Меню
Бесплатно
Регистрация
Главная  /  Утки  /  BMP085 Barometric Pressure Sensor Module for arduino (или как сделать метеостанцию своими руками). Моя самодельная домашняя метеостанция на Arduino Nano Схемы метеостанции на ардуино uno

BMP085 Barometric Pressure Sensor Module for arduino (или как сделать метеостанцию своими руками). Моя самодельная домашняя метеостанция на Arduino Nano Схемы метеостанции на ардуино uno

Метеостанция своими руками.

Дело было вечером, делать было нечего после нового года. Как обычно, во время зимних новогодних каникул хочется занять голову да и руки тоже чем-нибудь полезным, творческим. В эти новогодние каникулы решил сделать метеостанцию своими руками. Готовиться начал заранее, все компоненты закупал и собирал перед новым годом, а основное программирование делал на каникулах.

(под катом много фотографий!)

Сначала пробегусь по компонентам, ссылки давать не буду, так как на eBay (в личном кабинете) товары ушли в архив. Многие компоненты покупал неспеша на аукционе eBay. Впервые опробовал аукцион, раньше всегда покупал «buy it now». Что могу сказать, если не спешить с покупками, то некоторые компоненты можно купить дешевле (разница иногда бывает в два раза).

Датчик давления ВМР085
Это основной датчик. Когда я увидел его на eBay, то понял, что хочу собрать именно домашнюю метеостанцию.
Прилетел датчик в обычном конверте, внутри обклеенном пупыркой.

Внутри конверта была визитка продавца и датчик, запакованный в антистатический пакет и завёрнутый в ещё один слой пупырки

Антистатический пакет был запаян, дабы влага во время перелёта не грозила датчику

Достаём датчик. С одной стороны припаяна линейка контактов, которые были вставлены в пенопласт, чтобы не погнулись. С другой стороны располагается сам датчик и маркировка контактов.




Все бы хорошо, но маркировка контактов нанесена в зеркальном виде.
Подключается датчик по шине I2C и питается от 3,3 В. То есть для нормального функционирования нужно 4 провода (+, -, SDA, SCL)
Опрашивать датчик можно 2 способами: или через библиотеку, или используя функции прямо скетче.
Пример программы:

#include

#define BMP085_ADDRESS 0x77 // I2C address of BMP085

Const unsigned char OSS = 0; // Oversampling Setting

// Calibration values
int ac1;
int ac2;
int ac3;
unsigned int ac4;
unsigned int ac5;
unsigned int ac6;
int b1;
int b2;
int mb;
int mc;
int md;

Short temperature;
long pressure;

Void setup()
{
Serial.begin(9600);
Wire.begin();
bmp085Calibration();
}

Void loop()
{
temperature = bmp085GetTemperature(bmp085ReadUT());
pressure = bmp085GetPressure(bmp085ReadUP());
Serial.print(«Temperature: „);
Serial.print(temperature/10.0, DEC);
Serial.println(“ C»);
Serial.print(«Pressure: „);
Serial.print(pressure/133.322, DEC);
Serial.println(“ mm Hg»);
Serial.println();
delay(1000);
}

Void bmp085Calibration()
{
ac1 = bmp085ReadInt(0xAA);
ac2 = bmp085ReadInt(0xAC);
ac3 = bmp085ReadInt(0xAE);
ac4 = bmp085ReadInt(0xB0);
ac5 = bmp085ReadInt(0xB2);
ac6 = bmp085ReadInt(0xB4);
b1 = bmp085ReadInt(0xB6);
b2 = bmp085ReadInt(0xB8);
mb = bmp085ReadInt(0xBA);
mc = bmp085ReadInt(0xBC);
md = bmp085ReadInt(0xBE);
}

Short bmp085GetTemperature(unsigned int ut)
{
long x1, x2;
x1 = (((long)ut - (long)ac6)*(long)ac5) >> 15;
x2 = ((long)mc << 11)/(x1 + md);
b5 = x1 + x2;

Return ((b5 + 8)>>4);
}

Long bmp085GetPressure(unsigned long up)
{
long x1, x2, x3, b3, b6, p;
unsigned long b4, b7;
b6 = b5 - 4000;
// Calculate B3
x1 = (b2 * (b6 * b6)>>12)>>11;
x2 = (ac2 * b6)>>11;
x3 = x1 + x2;
b3 = (((((long)ac1)*4 + x3)<>2;
// Calculate B4
x1 = (ac3 * b6)>>13;
x2 = (b1 * ((b6 * b6)>>12))>>16;
x3 = ((x1 + x2) + 2)>>2;
b4 = (ac4 * (unsigned long)(x3 + 32768))>>15;
b7 = ((unsigned long)(up - b3) * (50000>>OSS));
if (b7 < 0x80000000)
p = (b7<<1)/b4;
else
p = (b7/b4)<<1;
x1 = (p>>8) * (p>>8);
x1 = (x1 * 3038)>>16;
x2 = (-7357 * p)>>16;
p += (x1 + x2 + 3791)>>4;
return p;
}

// Read 1 byte from the BMP085 at "address"
char bmp085Read(unsigned char address)
{
unsigned char data;

