = 0;
long debounce = 100;


int relayButtonPin = 4;
int relayPin = 5;
int currentStateRelay = HIGH;
int previousStateRelay = LOW;
int relayButtonReading;

int flameSensorPin = 0;
int buzzerPin = 7;
int flameSensorReading;




int temperature=0;
int hum=0; 

#define DHTPIN 2 
dht myDHT;
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

U8GLIB_SH1106_128X64 u8g(U8G_I2C_OPT_NONE);   //volim ovladac SH1106


///////////////////////////////Obrazok teplomera - bitmap/////////////////////////////
static unsigned char temp[] U8G_PROGMEM = {
  0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x03, 0x00, 0x70, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x03, 0x81, 0xFC, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x07, 0xC3, 0x06, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x07, 0xC6, 0x03, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x0F, 0xC4, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x07, 0xC4, 0x01, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x0C, 0x01, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x01, 0x80, 0x00,
0x00, 0x30, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x01, 0x83, 0xFF, 0x00, 0x3E, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x01, 0x80, 0x00,
0x00, 0x3F, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x01, 0x80, 0x00, 0x00, 0x3F, 0x00, 0x3F, 0xFC, 0x71, 0x80, 0x00,
0x00, 0x3E, 0x00, 0xF8, 0x7C, 0x71, 0x80, 0x00, 0x00, 0x1E, 0x03, 0x80, 0x0C, 0x71, 0x83, 0xE0,
0x00, 0x08, 0x0E, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x83, 0xE0, 0x00, 0x00, 0x18, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x80, 0x00,
0x00, 0x00, 0x30, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x60, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x80, 0x00,
0x00, 0x00, 0xC0, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x80, 0x00, 0x00, 0x01, 0x80, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x83, 0xFF,
0x00, 0x01, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x83, 0xFF, 0x00, 0x03, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x80, 0x00,
0x00, 0x02, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x80, 0x00, 0x00, 0x06, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x80, 0x00,
0x00, 0x06, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x80, 0x00, 0x00, 0x04, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x83, 0xE0,
0x00, 0x0C, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x80, 0x00, 0x06, 0x0C, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x80, 0x00,
0x1E, 0x0C, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x80, 0x00, 0x7F, 0x0C, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x80, 0x00,
0x7F, 0x0C, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x83, 0xFF, 0x1E, 0x0C, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x83, 0xFF,
0x06, 0x0C, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x80, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x80, 0x00,
0x00, 0x04, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x80, 0x00, 0x00, 0x04, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x80, 0x00,
0x00, 0x06, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x71, 0x80, 0x00, 0x00, 0x02, 0x00, 0x00, 0x18, 0x70, 0xC0, 0x00,
0x00, 0x03, 0x00, 0x00, 0x30, 0x70, 0x60, 0x00, 0x00, 0x01, 0x00, 0x00, 0x60, 0x70, 0x30, 0x00,
0x00, 0x01, 0x80, 0x00, 0xC0, 0x1C, 0x18, 0x00, 0x00, 0x00, 0xC0, 0x01, 0x80, 0x1E, 0x08, 0x00,
0x00, 0x00, 0x60, 0x01, 0x00, 0x1F, 0x0C, 0x00, 0x00, 0x00, 0x30, 0x01, 0x00, 0x1F, 0x84, 0x00,
0x00, 0x00, 0x18, 0x03, 0x00, 0x7F, 0xC6, 0x00, 0x00, 0x08, 0x0E, 0x03, 0x00, 0xFF, 0xC6, 0x00,
0x00, 0x1E, 0x03, 0x82, 0x00, 0xFF, 0xC6, 0x00, 0x00, 0x3E, 0x00, 0xFE, 0x01, 0xFF, 0xC6, 0x00,
0x00, 0x3F, 0x00, 0x3F, 0x01, 0xFF, 0xC6, 0x00, 0x00, 0x3F, 0x00, 0x03, 0x1F, 0xFF, 0xC6, 0x00,
0x00, 0x3E, 0x00, 0x03, 0x1F, 0xFF, 0x84, 0x00, 0x00, 0x30, 0x00, 0x01, 0x0F, 0xFF, 0x84, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x87, 0xFF, 0x0C, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x83, 0xFE, 0x18, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x07, 0xC0, 0xF8, 0x10, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x07, 0xE0, 0x00, 0x30, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x07, 0xF8, 0x00, 0xE0, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x07, 0xCC, 0x01, 0x80, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x03, 0x87, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x03, 0x00, 0x78, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00

