Современная электроника №9/2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 30 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2022 Модернизированный барометр-гигрометр- термометр с батарейным питанием на базе микроконтроллера EFM8SB20F16 и E-ink дисплея В статье приведены принципиальные схемы, программные средства, разводка плат, конструкция и результаты работы барометра-термометра-гигрометра на базе МЭМС-датчика BME280, микроконтроллера (MK) EFM8SB20F16 и E-ink дисплея WFT0000CZ04 (1,54  epaper-B) с разрешением 200 × 200 пикселов с питанием от литиевой батарейки ER14335, позволяющей обеспечивать непрерывную работу прибора в течение как минимум 10 лет при обновлении показаний давления, температуры и влажности раз в 10 минут. Алексей Кузьминов (г. Москва) Введение В последнее время в широкой прода- же появились новые дисплеи, которые стали называть электронной бумагой (E-paper) или электронными черни- лами (E-ink). Эти дисплеи обладают интересным свойством: они сохраня- ют информацию на экране как в так называемом sleep-режиме (или режи- ме сна), так и вообще при отключе- нии питания. Потребление тока (око- ло нескольких мА) у этих дисплеев происходит только во время обновле- ния информации на экране (несколь- ко секунд), а в sleep-режиме они прак- тически ничего не потребляют (ток не более нескольких десятых мкА). Эти дисплеи имеют разрешение от полутора до нескольких сотен пик- селов по вертикали и горизонтали, в связи с чем, например, при отображе- нии текстовых символов (цифр и букв) достигается практически типографское качество изображения. Использование таких дисплеев в различных устрой- ствах до последнего времени сдержи- валось их относительно высокой ценой (от 1000 руб. и выше) и, кроме того, достаточно узким температурным диапазоном работы (0…+30°C). Одна- ко в последние несколько лет цена их упала почти в 3 раза, а темпера- турный диапазон стал заметно шире (–20…+50°C). Автор задался вопросом: нельзя ли в барометре-термометре- гигрометре [1] заменить ЖКИ на E-ink дисплей? Высокое разрешение E-ink дисплея, конечно, требует существен- но бо ′ льшую программную память, чем имеется в МК EFM8SB10F8, применён- ном в [1], поскольку обмен информа- цией МК с ЖКИ примитивен, и поэто- му для него много памяти не нужно. В связи с этим автор применил более новый МК EFM8SB20F16 с удвоен- ной программной памятью (16 кБ) и существенно бо ′ льшим объёмом опе- ративной памяти (4 кБ против 0,5 кБ у EFM8SB10F8, хотя это не потребова- лось). Помимо этого, в МК EFM8SB20F16 имеется несколько новых опций, сре- ди которых, например, два интерфей- са SPI (SPI0 и SPI1), двукратное сниже- ние потребляемого тока в sleep-режиме (0,3 мкА против 0,6 мкА у EFM8SB10F8) и др. Как оказалось впоследствии, про- граммной памяти MK EFM8SB20F16 более чем достаточно даже при исполь- зовании дисплея с довольно прилич- ным разрешением 200 × 200 пикселов, а использование двух независимых SPI существенно упростило разводку пла- ты МК. Помимо дисплеев, в послед- нее время снизилась и цена BME280 – датчика давления, температуры и влаж- ности (модуль с BME280 можно приоб- рести на Aliexpress по стоимости чуть менее 240 руб.). Причём, что интересно, модуль с BME280 стоит почти в 3 раза дешевле, чем сама микросхема BME280 в корпусе LGA-8. Дальнейшее изложение построено следующим образом. Вначале приве- дены принципиальные схемы устрой- ства и кратко описаны его программ- ные средства (в основном касающиеся вывода информации из МК в дисплей, поскольку о связи МК с BME280 подроб- но написано в [1]), далее показана раз- водка и общий вид плат прибора. Затем рассмотрены его конструкция и резуль- таты работы. Принципиальные схемы В приборе используются три пла- ты: плата МК (рис. 1), плата дисплея (рис. 2), которая непосредственно под- ключается к плате МК, и плата стаби- лизатора (рис. 3), которая также под- ключается к плате МК двухпроводным кабелем. Как видно из рис. 1, плата МК очень проста. Основой платы служит МК D/C MOSI1 CSD MISO0 RST C2D MOSI0 BUSY RES CSB SCK1 SCK0 MOSI0 MISO0 CSB MOSI1 C2D RST RST SCK0 SCK1 BUSY RES CSD D/C TxD RxD RxD TxD +3 +3 +3 +3 +3 +3 (BME280) (EPD) C2 1,0 1 2 3 4 5 6 8 7 X4 PLS-08R1 1 2 3 4 5 6 X5 PLS-06 1 NC 2 GND 3 Vdd 4 NC 5 NC 6 RST 7 C2D 8 XT4 9 XT3 10 P16/BUSY 12 P14/D/C 13 P13 14 P12/MOSI1 15 P11/MISO1 16 P10/SCK1 17 P07 18 P06 20 P04/TXD 19 P03/RXD 11 P15/RES 21 P03 22 P02/MOSI0 23 P01/MISO0 24 P00/SCK0 DD1 EFM8SB20F16-QFN24 R1 1K 1 2 X3 PLS-02R1 1 2 3 4 X2 PLL-4R1 R2 1K 1 2 3 X1 PLL-3R1 C3 0,1 C1 1,0 Рис. 1. Плата MK