Wire.write(address);
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(BMP085_ADDRESS, 1);
while(!Wire.available())
;
return Wire.read();
}

Int bmp085ReadInt(unsigned char address)
{
unsigned char msb, lsb;
Wire.beginTransmission(BMP085_ADDRESS);
Wire.write(address);
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(BMP085_ADDRESS, 2);
while(Wire.available()<2)
;
msb = Wire.read();
lsb = Wire.read();
return (int) msb<<8 | lsb;
}

// Read the uncompensated temperature value
unsigned int bmp085ReadUT()
{
unsigned int ut;
// Write 0x2E into Register 0xF4
// This requests a temperature reading
Wire.beginTransmission(BMP085_ADDRESS);
Wire.write(0xF4);
Wire.write(0x2E);
Wire.endTransmission();
// Wait at least 4.5ms
delay(5);
// Read two bytes from registers 0xF6 and 0xF7
ut = bmp085ReadInt(0xF6);
return ut;
}

// Read the uncompensated pressure value
unsigned long bmp085ReadUP()
{
unsigned char msb, lsb, xlsb;
unsigned long up = 0;
// Write 0x34+(OSS<<6) into register 0xF4
// Request a pressure reading w/ oversampling setting
Wire.beginTransmission(BMP085_ADDRESS);
Wire.write(0xF4);
Wire.write(0x34 + (OSS<<6));
Wire.endTransmission();
// Wait for conversion, delay time dependent on OSS
delay(2 + (3< // Read register 0xF6 (MSB), 0xF7 (LSB), and 0xF8 (XLSB)
Wire.beginTransmission(BMP085_ADDRESS);
Wire.write(0xF6);
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(BMP085_ADDRESS, 3);
// Wait for data to become available
while(Wire.available() < 3)
;
msb = Wire.read();
lsb = Wire.read();
xlsb = Wire.read();
up = (((unsigned long) msb << 16) | ((unsigned long) lsb << 8) | (unsigned long) xlsb) >> (8-OSS);
return up;
}


Помимо этого в датчике есть собственный термо-сенсор для компенсации давления и альтиметр

Arduino Nano v3.0
Это сердце всей метеостанции. По простому говоря, контроллер в миниатюрном размере.
Покупал
Рассказывать подробно про контроллер не буду, так как до меня уже это сделали:


Посылка с lightake была сборная, контроллер пришел в пакете, где был USB-кабель и Arduino в запаянном антистатическом пакете.

Чтобы оценить размеры, рядом с Arduino положил монетку номиналом 1 руб.

Плата контроллера вблизи



USB-кабель хороший, с ферритовым кольцом. Питается Arduino по USB кабелю. Среду разработки можно скачать (страница для скачивания ). Язык «С»-подобный, с освоением проблем не было, так как на нем очень много программирую на работе.

LCD экран
На работе в закромах нашёл совместимый LCD 1602 экран. С подключением пришлось повозиться, так как даташита на него не нашёл. В результате LCD заработал.

Но после недолгой эксплуатации заметил, что мне этого экрана мало и вывести больше данных не получится, так как он имеет всего 2 строки по 16 символов в каждой. Поначалу кажется, что этих параметров хватит, но когда начинаешь программировать, то понимаешь, что максимум можно впихнуть 3-4 параметра. А если делать меню (я ведь подумывал сделать меню на этом экране), то свободного места остаётся на 1-2 параметра.
В итоге начал подыскивать себе другой экран. Сначала присматривался к графическому экрану от Nokia 3310 и даже в аукционе eBay участвовал, чтобы его купить, но не сложилось (чему я очень рад), поэтому мне пришлось отказаться от этого экрана. Сейчас я понимаю, что он был бы слишком мал для моих целей, так как есть с чем сравнивать.
Случайно просматривая шилды на Arduino, я наткнулся на графический экран 12864 на контроллере ST7920. У этого экрана и размер подходящий, и хорошее разрешение для моих нужд (128х64). То есть можно спокойно разместить 6-7 строк по 20 символов нормально читающегося шрифта. Так как экран графический, то помимо текста разными шрифтами можно разместить и графику. Короче, это именно то, что мне нужно было, все присутствовало в этом экране, поэтому я не выдержал и заказал.
Посылка пришла быстро и была упаковано стандартно: конверт-пупырка, внутри ещё слой пупырки и экран в антистатическом пакете:






Чтобы оценить размеры, рядом с LCD положил монетку номиналом 1 руб.




Чтобы быстро подключить экран к Arduino, к контактам LCD припаял линейку контактов. Подключать LCD можно по последовательной шине и по параллельной. Я выбрал первый вариант, так как свободных контактов Arduino и так мало.
Подключение (взято из сети):

