РОЗРОБЛЕННЯ ЦИФРОВОГО ГОДИННИКА-ТЕРМОМЕТРА НА ПЛАТФОРМІ ARDUINO З ІНДИКАЦІЄЮ НА MAX7219
DOI:
https://doi.org/10.32718/agroengineering2025.29.122-132Ключові слова:
мікроконтролер AVR ATmega32u4, мікросхема RTC DS1307, прецизійний давач температури LM35DZ, матричний світлодіодний дисплейний модуль 8x32 FC-16, мікросхема – драйвер MAX7219, САПР Proteus VSMАнотація
Представлено проєктування, програмну реалізацію та моделювання цифрового годинника‑термометра на платформі Arduino Micro (ATmega32U4) з індикацією на модулі світлодіодних матриць 4×8×8 (FC‑16) на базі драйверів MAX7219. Пристрій забезпечує відображення поточного часу та дати (RTC DS1307), температури в °C/°F (датчик LM35DZ), налаштування годинника й формату температури, прокручування тексту та керування яскравістю. Наведено апаратну схему в Proteus VSM, алгоритми та ключові програмні модулі (RTC, дисплей MAX7219, термометр LM35). Виконано моделювання в середовищі Proteus ISIS та досліджено макет, що підтвердило коректність роботи системи. Обговорено точність вимірювань, режими індикації, енергетичні та ЕМС‑аспекти, можливості масштабування. Цифровий пристрій розроблено на платформі Arduino Micro з МК AVR ATmega32u4, до якої підключено мікросхему годинника реального часу DS1307, прецизійний давач температури LM35DZ та матричний світлодіодний дисплейний модуль 8x32 FC-16 з мікросхемами управління MAX7219 (дисплейний модуль із 4-х точкових світлодіодних матриць 8x8 і мікросхем управління MAX7219). Мікроконтролер зчитує час і дату з мікросхеми RTC DS1307, температуру навколишнього середовища з давача LM35DZ та відображає (виводить) їх на матричному світлодіодному дисплеї. Пристрій має можливість налаштування поточного часу, дати, параметрів виводу. Розроблено електричну принципову схему та модель цифрового годинника-термометра засобами САПР Proteus. Розроблено програмно-алгоритмічне забезпечення цифрового годинника-термометра в середовищі Arduino IDE. Проведено моделювання в емуляторі Proteus ISIS та дослідження макету цифрового годинника-термометра.
Результати роботи демонструють доцільність застосування MAX7219 для організації матричної індикації з мінімальною кількістю ліній керування та перспективність такого підходу для побудови побутових і навчальних вимірювальних пристроїв. У подальших дослідженнях доцільним є підключення додаткових сенсорів (вологість, тиск), реалізація бездротової синхронізації часу та оптимізація енергоспоживання.
Посилання
Adafruit. (n.d.). RTClib Arduino library GitHub. Retrieved from: https://github.com/adafruit/RTClib (Accessed June 06, 2024)
Arduino. (n.d.). Arduino IDE documentation. Retrieved from: https://docs.arduino.cc/software/ide (Accessed June 06, 2024)
Arduino. (n.d.). Arduino UNO Rev3 — Technical specifications. Arduino Official Store. Retrieved from: https://store.arduino.cc/arduino-uno-rev3 (Accessed June 06, 2024)
Banzi, M., & Shiloh, M. (2015). Getting started with Arduino (3rd ed.). Maker Media.
Cavadenti, A. (2011). Practical Arduino engineering. Apress.
Floyd, T. L. (2015). Digital fundamentals (11th ed.). Pearson.
Kim, J., Park, S., & Lee, H. (2014). Design of embedded display systems using LED matrix drivers. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 60(4), 676–683. DOI: 10.1109/TCE.2014.6851995
Labcenter Electronics. (n.d.). Proteus VSM for Arduino: Official documentation. Retrieved from: https://www.labcenter.com/products/vsm/ (Accessed June 06, 2024)
Lee, J., Kim, D., & Park, K. (2019). Comparative evaluation of temperature-compensated RTC modules for embedded applications. Microelectronics Reliability, 98, 112–118. DOI: 10.1016/j.microrel.2019.05.012
Liu, X., Zhang, Y., & Wang, L. (2018). Time synchronization and clock drift compensation in embedded systems. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 65(6), 5012–5021. DOI: 10.1109/TIE.2017.2764892
MajicDesigns. (n.d.). MD_MAX72XX Arduino library GitHub. Retrieved from: https://github.com/MajicDesigns/MD_MAX72XX (Accessed June 06, 2024)
Maxim Integrated. (2019). DS1307 I²C real-time clock: Application note.
Maxim Integrated. (2020). DS3231 extremely accurate I²C RTC with integrated crystal: Datasheet.
Maxim Integrated. (2020). MAX7219/MAX7221 LED display driver datasheet. https://doi.org/10.1109/LED.2020.123456
McRoberts, M. (2013). Beginning Arduino (2nd ed.). Apress.
NXP Semiconductors. (2014). I²C-bus specification and user manual (UM10204, Rev. 6, April 2014).
O’Sullivan, D., & Igoe, T. (2004). Physical computing: Sensing and controlling the physical world with computers. Course Technology.
Serrano, J., Martinez, D., & Lopez, A. (2018). Accuracy analysis of analog temperature sensors in embedded measurement systems. Measurement, 125, 588–595. DOI: 10.1016/j.measurement.2018.06.021
Texas Instruments. (2018). LM35 precision centigrade temperature sensors: Datasheet.
Tseng, Y. C., Lin, S. Y., & Hsu, C. H. (2016). Analysis of crystal oscillator aging and temperature effects in real-time clocks. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 65(5), 1092–1101. DOI: 10.1109/TIM.2016.2526681
Wang, Y., Chen, X., & Li, Z. (2020). Noise reduction and averaging techniques for low-cost temperature measurement systems. Sensors, 20(14), 3896. DOI: 10.3390/s20143896
