### 3.3.7 Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsregelung
#### 3.3.7.1 Übersicht
In diesem Projekt zeigen wir, wie man ein Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsregelungssystem mit einem micro:bit‑Board, dem XHT11 Temperatur‑ und Feuchtigkeitssensor, einem 130 Motor, einem Atomisierungsmodul und einem OLED‑Display aufbaut.
Das System misst die Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit mit dem XHT11‑Sensor und reguliert diese durch Steuerung der Lüfterdrehung und des Wasserdampf‑Sprühens des Atomisierungsmoduls nach Bedarf. Wenn die Temperatur oder die Luftfeuchtigkeit einen eingestellten Schwellenwert überschreitet, werden der Lüfter eingeschaltet und das Atomisierungsmodul sprüht Wasserdampf. Gleichzeitig zeigt das OLED‑Display die aktuelle Temperatur und Luftfeuchtigkeit in Echtzeit an.
Da es Temperatur und Luftfeuchtigkeit regeln kann, findet es breite Anwendung in Projekten, die eine Kontrolle dieser Parameter benötigen.
#### 3.3.7.2 Bauteilkenntnisse
**XHT11 Temperatur‑ und Feuchtigkeitssensor**
Der XHT11 Temperatur‑ und Feuchtigkeitssensor liefert digitale Signale. Er erfasst und wandelt analoge Signale um und misst Temperatur und Feuchtigkeit, wobei er eine ausgezeichnete Langzeitstabilität und hohe Zuverlässigkeit bietet. Außerdem beinhaltet er einen hochpräzisen resistiven Feuchtesensor und einen resistiven temperaturabhängigen Temperatursensor und ist an ein 8‑Bit Hochleistungs‑Mikrocontroller‑System angeschlossen.
**XHT11 Kommunikationsmodus:**
Der XHT11 verwendet eine vereinfachte Ein-Draht‑Kommunikation. Ein Ein-Draht‑Bus bedeutet, dass es nur eine Datenleitung gibt, sodass Datenübertragung und Steuerung im System dort erfolgen.
- Definition der Bitübertragung im Ein-Draht-Bus:
- Datenformat des Ein-Draht‑Busses: 40 Bits werden jeweils übertragen, wobei die höheren Bits zuerst ausgegeben werden.
- 8‑Bit Feuchtigkeitsinteger + 8‑Bit Feuchtigkeitsdezimal + 8‑Bit Temperaturinteger + 8‑Bit Temperaturdezimal + 8‑Bit Paritätsbit. **Hinweis: Der Dezimalteil der Luftfeuchtigkeit ist 0**.
- Definition des Paritätsbits:
- 8‑Bit Feuchtigkeitsinteger + 8‑Bit Feuchtigkeitsdezimal + 8‑Bit Temperaturinteger + 8‑Bit Temperaturdezimal. Das 8‑Bit Paritätsbit sind die letzten 8 Bits des Ergebnisses.
Daten‑Zeitreihendiagramm:
Nachdem der Host (MCU) einmal ein Startsignal gesendet hat, wechselt der XHT11 vom Niedrigstrommodus in den Hochgeschwindigkeitsmodus. Sobald das Startsignal des Hosts endet, sendet der XHT11 ein Antwortsignal, gibt 40‑Bit Daten aus und führt eine Signalakquisition durch. Die Signalübertragung ist wie unten dargestellt.
⚠️ **Hinweis:** Die vom Host vom XHT11 gelesenen Temperatur‑ und Feuchtigkeitsdaten sind immer der vorherige Messwert. Wenn der Abstand zwischen zwei Messungen groß ist, lesen Sie bitte zweimal hintereinander und verwenden Sie den zweiten erhaltenen Wert als Echtzeitwert.
**Schaltbild:**
**Parameter:**
- Betriebsspannung: DC 3.3V~5V
- Betriebsstrom: (Max)2.5mA@5V
- Maximale Leistung: 0.0125W
- Temperaturbereich: -25 ~ +60°C (±2℃)
- Feuchtigkeitsbereich: 5 ~ 95%R (Genauigkeit ±5%RH bei ca. 25 °C)
- Ausgangssignal: Digitaler bidirektionaler Ein‑Draht‑Bus
**Atomisierungsmodul**
Das Atomisierungsmodul besteht aus einem Treiber und einer Zerstäubungsplatte, die Wasser zerstäubt. Es kann von einem Mikrocontroller oder über manuelle Tasten gesteuert werden.
**Funktionsprinzip:** Das Atomisierungsmodul verwendet in der Regel Ultraschalltechnologie zur Erzeugung von Wasserdampf. Es enthält eine piezoelektrische Keramikplatte, die zu vibrieren beginnt, wenn eine Hochfrequenzspannung angelegt wird. Die Vibration sammelt kleine Wassertropfen an der Wasseroberfläche, die dann dispergiert werden, um feinen Sprühnebel zu bilden.