- Контакт 1 (GND) подключается к общей шине
- Контакт 2 (VCC) подключается к шине питания +5V, причём потребляемый ток сравнительно небольшой и дисплей можно питать от встроенного стабилизатора Arduino.
- Контакты 4, 5 и 6 подключаются к цифровым выходам Arduino, образуя последовательный интерфейс SPI:
контакт 4 – (RS) – соответствует линии CS (например 7)
контакт 5 – (RW) – соответствует линии MOSI (например 8)
контакт 6 – (E) – соответствует линии SCK (например 3)
номера контактов Arduino могут быть любыми, главное не забыть потом правильно указать их в тексте программы при инициализации дисплея.
- Контакт 15 (PSB) соединяется с общей шиной.
- Контакты 19 (A) и 20 (K) – это питание подсветки (+5V и GND соответственно). Для регулировки яркости подсветки можно использовать переменный резистор 10кОм, включённый между шинами питания и GND. Напряжение с его движка подаётся на контакт 19 дисплея.
По этой инструкции я подключил все, кроме подсветки. В качестве питания подсветки я использовал ШИМ Arduino.
Для того, чтобы программно подключить LCD к Arduino, используется библиотека u8glib. Скачать можно . Если есть проблемы скачивания, то могу библиотеку залить на narod.ru.
Сама библиотека не сложная и позволяет выводить текст разным шрифтом, рисовать линию, рисовать простейшие геометрические фигуры (прямоугольник, круг), выводить на экран свои изображения, подготовленные специальным образом. В принципе, этого инструмента достаточно для большинства задач.
Вот результат простенькой программы:

Сама программа:

#include «U8glib.h»

U8GLIB_ST7920_128X64 u8g(3, 9, 8, U8G_PIN_NONE); // SPI E = 3, RW = 9, RS = 8

// Подпрограмма определения свободной памяти
int freeRam () {
extern int __heap_start, *__brkval;
int v;
return (int) &v - (__brkval == 0? (int) &__heap_start: (int) __brkval);
}

Void setup(void) {
u8g.setFont(u8g_font_6x10); // шрифт
u8g.setRot180(); //Перевернул экран
analogWrite(6, 115); // Устанавливаем яркость экрана (анод подсветки на 6 pin)
}

Void loop(void) {
u8g.firstPage();
do {

u8g.setPrintPos(1, 12); // позиция
u8g.print(«Hello!!!»); // вывод текста
u8g.drawBox(0,22,128,9); // Закрашиваем прямоугольник белым
u8g.setColorIndex(0); // белые чернила, черный фон
u8g.setPrintPos(1, 30); // позиция
u8g.print(«Word...»); // вывод текста

U8g.setColorIndex(1); // белые чернила, черный фон
u8g.setPrintPos(1, 50); // позиция
u8g.print(«After start =»); // вывод текста
u8g.setPrintPos(85, 50); // позиция
u8g.print(millis() / 1000); // вывод число секунд после старта
u8g.setPrintPos(1, 64); // позиция
u8g.print(freeRam ()); // вывод сколько памяти занято
} while(u8g.nextPage());

Delay(200);
}

Часы реального времени DS1307
Ещё один компонент для моей метеостанции. На данном шилде реализованы часы реального времени. Заказывал их на аукционе eBay. Продавец прислал платку часов в нереально большой коробке


Внутри коробки было два листка А4 с рекламой и платка часов, обмотанная целлофаном


Хочу заметить, что плата не превышает размером 2 руб. монету, а коробка была размером 13х15х5 см.
Плата была упакована в антистатический пакет

Платка вблизи



С данным модулем мне пришлось повозиться. Во-первых, были трудности подключения. А во-вторых, кварц на данной плате никакой. Если бы знал, что на модуль потрачу столько времени, то, скорее всего, собрал бы его сам, благо в сети полно схем. Самая простейшая схема содержит 4-5 компонентов.
По поводу подключения. Я нашёл библиотеку, в которой было сказано, что интерфейс I2C можно подключать не на привычные аналоговые входы Arduino (А4 и А5), а на любые дискретные. Как написано, так и сделал. Сначала ничего не работало, после долгого танца с бубном часы завелись. Ну, подумал, всё, проблемы закончились, но после того, как я попытался этот же модуль подключить к другой Arduino, пляски с бубном продолжились. Много времени потратил на поиски решения данной проблемы и практически везде указывалось либо на неправильное подключение, либо на отсутствие подтягивающих резисторов на контактах SCL и SDA. Я уже хотел с паяльником в плату лезть, но на одном форуме случайно наткнулся на код, где было сказано, чтобы SCL и SDA подключать к стандартным портам I2C на Arduino. После стандартного подключения, все сразу заработало.
Теперь по поводу кварца. Не знаю, что там за кварц ставят китайцы, но часы с таким кварцем убегали в сутки на 10-11 сек. В месяц данная погрешность составляет 5 минут, а в год 1 час. Нафиг такие часы не нужны. Пришлось снова лезть в сеть и искать, как исправить данный баг. Первое попавшее решение говорит о том, что нужно заземлить кварц. Сделал - результат нулевой. Ещё где-то нашёл, что нужно найти старую материнку и выпаять оттуда часовой кварц. Сделал - результат есть. Теперь часы убегают не на 10-11 секунд, а на 1,5 секунды в сутки. Скажем так, стало лучше, но до идеала далеко. Так как больше с паяльником возится неохота, то было решено подводить часы программно, то есть раз в сутки подводить часы на нужную величину. После 10 суток, часы ушли не более, чем на секунду. Метод хорош, но только тогда, когда устройство синхронизации Arduino подключено к питанию, иначе часы работают от батарейки и все равно убегают.
Небольшая тестовая программа:

