Měření teploty pomocí vnitřního teplotního senzoru a zobrazení výsledků na LED displeji se čtyřmi ciframi.

Použité součástky

  • Raspberry Pi Pico

  • LED displej 4x sedmisegmentovka s obvodem TM1637

  • rezistor 100 kOhm 1 kusy, keramický kondenzátor 100 nF (stabilizace stem[V_{reg}] na zem)

  • powerbanka 5V/10000 mAh

  • propojovací kabel

Schéma zapojení

Pico teplomer s LCD schema
Figure 1. Schema zapojení

Výsledek

teplomer2
Figure 2. Výsledek po jednoduché kalibraci, chyba měření je +/- 1°C, na Picu běží vylepšená verze programu.

Zdrojové soubory

teplomer.c první verze
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <PicoTM1637.h>
#include <pico/stdlib.h>
#include "hardware/adc.h"
#include "hardware/gpio.h"

#define CLK_PIN 26
#define DIO_PIN 27

int main()
{
char buffer[10];

    // debugování přes USB
    stdio_init_all();
    // inicializace a konfigurace LED displeje
    TM1637_init(CLK_PIN, DIO_PIN);
    TM1637_clear();
    TM1637_set_brightness(6); // nastavení jasu displeje, povolené hodnoty jsou od 0 do 7 (0 displej skoro nesvítí, 7 maximální jas)

    adc_init();
    adc_set_temp_sensor_enabled(true);
    adc_select_input(4);

    while(1) {
	    uint16_t raw = adc_read();
	    const float conversion_factor = 3.27f / (1<<12);
	    float result = raw * conversion_factor;
	    float tempf  = 27 - (result - 0.706)/0.001721;
	    int temp     = (27 - (result - 0.706)/0.001721)*10; (1)
	    int desetina = temp % 10; (2)
	    int teplotac = temp / 10; (3)
	    snprintf(buffer,9,"%02d:%1dC",teplotac,desetina);
	    printf("temp=`%d`\n",temp);
        TM1637_display_word(buffer,true); (4)
        sleep_ms(2000);
    }

    return 0;
}
1 Násobení deseti a uložení do proměnné typu int je trik, jak uříznout nepotřebné číslice za desetinnou čárkou, budeme měřit s přesností na stupně, desetinny jsou již nestabilní.
2 Celá část hodnoty teploty před desetinou čárkou.
3 Desetina.

Problém je ovšem v nestabilitě referenčního napětí, druhá verze programu dělá " pseudo integraci" naměřených hodnot a hodnota teploty tolik neskáče. Pseudo integrace spočívá ve výpočtu průměru za 10 odečtů.

teplomer2.c — lepší verze
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <PicoTM1637.h>
#include <pico/stdlib.h>
#include "hardware/adc.h"
#include "hardware/gpio.h"

#define CLK_PIN 26
#define DIO_PIN 27

int main()
{
char buffer[10];
uint16_t raw;
const float conversion_factor = 3.24f / (1<<12); (1)
float result;
float teploty[10]={0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0}; (2)
int teplota = 0;
int cela = 0;
int desetina = 0;

    // debugování přes USB
    stdio_init_all();
    // inicializace a konfigurace LED displeje
    TM1637_init(CLK_PIN, DIO_PIN);
    TM1637_clear();
    TM1637_set_brightness(6); // nastavení jasu displeje

    adc_init();
    adc_set_temp_sensor_enabled(true);
    adc_select_input(4);

    while(1) {
        for(int i=0; i<10; i++) {   (3)
	        raw = adc_read();
	        result = raw * conversion_factor;
	        teploty[i]  = 27 - (result - 0.706)/0.001721;
            sleep_ms(100);
            printf("T%d: %f ",i,teploty[i]);
        }
        teplota = 0;
        for(int j=0; j<10; j++) { (4)
            teplota += teploty[j];
        }
	    printf("teplota=`%d`\n",teplota);

	    desetina = teplota % 10;
	    cela     = teplota / 10;
	    snprintf(buffer,9,"%02d:%1dC",cela,desetina);
        TM1637_display_word(buffer,true);
        sleep_ms(1000);
    }
    return 0;
}
1 Přesun konverzního faktoru a definicí proměnných mimo měřící smyčku. 3.27 jsem nastavil podle změřeného referenčního napětí konkrétního kusu Pico. (1<<12) posune jedničku o 12 míst binárně doleva, je to to samé jako \(2^{12}=4096_{10}\).
2 Zde poměrně rychle odečteme 10 hodnot, ze kterých se potom udělá průměr
3 Načtení deseti hodnot s odstupem 100 ms a uložení do pole teploty[].
4 Tady se 10 hodnot sečte a protože potřebujeme výsledek na displeji posunout o jedno místo doleva (o deset), tak se při výpočtu průměru deseti nedělí, je to trochu optimalizace.