**Qualität des Sprühnebels:** Dieses Modul kann Wasser effektiv in winzige Wasserpartikel umwandeln, üblicherweise im Bereich von 1 bis 5 Mikrometern. Dieser feine Nebel verdunstet und verteilt sich leichter in der Luft und wirkt somit als effektiver Luftbefeuchter.
⚠️ **Achtung:**
**1. Nach dem Einschalten sollte die Zerstäubungsplatte ins Wasser gelegt werden. Wenn sie längere Zeit an der Luft verbleibt, erhitzt sich die Platte und kann durchbrennen.**
**2. Legen Sie die Zerstäubungsplatte vorsichtig auf die Wasseroberfläche. Wenn sie untergetaucht ist, erzeugt sie keinen Sprühnebel.**
**Parameter:**
- Betriebsspannung: DC 5V
- Befestigungsloch: Durchmesser 4,8 mm, Abstand 16 mm
- Abmessungen: 31 mm Länge, 23 mm Breite, 8 mm Höhe
- Gewicht: 4,5 g
- Betriebstemperatur: -25°C bis +60°C
- Modul‑Schnittstelle: 3‑polige gebogene Stifte, Rastermaß 2,54 mm
- Anschluss der Zerstäubungsplatte: PH2.0 Buchsenanschluss
- Funktion: Wandelt Wasser in feinen Sprühnebel um und gibt ihn in die Luft ab
**Abmessungen der Zerstäubungsplatte:**
⚠️ **Hinweis: Ziehen Sie möglichst nicht an dem Kabel der Platte, da sonst der Lötpunkt abreißen kann.**
**Gebrauchsanweisung des Atomisierungsmoduls:**
Es gibt zwei Steuerungsmodi: per Tasten und per MCU‑Programmierung.
**Tastenkontrolle:** Drücken Sie die Taste, um das Atomisierungsmodul einzuschalten. Drücken Sie die Taste erneut, um es auszuschalten.
**MCU‑Programmiersteuerung:** Simuliert das Drücken einer Taste. Es gibt im Normalzustand ein High‑Signal aus und bei Betätigung ein Low‑Signal. Beim Loslassen gibt es wieder ein High‑Signal aus.
Daher muss beim Einsatz einer MCU nur ein kurzer Low‑Pegel an das Modul angelegt werden, wie beim Drücken der Taste. Die Start‑ oder Pausenzeiten des Atomisierungsmoduls können durch Anpassen der High‑Zeit gesteuert werden.
**Montieren Sie die Watte‑/Baumwollstange:**
1\. Tauchen Sie die Watte‑/Baumwollstange vollständig in Wasser ein (finden Sie einen Behälter mit ausreichend Volumen, so dass die gesamte Stange mit Wasser bedeckt ist, und lassen Sie sie mehr als 5 Minuten einweichen, damit sie das Wasser vollständig aufsaugt).
2\. Montieren Sie die Zerstäubungsplatte innerhalb der Plastikhalterung. Achten Sie auf die Richtung der Platte. Legen Sie das Kabel in die Nut der Halterung.
3\. Schließen Sie die andere Seite der Plastikhalterung.
4\. Setzen Sie die Watte‑/Baumwollstange in die Mitte der Halterung ein. Sie muss vollständig bis zum Boden eingesetzt werden, bis sie die Zerstäubungsplatte berührt.
5\. Verbinden Sie die Zerstäubungsplatte mit dem PH2.0 Buchsenanschluss des Moduls, wie unten gezeigt.
6\. Schließen Sie das Atomisierungsmodul an das micro:bit Shield an und verbinden Sie eine externe Stromversorgung.
7\. Tauchen Sie die Watte‑/Baumwollstange erneut für über 3 Minuten in Wasser. Das Wasser sollte die Stange möglichst vollständig bedecken, aber es darf nicht überlaufen.
8\. Drücken Sie die schwarze Taste am Modul, und Sie werden sehen, dass es zu sprühen beginnt. Der Sprühvorgang dauert 3 Sekunden. Drücken Sie die Taste erneut, um ihn zu stoppen.