#include «Wire.h»
#define DS1307_I2C_ADDRESS 0x68 // SDA A4, SCL A5

Byte decToBcd(byte val)
{
return ((val/10*16) + (val%10));
}

Byte bcdToDec(byte val)
{
return ((val/16*10) + (val%16));
}

Void setDateDs1307(byte second, // 0-59
byte minute, // 0-59
byte hour) // 0-99
{

Wire.write(0);
Wire.write(decToBcd(second));
Wire.write(decToBcd(minute));
Wire.write(decToBcd(hour));
Wire.endTransmission();
}

Void getDateDs1307(byte *second,
byte *minute,
byte *hour)
{

Wire.beginTransmission(DS1307_I2C_ADDRESS);
Wire.write(0);
Wire.endTransmission();

Wire.requestFrom(DS1307_I2C_ADDRESS, 3);

*second = bcdToDec(Wire.read());
*minute = bcdToDec(Wire.read());
*hour = bcdToDec(Wire.read());
}

Void setup()
{
byte second, minute, hour;
Wire.begin();
Serial.begin(9600);

Second = 45;
minute = 5;
hour = 16;

SetDateDs1307(second, minute, hour);
}

Void loop()
{
byte second, minute, hour;

GetDateDs1307(&second, &minute, &hour);
Serial.print(hour, DEC);
Serial.print(":");
Serial.print(minute, DEC);
Serial.print(":");
Serial.println(second, DEC);

Delay(1000);
}


Здесь не использована библиотека, да и функции усечены, для чтения и записи времени.

Датчик температуры и влажности DHT11
Про данный датчик рассказывать нечего. Я бы его даже не стал использовать, если бы не нужна была влажность. К сожалению, я его не сфотографировал, когда получил, поэтому фотографий не будет. Фотографии датчика можно будет посмотреть ниже, где я его подключил к Arduino. Подключение датчика простое (+, цифровой выход, -). Обычно датчики делают четырёх контактные. При таком форм-факторе третий контакт ни к чему не подключают.
Для подключения к Arduino можно использовать библиотеку. Скачать можно .
Небольшая тестовая программа c выводом информации на LCD дисплей 1602:

// include the library code:
#include
#include

// Declare objects
dht11 DHT11;
LiquidCrystal lcd(12, 11, 6, 5, 4, 3);

#define DHT11PIN 7
int i;

Void setup()
{
lcd.begin(16, 2);
lcd.print(«Status: „);
i=0;
}

Void loop()
{
int chk = DHT11.read(DHT11PIN);
lcd.setCursor(8, 0);
switch (chk)
{
case 0: lcd.print(“OK „); break;// lcd.setCursor(11, 0); lcd.print(millis()/2000); break;
case -1: lcd.print(“Checksum error»); mErr(); break;
case -2: lcd.print(«Time out error»); mErr(); break;
default: lcd.print(«Unknown error»); mErr(); break;
}
delay(500);
lcd.setCursor(15, 0);
switch (i)
{
case 0: lcd.print("^"); lcd.setCursor(15, 1); lcd.print(" ");break;
case 1: lcd.print(«v»); lcd.setCursor(15, 1); lcd.print(" ");break;
default: lcd.setCursor(15, 1); lcd.print(«E»); break;
}
i=i+1;
if (i>1) i=0;
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(«H=»);
lcd.setCursor(2, 1);
lcd.print((float)DHT11.humidity, 0);
lcd.setCursor(4, 1);
lcd.print("%");
lcd.setCursor(8, 1);
lcd.print(«T=»);
lcd.setCursor(10, 1);
lcd.print((float)DHT11.temperature, 0);
lcd.setCursor(12, 1);
lcd.print(«C»);

Void mErr()
{
lcd.setCursor(2, 1);
lcd.print("**");
lcd.setCursor(10, 1);
lcd.print("**");
i=5;
}


Минусы у датчика есть – данные с датчика идут только в целых числах, да и диапазон слабенький.

Вроде, про все компоненты написал. Осталось собрать все в единое целое.
Упс, чуть не забыл! Для того, чтобы все собрать устройство, нужен корпус. Корпус тоже заказывал на Ebay. Продавец оказался из Англии. Посылка дошла быстро, но фотографировать её не стал. Все фотографии корпуса ниже.

Сначала собрал все на столе с помощью специальных проводков. Написал тестовую программу и залил её в контроллер.



На самом деле синий цвет подсветки гораздо ярче. Даже при минимальной яркости (Bright=5) происходит засветка кадра.

Чтобы все собрать без проводов, было решено сделать мини материнскую плату, а платка Arduino и шилды надевались на разъёмы. В случае чего, их с лёгкостью можно быстро извлечь. LCD экран и кнопки для управления я решил также цеплять на разъёмах, только датчик температуры впаять на проводах.
Вот такая вышла платка



На последней фотографии я ещё до конца флюс не смыл. Под шилды рядом с разъёмами приклеил пористую резину, чтобы была хоть какая-то опора. Хотя на самом деле шилды в разъёмах на контактах и так прекрасно держатся.

Материнская плата с установленными шилдами и платой Arduino.

Вот так выглядит полное подключение к материнской плате


Вместо кнопок использовал самодельный шилд, спаянный на макетной плате. В качестве кнопок использовал кнопки из старых мышек.
Как видно, количество проводов убавилось.

