Skip to main content

4.6 Senzory meteorologických údajov

V spojitosti s mikrokontrolérmi a zariadeniami pre Internet vecí sa môžeme stretnúť s rôznymi senzormi teploty a ďalších meteorologických údajov. Líšia sa spôsobom komunikácie - niektoré sú analógové a MCU meria priamo napätie / odpor na súčiastke, z ktorého vypočíta požadovanú hodnotu. Väčšina moderných senzorov však komunikuje digitálne po zbernici. Môže sa jednať o niektorú zo štandardných zberníc, ktoré sme spomínali v kapitole 4.1 Sériová komunikácia MCU, ale aj o špecifickú komunikáciu daného senzoru.

Prehľad digitálnych meteo senzorov

Digitálna komunikácia prináša oproti analógovému meraniu meteorologických údajov významné výhody:

  • jeden senzor / modul môže merať okrem teploty aj iné veličiny (typicky vlhkosť a tlak);
  • senzor môže byť identifikovaný (či len rozlíšením typu alebo aj konkrétneho kusu s unikátnym ID);
  • namerané hodnoty nie sú ovplyvnené dĺžkou kábla a rušením na kábli.

Príklady konkrétnych digitálnych senzorov teploty, s ktorými sa môžeme stretnúť:

  • DHT11 (modrý): teplota (0 až 50 °C, ±2 °C) a vlhkosť (±5 %), vlastná komunikácia po 1 kábli;
  • DHT22 / AM2302 (biely): teplota (-40 až 80 °C, ±0,5 °C) a vlhkosť (±2 %), vlastná komunikácia po 1 kábli, je presnejší ako DHT11;
  • SHT30 / SHT40: teplota (-40 až 125 °C, ±0,2 °C) a vlhkosť (±2 %), komunikácia I²C (0x45 / 0x44), presnejší ako DHT22 (SHT40 je modernejší a úspornejší nástupca SHT30);
  • DS18B20: teplota (-55 až 125 °C, ±0,5 °C), komunikácia One-Wire s rozlíšením unikátneho ID;
  • BMP180: teplota (0 až 65 °C, ±0,5 °C) a tlak (±1 hPa), komunikácia I²C (0x77);
  • BMP280: teplota (-40 až 85 °C, ±0,5 °C) a tlak (±1 hPa), komunikácia I²C (0x76), prípadne aj SPI;
  • BME280: teplota (-40 až 85 °C, ±0,5 °C), vlhkosť (±3 %) a tlak (±1 hPa), komunikácia I²C (0x76), prípadne aj SPI;
  • BME680: teplota (-40 až 85 °C, ±1 °C), vlhkosť (±3 %), tlak (±0,6 hPa) a VOC, komunikácia I²C (0x77) a SPI;
  • AHT10: teplota (-40 až 85 °C, ±0,3 °C) a vlhkosť (±2 %), komunikácia I²C (0x38);
  • HTU21D: teplota (-40 až 125 °C, ±0,3 °C) a vlhkosť (±2 %), komunikácia I²C (0x40);
  • SCD40: teplota (-10 až 60 °C, ±0,8 °C), vlhkosť (±6 %) a CO2 (400 až 2000 ppm, ±50 ppm), komunikácia I²C (0x62);
  • SCD41: teplota (-10 až 60 °C, ±0,4 °C), vlhkosť (±5 %) a CO2 (400 až 5000 ppm, ±40 ppm), komunikácia I²C (0x62).

ukážka nameraných hodnôt zo senzorov.webp

Princíp fungovania

Senzory teploty sú založené na materiáli, ktorý vplyvom teploty výrazne mení svoj odpor. Táto zmena odporu môže byť ďalej zosilnená, aby sme ju mohli na MCU dostatočne presne rozlíšiť.

Senzory relatívnej vlhkosti obsahujú substrát pohlcujúci vlhkosť - čím je vyššia, tým je menší odpor. Relatívna vlhkosť je samozrejme závislá aj od teploty - čím je teplota nižšia, tým menej vodnej pary sa dokáže udržať vo vzduchu, teda tým vyššia bude relatívna vlhkosť pri rovnakom množstve vodnej pary.

Senzory atmosférického tlaku (barometrické senzory) využívajú najčastejšie piezorezistívny jav. Vo vnútri čipu sa nachádza miniatúrna kremíková membrána vyrobená MEMS technológiou, pod ktorou je uzavreté vákuum. Zmeny vonkajšieho atmosférického tlaku spôsobujú mikroskopické prehýbanie tejto membrány. Toto mechanické namáhanie mení elektrický odpor materiálu, čo vnútorný obvod senzora zmeria a zosilní.

Senzory prchavých organických látok (VOC - Volatile Organic Compounds) nerozlišujú konkrétny plyn, ale reagujú okrem iného aj na oxid uhličitý. Preto sú niekedy nesprávne označované aj ako senzory CO2 - nimi však nie sú.

Kalibrácia

Každý senzor teploty (alebo teplomer) môže mať absolútnu odchýlku od správnej hodnoty. Túto môžeme eliminovať prostým posunom (korekciou) pri porovnaní nameranej hodnoty s presnejším referenčným teplomerom. Prípadne môžeme previesť aj vlastnú lineárnu kalibráciu založenú na pevných bodoch na teplotnej stupnici - používa sa bod topenia ľadu (0 °C) a bod topenia gália (29,8 °C).

Podobným spôsobom je možné kalibrovať aj iné typy senzorov.

Senzory M5Stack

V ponuke spoločnosti M5Stack môžeme nájsť viaceré moduly pre meranie meteorologických údajov, v prevedení HAT pre M5Stick sú to:

  • ENV HAT: obsahuje senzory DHT12 (teplota a vlhkosť, I²C 0x5C), BMP280 (tlak a teplota, I²C 0x76) a BMM150 (magnetické pole Zeme, I²C 0x10);
  • ENV II HAT: obsahuje senzory SHT30 (teplota a vlhkosť, I²C 0x44), BMP280 (tlak a teplota, I²C 0x76) a BMM150 (magnetické pole Zeme, I²C 0x10);
  • ENV III HAT: obsahuje senzory SHT30 (teplota a vlhkosť, I²C 0x44) a QMP6988 (tlak a teplota, I²C 0x56).

V prevedení univerzálnych GROVE modulov sú to aj:

  • Unit ENV IV: obsahuje senzory SHT40 (teplota a vlhkosť, I²C 0x44) a BMP280 (tlak a teplota, I²C 0x76);
  • Unit ENV Pro: obsahuje senzor BME688 (teplota, vlhkosť, tlak a VOC, I²C 0x77);
  • Mini Unit TVOC/eCO2: obsahuje senzor SGP30 (VOC, I²C 0x58);
  • Unit CO2: obsahuje senzor SCD40 (CO2, teplota a vlhkosť, I²C 0x62);
  • Unit CO2L: obsahuje senzor SCD41 (CO2, teplota a vlhkosť, I²C 0x62).
Back to top