⚠️ **Achtung: Die Zerstäubungsplatte sollte nicht lange ununterbrochen arbeiten; jeder Einsatz sollte 5 Sekunden nicht überschreiten. Es ist am besten, 1 bis 2 Minuten zu pausieren, bis die Watte‑/Baumwollstange wieder voll Wasser ist, bevor Sie weiterarbeiten. Andernfalls kann sie durchbrennen.**
#### 3.3.7.3 Benötigte Komponenten
| |  | |
| :--: | :--: | :--: |
| micro:bit V2 Hauptplatine ×1 | micro:bit Shield ×1 | Atomisierungsmodul ×1 |
||| |
|XHT11 Temperatur- und
Feuchtesensor ×1|OLED‑Display ×1 |130 Motor ×1|
| |||
| micro USB‑Kabel ×1 | 4‑poliges Kabel ×2 | 3‑poliges Kabel ×2 |
| || |
|Lüfter ×1|Batteriehalter ×1|AA‑Batterien (**selbst bereitstellen**) ×6|
#### 3.3.7.4 Anschlussdiagramm
⚠️ **Beim Verdrahten bitte auf die Kabelfarben achten.**
| 130 motor | Kabelfarbe | micro:bit Shield Pin | micro:bit Board Pin |
| :--: | :--: | :--: | :--: |
| G | black | G | G |
| V | red | V2 | V |
| IN+ | blue | 2 | P2 |
| IN- | green | 13 | P13 |
| OLED display | Kabelfarbe | micro:bit Shield Pin | micro:bit Board Pin |
| :--: | :--: | :--: | :--: |
| GND | black | G | G |
| VCC | red | V2 | V |
| SDA | blue | 20 | P20 |
| SCL | green | 19 | P19 |
| Atomisierungsmodul | Kabelfarbe | micro:bit Shield Pin | micro:bit Board Pin |
| :--: | :--: | :--: | :--: |
| G | black | G | G |
| V | red | V2 | V |
| S | yellow | 16 | P16 |
| XHT11 Temperatur- und
Feuchtesensor | Kabelfarbe | micro:bit Shield Pin | micro:bit Board Pin |
| :--: | :--: | :--: | :--: |
| G | black | G | G |
| V | red | V1 | V |
| S | yellow | 0 | P0 |
#### 3.3.7.5 Ablauf des Codes
#### 3.3.7.6 Testcode
⚠️ **Beachte, dass die Schwellenwerte 30 und 70 in der if()-Bedingung entsprechend der tatsächlichen Situation angepasst werden können.**
**Vollständiger Code:**
**Kurze Erklärung:**
① Initialisiere die OLED‑Pixel, lösche das OLED. Die 5×5 LED‑Matrix zeigt . Definiere zwei Variablen temperature und humidity und setze ihre Anfangswerte auf 0, und schalte das Atomisierungsmodul aus.
② Weise der Variablen temperature den vom XHT11 gelesenen Temperaturwert zu, und der Variablen humidity den Feuchtigkeitswert.
③ Das OLED zeigt die von XHT11 detektierten Temperatur‑ und Feuchtigkeitswerte an.
④ Bedingte Anweisung: if()...else...
Wenn die gemessene Temperatur über 30℃ liegt oder die Feuchtigkeit über 70%RH liegt, läuft der Lüfter für 2 Sekunden und stoppt dann. Anschließend arbeitet das Atomisierungsmodul und sprüht Wasserdampf, um die Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit zu regulieren. Gleichzeitig zeigt das OLED „Cooling/Humidifying“.
Andernfalls arbeiten der Lüfter und das Atomisierungsmodul nicht, und das OLED zeigt „Normal State“.
⑤ Verzögerung 500 ms (0,5 s)
#### 3.3.7.7 Testergebnis
Nach dem Verdrahten und dem Einschalten über das micro USB‑Kabel, schließen Sie die externe Stromversorgung (6 AA‑Batterien) an, um eine ausreichende Stromversorgung sicherzustellen.
Für die Windows 10 App klicken Sie einfach auf Download. Für den Browser senden Sie die “.hex” Datei an das micro:bit Board.
Nachdem der Testcode auf das micro:bit Board hochgeladen wurde, zeigt das OLED die vom XHT11 detektierten Temperatur‑ und Feuchtigkeitswerte in Echtzeit an.
Wenn die gemessene Temperatur über 30℃ liegt oder die Feuchtigkeit über 70%RH liegt, läuft der Lüfter für 2 Sekunden und stoppt dann. Anschließend arbeitet das Atomisierungsmodul und sprüht Wasserdampf, um die Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit zu regulieren. Gleichzeitig zeigt das OLED „Cooling/Humidifying“. Andernfalls arbeiten der Lüfter und das Atomisierungsmodul nicht, und das OLED zeigt „Normal State“.
⚠️ **Hinweis: Die Bausteine im Experiment sind nicht in diesem Kit enthalten.**
(**Tipp:** Falls kein Ergebnis beobachtet wird, drücken Sie bitte die Reset‑Taste des micro:bit‑Boards.)
