FastBond环境监测之四合一环境检测传感器
用于检测环境中的温湿度、NH3、CO2,具备485接口,对外输出5V隔离电源。作为485总线的主机设备使用,为从机提供当前环境参数。
标签
环境监测
485总线
电子风清扬
更新2021-12-01
988

内容介绍

项目介绍:

本次设计一款环境检测传感器,用于检测环境中的温度湿度、CO2、NH3。   

1、具备485接口,可以对外输出环境信息,作为主机使用

2、具备0.96寸OLED显示屏,将传感器数值显示在屏幕上

3、具备IAP功能,做到不拆机程序升级

4、可对外输出5V隔离电源

 

项目具备基础

1、自主编写的基于STM32F103的嵌入式软件平台

2、自主编写的串口调试上位机(凌霄串口助手),具备常用的调试功能,调试按钮发送不同命令,支持各种校验计算校验和、CRC16等

3、IAP升级底层代码以及上位机已经投入实际工程项目中使用

主要芯片介绍

1、ADM2483 

项目中所采用的485隔离转换芯片

制造商 Analog Devices Inc.

  • 成电气数据隔离的RS-485收发器
  • 符合ANSI TIA/EIA RS-485-A和ISO 8482:1987(E)标准
  • 数据速率:500 kbps
  • 限摆率驱动器输出
  • 低功耗工作:2.5 mA最大值
  • 适用的工作电压(VDD1):5 V或3 V
  • 高共模瞬变抗扰度: >25 kV/μs
  • 真故障保护接收器输入
  • 无震颤上电/关断保护
  • 总线支持256个节点
  • 热关断保护
  • 工作温度范围:-40°C至+85°C

2、MAX17624

项目中所使用的LDO芯片

制造商 美信

Easy to Use
• 2.9V to 5.5V Input
• Adjustable 0.8V to 3.3V Output
• ±1% Feedback Accuracy
• Up to 1A Output Current
• Fixed 2MHz or 4MHz Operation
• 100% Duty-Cycle Operation
• Internally Compensated
• All Ceramic Capacitors
● High Efficiency
• Selectable PWM- or PFM-Mode of Operation
• Shutdown Current as Low as 0.1μA (typ)
● Flexible Design
• Internal Soft-Start and Prebias Startup
• Open-Drain Power Good Output (PGOOD Pin)
● Robust Operation
• Overtemperature Protection
• Overcurrent Protection
• -40°C to +125°C Ambient Operating
Temperature/ -40°C to +150°C Junction
Temperature

注: 实际使用为MAX17624,由于封装一样,原理图没有修改。

3、MAX17662

项目中所使用的DCDC芯片,封装尺寸小,高输出功率

制造商 美信

Reduces External Components and Total Cost
• No Schottky—Synchronous Operation
• Internal Compensation Components
• All-Ceramic Capacitors, Compact Layout
● Reduces Number of DC-DC Regulators to Stock
• Wide 3.5V to 36V Input
• Adjustable Output Voltage Range from 0.6V up to
90% of VIN
• Delivers Up to 2A Over the Temperature Range
• 400kHz to 2.2MHz Adjustable Frequency
• Available in a 16-pin, 3mm x 3mm TQFN Package
● Reduces Power Dissipation
• Peak Efficiency of 95%
• DCM Mode Enable Enhanced Light-Load Efficiency
• Wide 2.4V to 12V Bootstrap Bias Input (EXTVCC)
for Improved Efficiency
• 6.5μA Shutdown Current
● Operates Reliably in Adverse Industrial Environments
• Hiccup-Mode Overload Protection
• Adjustable and Monotonic Startup with Prebiased
Output Voltage
• Built-in Output-Voltage Monitoring with RESET
• Programmable EN/UVLO Threshold
• Overtemperature Protection
• High Industrial -40°C to +125°C Ambient Operating
Temperature Range/-40°C to +150°C Junction
Temperature Range

项目整体方案

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硬件原理设计

DCDC电路

Fmo-_nB6N4afmlYdyslqPJBkMuwr

LDO加隔离电源

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485转换电路

FlGleRL2xdmQrYl4SWNpxI2qD6Hd

MCU电路

FmtbTlpWwGBuHq3_M9y9mF3pQAac

 

焊接调试过程

空PCB板检查

FgvINd0kGZCZpULXxWaocHIk_cJR

电源部分焊接

Fqe16xkaAv6xjqedAKTvqblaKG9b

上夹具

Fslhk6_zP6kdgRT4enZCnfW_ZEuX

检查各部分是否短路

FhapRqJLCWoUX9TJ8BafMl6vO0Lz

FtFa0sNI8Wvk1nSNkpnVjH4xGGS1FtTp7ltlTtg4e3tclc34BmoJ_8d5

通电测试

FnoIWwlYqEJumDTcTD_jTdFGm5yw

继续焊接485转换电路

FkMmurS-wzOsrwSuhZw6Rjxi7HMg

焊接MCU部分

FuNYWMe_K5vM6za-aluGkVjrLSZI

焊接OLED屏幕

FlQ8UaMP0zFRosxjttZeGv928xhG

焊接氨气传感器

FpowFowcUDumYM_UKcWqwIT8Sxc9

焊接二氧化碳传感器及温湿度传感器

FoN44QdInoUSxOSKIh53wpWtNHZo

洗板水清洗电路板

FlKNiWStejRXIXVa0HU4IUr9sDEe

成品展示

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烧写程序并进行测试

FgAMgsUmBrx9q0vX9C5lmbAXOGB2

485电路测试以及IAP升级功能测试

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最终成品展示

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嵌入式软件设计说明

本设计采用freertos,共分为三个任务。

  • 二氧化碳解析处理任务
  • OLED显示处理任务
  • 485通信解析任务

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通过两个软件定时器周期性采集氨气传感器以及温湿度传感器的值

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至此,本项目的设计已经全部完工

 

项目后续延申,面向产品

1、考虑将传感器全部移除,降低成本。通过AD采集不同的模拟量来模拟环境传感器,打造一款485总线变送器学习装置(面向学生)

2、总线协议采用标准的Modbus协议,将传感器更换为精度更高的,打造一款面向养殖业、工厂等场合的环境变送器。(优势在于多传感器合一,成本优势很大,体积小巧,自由度高)。

附件下载

bootloader.hex
Project_1.hex

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