Основная проблема размещения в корпус - это ровно выпилить паз под LCD экран. Как я ни старался, все равно идеально не получилось. Щели в некоторых местах были чуть больше 1 мм. Чтобы все смотрелось аккуратно, я взял чёрный герметик для аквариума и залил все щели, заодно экран крепил именно на этот герметик. После высыхания герметика снаружи обрезал излишки. При ярком освещении герметик видно, а при обычном - все сливается с корпусом.
Вот так выглядит корпус изнутри с установленным LCD экраном и материнской платой.

Вот так выглядит снаружи при ярком освещении (прошу прощения за отпечатки пальцев, увидел их, когда разбирал фотографии).

Долго думал, как приладить кнопки в корпус и, самое главное, какие использовать кнопки…
В радиоэлектронных магазинах приглянулись кнопка с длинным шпиньком и наконечники, которые надеваются на этот шпинёк. Эти кнопки используются для пайки на плату. Все бы хорошо, но у них есть минус – ход нажатия очень маленький и громкий.
Размещать кнопки пришлось в два этапа: первый - разместить кнопки на плате, второй - эту плату крепить ещё на одной плате. И все это потом засовывать в корпус на направляющие.

Вот так выглядит платка с кнопками:



Вот так выглядит плата-держатель:


Здесь видны направляющие, в которые вставляется плата с кнопками. Некоторые элементы паял для того, чтобы придать жёсткость плате.

Теперь все засовываем в корпус
Без подключения кнопок:


С подключением кнопок:

Закрываем корпус и включаем. Все прекрасно работает, кнопки отрабатывают, как нужно.

В конце размещаю небольшое видео работы устройства в разных режимах:
http://www.youtube.com/watch?v=KsiVaUWkXNA&feature=youtu.be
У кого видео здесь не отображается, вот ссылка на

Пора заканчивать обзор.
Немного напишу о программе, а потом краткие выводы. Когда писал программу, не думал, что очень быстро упрусь в ограничение в 30720 байт.


Пришлось оптимизировать код. Многие куски кода выносил в подпрограммы. Никогда бы не подумал, что оператор switch… case в компилированном виде занимает больше места, чем несколько if… else. Ещё экономит место правильное объявление переменных. Если объявлять массив long, хотя вполне можно обойтись byte, то перерасход памяти достигает 500 байт в зависимости от размерности массива. Когда пишешь программу, то об этом не думаешь, а уже потом, когда анализируешь программу, то понимаешь, что некоторые вещи сделал неправильно, и начинаешь оптимизировать код. После того, как проблемы с размером программы были решены, я упёрся в ограничение оперативной памяти. Выражалось это в том, что программа начинала виснуть после загрузки. Пришлось вводить подпрограмму подсчёта свободной оперативной памяти. В результате, был вынужден отказаться от одного алгоритма предсказывания погоды, так как он должен выводить пиктограммы на экран. Сам алгоритм работает, а вот вывод пиктограмм пришлось заремировать. У меня есть ещё задумки, как оптимизировать код, но в ближайшем будущем оставляю работать устройство, как есть, чтобы оценить работоспособность и выявить все баги.

Теперь небольшие выводы
Минусы
1) Цена. Оправдание этому минусу – хобби никогда не бывает дешёвым.

Плюсы
1) Большой функционал устройства
2) Наращивание функций ограничивается только используемым контроллером и собственным желанием
3) Эстетическое удовольствие от созерцания и моральное удовльствие от того, что я все-таки собрал и доделал это устройство

Планирую купить +86 Добавить в избранное Обзор понравился +137 +304

«Так, давайте сразу договоримся: вы не собираетесь снимать кино для Голливуда. Даже в Стране чудес утверждается не более пяти процентов от всех сценариев, и только один процент идет затем в производство… Таким образом, вместо всего этого вы собираетесь создать свой собственный Голливуд.»
Эд Гаскель «Снимаем цифровое кино, или Голливуд на дому»

Предисловие

Что, ещё одна погодная станция на Arduino?! Да, ещё одна и, что-то мне подсказывает, не последняя в интернете вещей.


Точно также, как каждый программист обязан написать программу «Hello World!», так и каждый ардуинщик обязан иметь за плечами опыт построения простой или не очень метеостанции.
Уже созданных проектов метеостанций в интернете описано немалое количество, читатель может выбрать любой из них для реализации. Не скрою, я внимательно изучил около десятка подобных проектов и ещё кучу смежных. Поэтому нельзя сказать, что я создал всё с нуля, конечно же я «стоял на плечах гигантов».


Сразу скажу, что в мои планы не входило использование сторонних сервисов для хранения и отображения данных. Хотелось лично пощупать и понять как всё это работает изнутри от начала до конца, от А до Я.


Так что тем, кто хочет быстро склепать нечто из ничего, эта серия статей скорее всего не подойдёт. Проще пойти и купить готовый конструктор с инструкцией по сборке. Профессионалам микроэлектроники тут совсем делать нечего, может быть поржать и вспомнить себя в начале пути.
А вот тем, кто действительно хочет разобраться, я думаю понравится. Возможно материал пригодится в качестве учебного пособия.