Dále jsou potřebné soubory pro sestavení projektu, CMakeLists.txt a pico_sdk_import.cmake.

CMakeLists.txt
cmake_minimum_required(VERSION 3.13)

# Pull in Pico SDK (must be before project)
include(pico_sdk_import.cmake)

project(
  TM1637_teplomer
  LANGUAGES C CXX ASM)

set(CMAKE_C_STANDARD 11)
set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
pico_sdk_init()

include("../PicoTM1637.cmake")

add_executable(TM1637_teplomer teplomer.c)

#target_link_libraries(TM1637_teplomer PicoTM1637 pico_stdlib)

target_link_libraries(TM1637_teplomer
    PicoTM1637
    pico_stdlib
    hardware_adc
    hardware_i2c
)

pico_enable_stdio_usb(TM1637_teplomer 1)
pico_enable_stdio_uart(TM1637_teplomer 0)

# Uncomment for .uf2 output
pico_add_extra_outputs(TM1637_teplomer)
pico_sdk_import.cmake
# This is a copy of <PICO_SDK_PATH>/external/pico_sdk_import.cmake

# This can be dropped into an external project to help locate this SDK
# It should be include()ed prior to project()

if (DEFINED ENV{PICO_SDK_PATH} AND (NOT PICO_SDK_PATH))
    set(PICO_SDK_PATH $ENV{PICO_SDK_PATH})
    message("Using PICO_SDK_PATH from environment ('${PICO_SDK_PATH}')")
endif ()

if (DEFINED ENV{PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT} AND (NOT PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT))
    set(PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT $ENV{PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT})
    message("Using PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT from environment ('${PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT}')")
endif ()

if (DEFINED ENV{PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT_PATH} AND (NOT PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT_PATH))
    set(PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT_PATH $ENV{PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT_PATH})
    message("Using PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT_PATH from environment ('${PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT_PATH}')")
endif ()

set(PICO_SDK_PATH "${PICO_SDK_PATH}" CACHE PATH "Path to the Raspberry Pi Pico SDK")
set(PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT "${PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT}" CACHE BOOL "Set to ON to fetch copy of SDK from git if not otherwise locatable")
set(PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT_PATH "${PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT_PATH}" CACHE FILEPATH "location to download SDK")

if (NOT PICO_SDK_PATH)
    if (PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT)
        include(FetchContent)
        set(FETCHCONTENT_BASE_DIR_SAVE ${FETCHCONTENT_BASE_DIR})
        if (PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT_PATH)
            get_filename_component(FETCHCONTENT_BASE_DIR "${PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT_PATH}" REALPATH BASE_DIR "${CMAKE_SOURCE_DIR}")
        endif ()
        FetchContent_Declare(
                pico_sdk
                GIT_REPOSITORY https://github.com/raspberrypi/pico-sdk
                GIT_TAG master
        )
        if (NOT pico_sdk)
            message("Downloading Raspberry Pi Pico SDK")
            FetchContent_Populate(pico_sdk)
            set(PICO_SDK_PATH ${pico_sdk_SOURCE_DIR})
        endif ()
        set(FETCHCONTENT_BASE_DIR ${FETCHCONTENT_BASE_DIR_SAVE})
    else ()
        message(FATAL_ERROR
                "SDK location was not specified. Please set PICO_SDK_PATH or set PICO_SDK_FETCH_FROM_GIT to on to fetch from git."
                )
    endif ()
endif ()

get_filename_component(PICO_SDK_PATH "${PICO_SDK_PATH}" REALPATH BASE_DIR "${CMAKE_BINARY_DIR}")
if (NOT EXISTS ${PICO_SDK_PATH})
    message(FATAL_ERROR "Directory '${PICO_SDK_PATH}' not found")
endif ()

set(PICO_SDK_INIT_CMAKE_FILE ${PICO_SDK_PATH}/pico_sdk_init.cmake)
if (NOT EXISTS ${PICO_SDK_INIT_CMAKE_FILE})
    message(FATAL_ERROR "Directory '${PICO_SDK_PATH}' does not appear to contain the Raspberry Pi Pico SDK")
endif ()

set(PICO_SDK_PATH ${PICO_SDK_PATH} CACHE PATH "Path to the Raspberry Pi Pico SDK" FORCE)

include(${PICO_SDK_INIT_CMAKE_FILE})

Zdroje a odkazy

Zdrojové kódy projektu teplomer.tar.gz

Knihovna pro displej s čipem TM1637 na githubu https://github.com/wahlencraft/TM1637-pico