 };


void modeButtonSetup(void){                 //funkcia pre tlacitko -> vypnutie, zapnutie po kliknuti
  
 modeButtonReading = digitalRead(modePin);

  if(modeButtonReading == HIGH && previousStateMode == LOW && millis() - time > debounce){

    if(currentStateMode == HIGH){
      currentStateMode = LOW;
      }
      else currentStateMode = HIGH;
       time = millis();
      }
      
    previousStateMode = modeButtonReading;
  
  }

  void relaySetup(){
    
      relayButtonReading = digitalRead(relayButtonPin);

  if(relayButtonReading == LOW && previousStateRelay == HIGH&& millis() - time > debounce){   //ovladanie rele, podobne ako pri klasickom tlacidle

    if(currentStateRelay == HIGH){
      currentStateRelay = LOW;
      }
      else currentStateRelay = HIGH;
      time = millis();
      }


    digitalWrite(relayPin,currentStateRelay);
    previousStateRelay = relayButtonReading;
    
    }




 
///////////////////////// vykreslovanie teploty/////////
void drawTemperature(void) 
{
u8g.drawBitmapP( 0, 0, 8, 64, temp);////////for drawing bitmap of size 64*64 and location is x=0,y=0
   
char s[2] = " ";
  u8g.setFont(u8g_font_fur35n);       // font
u8g.setPrintPos(67, 50);              //nastavenie pozicie, kam vypisat teplotu
    u8g.println(temperature);         //vypis teploty
 u8g.setFont(u8g_font_osr18);
      s[0] = 176;                     //znak stupen(kruzok)
      u8g.drawStr(116, 28, s);        //vypis stupna
      }

/////////////////vykreslovanie vlhkosti///////////////////////
void drawHumidity(void) 
{
  u8g.setFont(u8g_font_fub17);
  u8g.setFontRefHeightExtendedText();
  u8g.setDefaultForegroundColor();
  u8g.setFontPosTop();
  u8g.drawStr(4, 0, "Vlhk. %");
  u8g.drawFrame(4, 40, 122, 24);

  u8g.drawBox(8, 44, (114 * hum / 100), 16);    //obdlznik, ktory znazornuje percenta pomocou zaplnenia bielou

  //
  if (hum > 99)
  {
    u8g.setPrintPos(90, 15);
  }
  else
  {
    u8g.setPrintPos(100, 15);
  }

u8g.print(hum);
}







void setup(void) 
{
    
    Serial.begin(9600);
    pinMode(modePin,INPUT);
    pinMode(relayButtonPin, INPUT);
    pinMode(relayPin, OUTPUT);
    pinMode(buzzerPin, OUTPUT);
    
    digitalWrite(relayPin,HIGH);      //na zaciatku je rele nezopnute, cize HIGH

    
}

void loop(void) {
  
  relaySetup();
  delay(1000);    //delay na nacitanie hodnot zo senzora

int readData = myDHT.read11(DHTPIN);

temperature = myDHT.temperature;
hum = myDHT.humidity;


modeButtonSetup();


  
  ///////////////////////////////zobrazovanie//////////////////
 

if(currentStateMode == HIGH){
  
   u8g.firstPage();  
  do {
    drawTemperature();
  } while( u8g.nextPage() );
  
  }
  else{
    
    u8g.firstPage();  
 do {
    drawHumidity();
  } while( u8g.nextPage() );
    
    
    }
  
 
 
 

}

Zdrojový kód: Médiá:lampaKod.ino

program.c

Výsledok

S výsledkom svojej práce som spokojný, najmä s tým nehmatateľným, čiže s rozšírením svojich schopností. Naučil som sa mnoho nových vecí, ktoré určite využijem v budúcnosti. Lampa splnila moje požiadavky, ktoré som si položil na začiatku, aby bola aspoň trochu "smart", spĺňala svoj účel a bola pekná aj z estetického hľadiska.

Návrhy na zlepšenie

• zväčšenie krabice, pretože dané komponenty sú v nej príliš natesno. Taktiež by mala byť vyššia aby sa tam zmestila aj väčšia žiarovka.
• pridanie viacerých senzorov, napr. zaznamenávanie CO2.
• zaťaženie lampy a pridanie gumových prúžkov na spodok aby sa tlačidlá lepšie stláčali a lampa "neutekala" po stole.