Этот проект был реализован в далеком уже 2016 году, но надеюсь еще актуален.

Набор технологий

Мы изучим и будем работать с простыми и сложными вещами:

  • датчиками температуры и влажности типа DHT22, DHT11
  • датчиком барометрического давления типа BMP180
  • WiFi модулем ESP8266
  • радиомодулем типа nRF24 2,4 Ггц
  • семейством Arduino Pro Mini, Arduino Mega
  • солнечной батареей и аккумуляторами
  • языком программирования C/C++
  • языком программирования PHP
  • системой управления базами данных MySQL
  • языком программирования Java и фреймворком Android (создание приложения для Adnroid для отображения погодных данных на смартфоне).

Некоторые темы из перечисленных и яйца выеденного не стоят, а некоторые можно изучать годами. Поэтому сложные вещи мы затронем только в части, непосредственно касающейся данного проекта, так чтобы вы поняли как это всё работает.


Но начнем мы с самого начала правильно. А именно с описания и проектирования будущего устройства «на бумаге» , чтобы в конце концов каждый кирпичик лёг на своё место.

Прототипирование

Как нам правильно говорит Википедия, прототипирование - это быстрая черновая реализация работающей системы. Которая, да, будет работать не совсем неэффективно и с некоторыми ошибками, но даст представление о том, следует ли развивать поделку до промышленного образца. Процесс создания прототипа не должен быть затяжным. За этапом прототипирования следует анализ системы и её доработка.


Но это в промышленности, где работники заняты полный рабочий день.


Каждый, кто клепает по вечерам свои поделки pet-project для «internet of things», должен отдавать себе отчёт в том, что он создаёт именно прототип, полуфабрикат. До уровня нормального промышленного изделия ему очень далеко. Поэтому не следует поручать нашим любительским поделкам какие-либо ответственные участки жизнеобеспечения и надеяться, что они нас не подведут.


Промышленное изделие строится на промышленной элементной базе и далее проходит еще много стадий, включающих отладку, испытания и сопровождение, прежде чем станет хитом продаж.


Итак, вместо всей этой тягомотины, мы создадим свою собственную игрушку, но не простую. С элементами технического творчества, зачатками программирования и познания (в процессе создания) многих других смежных вещей.


Конечно, электронщикам тяжко придется на этапе программирования, а программистам придется попотеть над схемотехникой, но автор постарается изложить всё максимально доступно и ясно описать, почему были использованы те или иные решения.

Требования

Обычно этот этап пропускают. Решая сделать что-нибудь эдакое прямо сейчас, а потом выясняются мелкие детали, которые ставят весь проект в тупик или вовсе делают его неподъемным. Все наши хотелки необходимо записывать, я использую для этого гугл диск, он доступен с ПК и с мобильного устройства.


Итак, наша метеостанция должна:

  • измерять температуру и влажность на улице
  • измерять температуру и влажность в доме
  • измерять атмосферное давление
  • отображать указанные значения на дисплее
  • передавать данные на сервер в интернет, где данные будут храниться в базе данных и отображаться на веб-странице, либо использоваться в мобильном приложении.

Датчики используются самые простые и дешевые. Например, забегая наперед скажу, что температуру DHT22 измеряет достаточно точно, а вот с влажностью немного неточен. Но, опять таки повторюсь, это не имеет значения, поскольку перед нами - прототип, и разброс в 5% влажности ни на что важное в нашей жизни не повлияет.


Архитектура системы, аппаратное и программное обеспечение должны обеспечивать дальнейшую расширяемость системы для добавления новых датчиков и новых возможностей.

Железо. Выбор компонентов

Вот это и есть самая ответственная часть, а вовсе не пайка или программирование. После определения требований к системе надо решить с помощью чего конкретно они будут воплощены в жизнь.


Вот тут-то и есть один ньюанс. Чтобы выбрать компоненты нужно хорошо знать их возможности, нужно знать сами технологии. То есть другими словами, здесь требуется быть далеко не начинающим электронщиком и программистом. Так что же теперь пару лет потратить на изучение всего спектра возможных устройств?


Замкнутый круг? Но замкнутые круги для того и существуют, чтобы их разрывать.


Выход есть. Можно просто взять и повторить чей-то проект. Я же изучил уже существующие проекты метеостанций и надеюсь сделал шаг вперед.


Итак. Архитектура погодной станции базируется на Arduino. Потому что Arduino имеет небольшой порог вхождения и я уже имел с этим дело. Дальше выбирать уже проще.


Сразу стало ясно, что в составе метеостанции будет удаленый, заоконный датчик и центральный модуль.


Центральный, основной блок будет расположен внутри помещения. Это важно определить на начальном этапе, от этого «пляшут» такие важные характеристики как температурный режим работы и питание.


Удаленный датчик (или датчики) будет без «мозгов», его задача - периодически проводить измерения и передавать данные на центральный домашний блок. Центральный блок принимает данные от всех датчиков, показывает их на экране и отправляет их же в интернет в базу данных. Ну, а там уже много проще, как только данные оказываются в базе с ними можно делать всё что захочешь, даже графики рисовать.


