Уличный термометр: кабель через окно и −30

Мой покупной уличный термометр жил на балконной раме и врал двумя способами сразу: ночью показывал честные −22, а днём, когда солнце переворачивалось на его сторону, вдруг выдавал −8 при реальных −12. Тёмный корпус на прямом свете греется, стекло дышит комнатой с обратной стороны — верить такой цифре нельзя было в принципе. Захотелось честного термометра на экране, да ещё с памятью: минимум и максимум за сезон, чтобы зимы можно было сравнивать между собой, а не по ощущениям.

Проект складывается из четырёх задач: довести шину 1-Wire по кабелю 10-30 м через окно без потерь, закрыть датчик от солнца белым экраном, сгладить показания средним из 16 замеров и записать рекорды в EEPROM. Кнопка листает экран между «сейчас», «мин» и «макс», светодиод загорается, когда мороз перевалил за −25, — цифру видно даже из кухни. Электрика зонда тут та же, что в уроке про подключение DS18B20, а всё остальное — уличная специфика. Журнал t= в мониторе ведёт хронику всей зимы — сохраняйте его в файл, в феврале будет чем похвастаться перед самим собой.

Кабель на 10-30 м — это уже взрослая линия 1-Wire: ёмкость кабеля рыхлит фронты, и без подготовки показания рвутся. Лечение приходит из урока про несколько DS18B20 и длинные линии: витая пара для данных с землёй и подтяжка 2,2 кОм у платы вместо 4,7. Мой рабочий вариант — пара жил из старого Ethernet-кабеля на 15 метров: за две зимы ни одного промаха. Откуда берётся шум в длинных проводах, мы разбирали в уроке про наводки на датчиках — улица добавляет к нему ветер и помехи от соседских блоков питания.

Через окно кабель веду щелью 3-4 мм, просверленной в раме, снаружи капля герметика. Закладывать его в уплотнитель под защёлкой не стоит: рама давит на кабель, и через сезон резина перетирает оплетку до меди. От стекла зонд держу на 5-10 см: стекло зимой холодное, летом тёплое, и датчик, приклеенный к раме, измеряет раму, а не воздух. И снимайте прибор на зиму только для ремонта: рекорды собираются тогда, когда термометр висит на месте месяцами, а не зимует в ящике.

Солнце — главный враг уличного термометра. Тёмная колба на прямом свете прогревается на 5-10 °C выше воздуха, и слепой датчик честно отдаёт эту ерунду в журнал. Лечение старое, как метеорология: белый экран. Мне хватило белого пластикового бокса с прорезями по бокам — тот же принцип, что у метеорологических клеток: белые стенки отражают излучение, воздух гуляет сквозь щели. Плюс правило установки: северная сторона, где солнце не бывает часами. Готовая клетка стоит как пара зондов, но и бокс от обуви у меня живёт третий год.

Собственный шум DS18B20 скромный, десятые доли градуса, но улица добавляет порывы: ветер у стены, струйка тёплого воздуха из щели, солнечный блик через экран. Среднее из 16 замеров гасит разброс примерно вчетверо — корень из числа замеров; механику мы собирали в уроке про фильтр среднего, там он чистил АЦП, здесь работает по цифровой шине. Источник другой, приём тот же: копите замеры, делите на количество, печатаете одно спокойное число.

Цена вопроса — время. При 12 битах 16 замеров съедают 16 × 750 мс = 12 секунд на обновление. Компромисс, на котором я осел: setResolution(11) — шаг 0,125 °C, конверсия 375 мс, полный цикл шесть секунд. Для улицы, где рекорды пишутся за сезон, а не за минуту, этого с запасом; дрожащая последняя цифра на экране исчезает именно из-за усреднения, а не из-за разрешения.

Проверить фильтр глазами легко, если печатать рядом оба числа: сырое и усреднённое. В моём журнале сырое прыгало в диапазоне 0,3-0,4 °C при ветре из щели, среднее ходило на десятую и выглядело как линия, а не как кардиограмма. Как только усреднённое ведёт себя спокойнее сырого на порядок — фильтр настроен. Если оба пляшут одинаково, дело не в шуме, а в физике: ищите сквозняк, обогреватель за шторой или соседский кондиционер, дующий прямо на ваш экран.

Минимум и максимум живут в EEPROM и переживают и отключение света, и ваш отпуск. Ресурс ячейки — около 100 тысяч записей, поэтому пишу только при новом рекорде и только методом update: он трогает ячейку, лишь когда байт изменился — разницу с write мы считали в уроке про ресурс ячеек. Хранение умещается в один байт: байт = температура + 55, шкала −55…+70 °C. Целых градусов для рекорда сезона достаточно: разница между −27 и −27,4 не меняет ни одежду, ни планы.

Чистая плата приходит с ячейками, залитыми 0xFF, — это флаг «рекордов ещё нет». Первый замер засевает оба значения текущей температурой, дальше они ползут сами: вниз — к морозным ночам, вверх — к июльской жаре. Кнопка листает три страницы экрана; я повесил её на D3 — D2 занят шиной 1-Wire, и такой выбор одинаков в симуляторе и на живой плате.

Минус на экране — отдельная песня. Печать отрицательных float сама ставит минус перед числом, придумывать ничего не надо. Грабля в другом: после −9,5 значение ползёт к −12,3, и старая цифра 9 продолжает торчать рядом с новой. Лечение — хвост из пробелов после каждого числа: мусор исчезает. Символ градуса печатается write(223) — глиф знакогенератора HD44780. Экран я не очищаю между обновлениями: clear() раз в шесть секунд даёт видимое мерцание, мы его разбирали в уроке про мерцание LCD.

Цикл с 16 замерами блокирует скетч на шесть секунд, и кнопка отвечает с той же ленью — для термометра приемлемо, для живого меню уже нет. Стандартная дорога дальше — разнести замеры и опрос кнопки по кооперативному циклу: кнопка начнёт отвечать мгновенно, а серия замеров станет очередным делом расписания. Сверка с эталоном простая: соседний спиртовой термометр в тот же теневой час; расхождение больше градуса — возвращайтесь к месту установки и экрану, а не к датчику.

Светодиод мороза я вынес на подоконник отдельными проводами длиной два метра: обычный индикаторный LED с резистором 220 Ом берёт 10 мА, и за столько метров падение напряжения никого не волнует. Ночью красная точка в окне читается через двор — соседи думают, что это гирлянда, а я знаю, что за окном минус двадцать пять. Экран остаётся дома на полке у окна: он для цифр и рекордов, светодиод — для мгновенного ответа на вопрос «одеваться теплее».