Индикация комфорта: светодиоды и пороги нормы

У меня в кладовке-сушилке год висел датчик с одним светодиодом и одним порогом: выше 24 °C — горит, ниже — нет. Логика казалась железной, пока я не посмотрел на это летом: температура в комнате живёт вблизи порога, дышит туда-сюда, и диод строчил как стробоскоп. Домашние решили, что сигнализация сломалась. Я три вечера изучал скетч и схему, прежде чем признал: виноват не датчик и не провода, а сама идея одного порога.

Комнатная температура не стоит на месте. Она плавает в десятых долях градуса от сквозняка и чайника, а DHT11 к этому добавляет свои ±2 °C погрешности и отдаёт показания с шагом в целый градус — между 23 и 24 у него нет ничего. Для такого сенсора граница 24,0 — лотерея: показания прыгают через неё без всякой реальной причины. Индикация «норма или нет» одним диодом с одним порогом либо мигает, либо врёт, третьего не дано.

Выход, к которому я пришёл, — зоны вместо порога. В этом уроке нарисуем три зоны для жилой комнаты, подберём числа-границы, которые не дрожат, зажжём три светодиода, а заодно придумаем, как выразить те же три состояния одним диодом — ритмом вспышек. Схема и привычки из урока про светодиод на макетке пригодятся напрямую.

У зон есть и человеческая сторона. Три состояния читаются как светофор: зелёный — не трогай ничего, красный — иди разбирайся, синий — закрой форточку. Один порог такого словаря не даёт: он умеет говорить только «да или нет», а у любой комнаты словарь побогаче. Чем меньше у прибора состояний, тем чаще он врёт не по-настоящему, а по формулировке — и именно это я увидел в кладовке в тот вечер.

Норму не надо выдумывать. Санитарные правила для жилых комнат в отопительный сезон дают 18–24 °C и влажность 30–45 %, летом верхняя планка влажности доходит до 60 %. Я от себя сдвинул верхнюю границу температуры на два градуса вверх: в комнате с работающим компьютером и двумя людьми 24 °C уже ощущаются как духота, проверено. Моя рабочая зона — 20–26 °C, и она пережила три зимы без правок.

Ширина зоны — не вопрос вкуса, а арифметика. Зона должна быть хотя бы вдвое шире погрешности сенсора, иначе индикация будет щёлкать сама. У DHT11 погрешность ±2 °C, значит зона уже 4 °C — плохая идея: любые 20–26 (шесть градусов) для него на грани, а вот для DHT22 с его ±0,5 °C — с трёхкратным запасом. Отсюда правило: сначала смотрим в паспорт датчика, потом рисуем границы.

С влажностью та же история. Я держу пороги 30 и 60 %: ниже 30 % зимой в квартире с батареями воздух сушит кожу и рассаду, выше 60 % — приглашение плесени на стену. Если ваш прибор едет в теплицу, инкубатор или погреб, числа будут другими — но метод не изменится: зона шире погрешности, границы из задачи, а не с потолка.

Оговорка по железу. У DHT11 паспорт влажности — 20–80 % с точностью ±5 %, и на краях диапазона он врёт заметно сильнее, чем в середине. Моя нижняя граница 30 % лежит внутри, но уже близко к неуютной зоне: в сушилке я видел от DHT11 и 18 %, когда по всему остальному миру воздух был сухой, но не настолько. Для задач, где влажность — главный герой, это аргумент за DHT22 с его ±2–5 % и полным диапазоном от нуля до ста.

Схема честная и скучная, как и должно быть: каждый диод — анодом через резистор 220 Ом к своему пину, катодом на общую землю. Пины 12, 11 и 10: красный — жара, зелёный — норма, синий — холод. Резистор 220 Ом при питании 5 В и падении на диоде около 2 В даёт ток примерно (5 − 2) / 220 ≈ 14 мА — для индикации достаточно, порт Arduino не перенапрягаем. Мой потолок для ярких прозрачных диодов — 330 Ом: они слепят и на 14 мА.

Пины выбраны не навсегда, но не случайно: 12, 11 и 10 стоят на колодке рядом, три провода идут по макетке одной дорожкой и не переплетаются с линией данных датчика. Резисторов три — по одному на диод, общих здесь не бывает. Пин 13 я нарочно оставил свободным — на Uno к нему подключён бортовой светодиод L, который мигает при каждой загрузке и путает картину, если вести индикацию через него. Если пинов мало, диоды уезжают куда угодно — в скетче это три строки define, ничего больше.

Скетч читает пару t и h, считает зону двумя сравнениями и зажигает ровно один диод из трёх. Три горящих одновременно не несут информации: прибор должен отвечать на вопрос «что делать», а не рисовать всё, что измерил. Пары t=, h=, zone= в мониторе — не украшение: с такой печатью строки без правок понимает и Serial Plotter, к которому мы придём в уроке про график показаний.

В макетке симулятора под ногами один светодиод, и это не помеха: три состояния кодируются ритмом вспышек, как на промышленных панелях. Ровно горит — норма. Стробит с периодом около четверти секунды — жара, дела плохо. Редко вспыхивает раз в секунду с лишним — холодно. Такой язык читается и из соседней комнаты, а ночью постоянная лампа не слепит — редкие вспышки видны и в темноте.

Ритм ведёт отдельная функция showZone: она две секунды мигает по своей таблице и за это время к датчику не лезет — опрос остаётся честным, раз в две секунды. Разделение «чтение, решение, показ» — каркас любого прибора: дальше меняется только показ, чтение и решение переезжают из скетча в скетч без правок. А если захочется убрать delay совсем — это делается через millis, мы это разбирали в уроке про millis вместо delay.

Язык ритмов стоит документировать. Я клею на корпус бумажку с расшифровкой — ровно горит: норма; стробит: жарко; мигает редко: холодно, — потому что через полгода никто в доме, включая меня, уже не помнит, что значил этот строб. И держу словарь коротким: больше трёх ритмов на один индикатор — и расшифровка понадобится самому прибору.

Индикация — первый шаг от датчика к прибору. Следующий — не показывать, а действовать: в термостате с гистерезисом к этим же зонам добавляется реле, и комната сама держит тепло. Если ещё выбираете сенсор под свою задачу, сравнение DHT11 и DHT22 разложит разницу по полочкам, а базы про мигание светодиодом и светодиод на макетке пригодятся, когда захотите четвёртый диод — например, жёлтый, между нормой и жарой.

И последнее — про привычку. Пороги, которые я назвал, не истина, а стартовая разметка: измерьте свою комнату неделю через монитор или плоттер и подвиньте границы под неё. У моей кухни зона сместилась на градус вниз — духовка греет, и 26 там наступает раньше. Прибор, который врёт про комфорт в вашем доме по чужой таблице, хуже прибора без индикации вообще.