Для сношений с внешним миром интернет был однозначно выбран WiFi модуль ESP8266 практически без альтернативы (прим. возможно сейчас такие альтернативы появились). К Arduino выпускаются Ethernet платы расширения, но совсем не хотелось привязываться к кабелю.



Интересный вопрос состоял в том, чем обеспечивать связь между заоконным датчиком (или датчиками, про требование расширяемости системы помним?) и центром. Радиомаячки на 433 Мгц однозначно не подходят (они не подходят ни для чего вообще).


Воспользоваться опять ESP8266 ?


Минусы такого решения:

    необходим устойчивый WiFi за пределами дома

    дальность связи не будет большой

    пострадает надежность, при пропадании интернета мы не увидим свои удаленные датчики

    большее энергопотребление.

    Энергопотребление ESP8266:

    при передаче 120-170 mA

    при приеме 50-56 mA

    в режиме Deep Sleep 10 µA (мкА)

    в выключенном состоянии 5 µA (мкА).

В конце концов для связи удаленных датчиков с основным домашним блоком был выбран чип nRF24L01+ с 2,4 Ггц передатчиком и приемником в одном флаконе, с дополнительной внешней антенной, чтоб уж наверняка «пробить» стены.



Энергопотребление nRF24L01+ 2,4 GHz:

  • при приеме 11 mA
  • при передаче на скорости 2Mbps - 13 mA
  • в режиме standby-I - 26 μA (мкА)
  • в выключенном состоянии 900 nA (нА).

Что у ESP8266, что у nRF24L01+ диапазон рабочих температур подходящий: от -40℃ до +80℃.


Купить nRF24L01+ можно примерно за $1, или сразу с внешней антенной за $3. Купить ESP8266-01 можно примерно за $4. Читайте внимательно описание товара! Иначе купите одну антенну.


Ядро системы вырисовалось. Переходим к самим датчикам.


На улице, как известно, температура может достигать отрицательных значений, поэтому датчик DHT11 не подходит, а вот DHT22 в самый раз.



Характеристики DHT22 / AM2302:

  • питание от 3,3 В до 5 В, рекомендуется 5 В
  • потребление 2.5mA максимум, в момент измерения и передачи данных
  • диапазон измерения влажности 0-100% с погрешностью 2-5%
  • диапазон измерения температуры от -40 до +125°C с погрешностью ±0.5°C
  • запрос на измерение не чаще 0,5 Гц - одного раза в 2 секунды.

Внутри дома, я надеюсь, отрицательных температур не будет, поэтому можно использовать DHT11, тем более, что он у меня уже был.


Характеристики DHT11:

  • питание от 3,3 В до 5 В
  • потребление 2,5 mA максимум, в момент измерения и передачи данных
  • диапазон измерения влажности 20-80% с погрешностью 5%
  • диапазон измерения температуры от 0 до +50°C с погрешностью ±2°C
  • запрос на измерение не чаще 1 Гц - одного раза в секунду.

Купить DHT22 можно примерно за $3. DHT11 стоит дешевле - $1, но он и менее точен.


Теперь возвращаемся опять к Arduino. Какую плату выбрать?


Я тестировал отдельные части системы на Arduino UNO. Т.е. подключал к уно ESP модуль и изучал его, отключал, затем подключал nRF24 и т.д. Для финальной реализации заоконного датчика выбрал Arduino Pro Mini как наиболее близкую к Uno из миниатюрных.



По энергопотреблению Arduino Pro Mini также выглядит неплохо:

  • нет преобразователя USB-TTL, который сам по себе «кушает» много,
  • светодиод подключен через 10к резистор.

Для продвинутого сбережения энергии планировалось:

  • удалить светодиод - индикатор питания на Arduino Pro Mini (я пожалел, не стал портить плату)
  • либо использовать «голую» сборку на микропроцессоре Atmel ATmega328 (не использовал)
  • использовать библиотеку Low Power Library или JeeLib .

Из библиотек выбрал Low Power Library , она проста и содержит только то, что нужно.


Для центрального блока, поскольку к нему планировалось подключить многочисленную периферию, была выбрана плата Arduino Mega. К тому же она полностью совместима с UNO и имеет больше памяти. Забегая наперед скажу, что этот выбор полностью оправдался.


Купить Arduino Mega можно примерно за $8.

Питание и энергопотребление

Теперь про питание и энергопотребление.


Arduino Pro Mini бывают двух видов:

  • на напряжение питания 5В и частоту 16МГц
  • на напряжение питания 3,3В и частоту 8МГц.

Поскольку радио-модуль nRF24L01+ требует для питания 3,3 В, а быстродействие здесь не важно, то покупайте Arduino Pro Mini на 8MHz и 3,3В.


При этом диапазон питающего напряжения Arduino Pro Mini составляет:

  • 3,35-12 В для модели 3,3 В
  • 5-12 В для модели 5 В.

У меня уже была Arduino Pro Mini на 5В, только поэтому я её и использовал. Купить Arduino Pro Mini можно примерно за $4.


Питание центрального блока будет от сети 220 В через небольшой блок питания, дающий на выходе 12В, 450mA, 5W. Типа такого за $5. Там еще есть отдельный вывод на 5В.



