Attiny85 Termómetro OLED

Introduction: Attiny85 Termómetro OLED

About: An agricultural engineer who married a Linux PC some years ago.

Este proyecto consiste en un termómetro pequeño y simple que muestra la temperatura actual, la humedad relativa y el índice de temperatura. Puede realizarse con un ATmega328p, pero lo interesante de esta versión es utilizar un ATtiny85 cuyo tamaño y consumo de batería convergen en un dispositivo pequeño y portátil.

A continuación describiré el funcionamiento, seguido mostraré el circuito y finalizaré con el programa y algunos comentarios sobre el proyecto en general.

Supplies

1 x ATtiny85

1 x Arduino UNO/PRO/etc (programador del ATtiny)

1 x 128x64 pantalla I2C OLED

1 x Sensor temperatura DHT22

1 x Resistencia 4.7MOhm (1/4W)

1 x Capacitor electrolítico 0.1uF

1 x Fuente de 3.3V - 5V 10+ x Jumpers

Step 1: Descripción Del Funcionamiento

El objetivo del proyecto es mostrar los tres valores anteriormente mencionados en la pantalla OLED, además, como objetivo secundario, e incluido el uso de la librería sleep.h e interrupt.h para activar el termómetro manualmente y así reducir el consumo para extender la vida de la batería.

Nuestro programa se guiará por el siguiente proceso:
Leer temperatura -> Mostrar temperatura en pantalla -> Apagar ATtiny -> Reiniciar al presionar botón.

Para cada uno de estos pasos dejaremos la mayor parte del trabajo a las librerías ya existentes, por lo que no reinventaremos la rueda. La librería DHT sensor library de Adafruit (disponible en el IDE) y Tiny4kOLED de datacute que descargaremos de Github ya que, al parecer, el autor original es datacute y, además, necesitaremos modificarla un poco luego.

El método de reinicio puede ser tanto un botón como dos placas metálicas que se tocan para encender el equipo. En lo personal, he encontrado la opción de las placas metálicas más interactivo.

Step 2: Circuitos

En la primer imagen se encuentra el circuito que requerimos para programar el ATtiny85. Primeramente se debe programar al Arduino (el capacitor debe estar desconectado) con el sketch ArduinoISP, que se encuentra en Archivos -> Ejemplos -> 11.ArduinoISP. Una vez hecho esto se debe colocar el capacitor para evitar que nuestro Arduino se reinicie al programar el ATtiny85.

El ATtiny se puede alimentar directamente del Arduino. En caso de utilizar una fuente de poder como una batería es necesario conectar la masa (GND) del Arduino y el ATtiny85.

Colocar un botón entre el pin 13 del Arduino y el 2 del ATtiny puede facilitar el hacer pruebas ya que la pantalla no puede estar conectada cuando se programa al ATtiny.

Como se observa en las imágenes. El pin SDA del ATyiny es el 0 y el SCL/CLK es el 2. Nuestro DHT está conectado en el pin 4.

Step 3: Programación

Primeramente, debemos seleccionar "Arduino as ISP" como el programador. Si aún no han instalado la placa para el ATtiny, recomiendo instalar la placa ATtinyCore de Spence Konde. Esta placa no me generó ningún problema de compilación durante la realización del proyecto.

La placa debe estar configurada sin BOD, con un reloj de 8MHz interno y sin OptiBoot. Si utilizamos 1MHz la comunicación por I2C no es estable y a 16MHz con cristal externo, además de perder dos pines digitales, el consumo energético aumenta considerablemente.

Cabe destacar que he modificado un archivo en la librería Tiny4kOLED. El archivo modificado es "font8x16.h" y he cambiado la línea 117 por el siguiente código con el fin de cambiar el símbolo ~ por ° que usaremos en °C.

0x00,0x06,0x01,0x01,0x02,0x02,0x04,0x04,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00

A continuación ajunto el sketch necesario para el proyecto.

#include <dht.h><br>#include <tiny4koled.h>
#include <avr interrupt.h="">
#include <avr sleep.h=""></avr></avr></tiny4koled.h></dht.h>
#define I_PINB PCINT3
#define I_PIN PB3
#define I_VECTOR PCINT0_vect
#define adc_disable() (ADCSRA &= ~(1<<aden)) disable="" adc="" converter<="" p=""></aden))>
#define DHTPIN 4
#define DHTTYPE DHT22

DHT dht(DHTPIN,DHTTYPE);

const uint8_t width = 128;
const uint8_t height = 64;

volatile bool turned = false;

/*
*
* Interrupt handler
*
*/
ISR(PCINT_VECTOR){ //interrupt always recovers from sleep
  if( digitalRead(I_PIN) == HIGH ) {
    turned = true; //set the flag to redraw screen again
  }
}void setup() {
  cli(); //turn off interrupts

  PCMSK |= (1 << I_PINB);
  GIMSK |= (1 << PCIE);
  pinMode(I_PIN, INPUT);

  sei(); //turn on interrupts

  adc_disable(); //save power turning off the converter
  set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN); //set the type of sleep to deep sleep

  oled.begin(width, height, sizeof(tiny4koled_init_128x64br), tiny4koled_init_128x64br); //start oled object
  oled.setFont(FONT8X16); //this font looks better than the other one
  drawScreen();
  oled.on();
  
  delay(2000);
  dht.begin();
  
  turned = true; //flag for drawing screen
}

void sleep(){
  sleep_enable();
  sleep_cpu();
}

void loop() {
  if (turned){
    cli(); //turn off interrupts
    oled.on();

    float h = dht.readHumidity();//false read to reset dht cache
    delay(2200);//wait dht to load
    h = dht.readHumidity();
    float t = dht.readTemperature();
    float i = dht.computeHeatIndex(t,h,false);
  
  
    oled.setCursor(55, 1);
    oled.print(t);
    oled.print("~C");
    oled.setCursor(55, 3);
    oled.print(h,0);
    oled.print("%");
    oled.setCursor(55,5);
    oled.print(i);
    oled.print("~C"); //the ~ symbol was changed on the library to look like a ° degree symbol
    delay(5000); //show for 5 seconds
    oled.off();
    
    turned = false;
    sei();//attach interrupts again
  }

  sleep(); //always go to sleep at the end
  
  
}

void drawScreen() {
  //draws the frame an the main text
  
  for (uint8_t y = 0; y < 8; y++) {
    oled.setCursor(0, y);
    oled.startData();
    for (uint8_t x=0; x<128; x += 2) {
      oled.sendData(0b10101010);
      oled.sendData(0b01010101);
    }
    oled.endData();
  }

  oled.setCursor(0, 0);
  oled.startData();
  oled.sendData(0b11111111);
  oled.repeatData(0b00000101, width - 2);
  oled.sendData(0b11111111);
  oled.endData();

  for (uint8_t y = 1; y < (height - 8) / 8; y++) {
    oled.setCursor(0, y);
    oled.startData();
    oled.sendData(0b11111111);
    oled.repeatData(0b00000000, width - 2);
    oled.sendData(0b11111111);
    oled.endData();
  }

  oled.setCursor(0, (height - 8) / 8);
  oled.startData();
  oled.sendData(0b11111111);
  oled.repeatData(0b10100000, width - 2);
  oled.sendData(0b11111111);
  oled.endData();

  oled.setCursor(4, 1);
  oled.print("Temp:");
  oled.setCursor(4, 3);
  oled.print("Hum:");
  oled.setCursor(4,5);
  oled.print("Sens:");
}

Step 4: Conclusiones

  • A pesar de su tamaño insignificante, el ATtiny85 ofrece una amplia gama de aplicaciones en las que podemos implementar este controlador de bajo costo sin perder funcionalidad. Personalmente no esperaba que fuera posible incluir el control de pantalla y de sleep juntos debido a las limitaciones de memoria. Dichozamente, el programa ha entrado en nuestro ATtiny.
  • Existen otras librerías para las pantallas OLED. La librería GFX de Adafruit no me permitió compilar por lo que decidí buscar algo precisamente para el ATtiny, pero existen otras librerías y soluciones que son interesantes de explorar.
  • El consumo del dispositivo es muy bajo. Considerando un uso constante, he medido y estimado la vida para una batería de 3000mAh (NiMH o LiIon) en 500 días. El consumo podría reducirse aún más desconectando la pantalla y el sensor directamente desde un pin del ATtiny, pero no lo he considerado necesario.
  • Según Technoblogy.com el ATtiny puede operar en un consumo tan bajo como el mostrado en la primera imagen, pero en este proyecto he obtenido un consumo mayor que corresponde al de la segunda imagen. El consumo de la batería continúa siendo lo suficientemente bajo como para ser un proyecto factible.

Step 5: Links Y Lecturas Relacionados

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