А ежели этого не хватит, то можно и помощнее поставить. Другими словами экономить электропитание для центрального блока нет особого смысла. А вот для удаленного беспроводного датчика энергосбережение является важнейшей частью. Но и функциональность не хотелось бы терять.


Поэтому Arduino Pro Mini и радиомодуль nRF24 будут запитываться от связки 4-х Ni-Mh аккумуляторов.


И помните, максимальная емкость современного аккумулятора примерно 2500-2700mAh, всё что больше это либо маркетинговые уловки (Ansmann 2850) либо обман (UltraFire 3500).


Li-Ion аккумуляторы я не использую по нескольким причинам:

  • очень дорогие
  • при снижении температуры окружающего воздуха ниже 0°C происходит снижение мощности литий-ионного аккумулятора до 40-50%
  • те которые дешёвые производятся без защиты и небезопасны (при КЗ или разряде могут взрываться и гореть, см. кучу роликов на ютюбе)
  • стареют, даже если не используются (впрочем это можно сказать обо всех химических элементах), через 2 года Li-Ion батарея теряет около 20% ёмкости.

Для прототипа вполне можно обойтись качественными Ni-MH AA или AAA аккумуляторами. Тем более, что нам не нужны большие токи. Единственный минус Ni-MH аккумуляторов - это их долгая зарядка.

Общая схема метеостанции

Подведем итоги. Вот общая схема как всё работает.



Продолжение следует.

Недавно мой коллега устраивал небольшую научную выставку.
Мой учитель попросил меня представить какой-нибудь проект по электронике студентам в колледже. У меня было два дня, чтобы придумать что-то интересное и достаточно простое.



Так как погодные условия здесь достаточно переменчивы, а температура колеблется в диапазоне 30-40°С, я решил сделать домашнюю метеостанцию.

В чем заключаются функции погодной станции для дома?
Метеостанция на Ардуино с дисплеем – устройство, собирающее данные о погоде и условиях окружающей среды с помощью множества датчиков.

Обычно это следующие датчики:

  • ветра
  • влажности
  • дождя
  • температуры
  • давления
  • высоты

Моя цель – сделать портативную настольную метеостанцию своими руками.

Она должна уметь определять следующие параметры:

  • температуру
  • влажность
  • давление
  • высоту

Шаг 1: Покупаем нужные компоненты







  • DHT22 , датчик температуры и влажности.
  • BMP180 , датчик давления.
  • Припой
  • Однорядный разъем на 40 выходов

Из оборудования вам понадобятся:

  • Паяльник
  • Плоскогубцы для носоупоров
  • Провода

Шаг 2: Датчик температуры и влажности DHT22







Для измерения температуры используются разные датчики. Популярностью пользуются DHT22, DHT11, SHT1x

Я объясню, чем они отличаются друг от друга, и почему я использовал именно DHT22.

Датчик AM2302 использует цифровой сигнал. Этот датчик работает на уникальной системе кодировки и сенсорной технологии, поэтому его данные надежны. Его сенсорный элемент соединен с 8-битным однокристальным компьютером.

Каждый сенсор этой модели термокомпенсированный и точно откалиброванный, коэффициент калибровки находится в однократно программируемой памяти (ОТР-память). При чтении показаний сенсор будет вызывать коэффициент из памяти.

Маленький размер, низкое потребление энергии, большое расстояние передачи (100 м) позволяют AM2302 подходить почти ко всем приложениям, а 4 выхода в один ряд делают монтаж очень простым.

Давайте рассмотрим плюсы и минусы трех моделей датчиков.

DHT11

Плюсы: не требует пайки, самый дешевый из трех моделей, быстрый стабильный сигнал, дальность свыше 20 м, сильная интерференция.
Минусы: Библиотека! Нет вариантов разрешения, погрешность измерений температуры +/- 2°С, погрешность измерений уровня относительной влажности +/- 5%, неадекватный диапазон измеряемых температур (0-50°С).
Области применения: садоводство, сельское хозяйство.

DHT22

Плюсы: не требует пайки, невысокая стоимость, сглаженные кривые, малые погрешности измерений, большой диапазон измерений, дальность больше 20 м, сильная интерференция.
Минусы: чувствительность могла быть выше, медленное отслеживание температурных изменений, нужна библиотека.
Области применения: изучение окружающей среды.

SHT1x

Плюсы: не требует пайки, сглаженные кривые, малые погрешности измерений, быстрое срабатывание, низкое потребление энергии, автоматический режим сна, высокая стабильность и согласованность данных.
Минусы: два цифровых интерфейса, погрешность в измерении уровня влажности, диапазон измеряемых температур 0-50°С, нужна библиотека.
Области применения: эксплуатация в суровых условиях и в долгосрочных установках. Все три датчика относительно недорогие.

Соединение

  • Vcc – 5В или 3,3В
  • Gnd – с Gnd
  • Data – на второй вывод Arduino

Шаг 3: Датчик давления BMP180



BMP180 – барометрический датчик атмосферного давления с I2C-интерфейсом.
Барометрические датчики атмосферного давления измеряют абсолютное значение окружающего воздуха. Этот показатель зависит от конкретных погодных условий и от высоты над уровнем моря.

У модуля BMP180 имелся 3,3В стабилизатор на 662кОм, который я, по собственной глупости, случайно взорвал. Пришлось делать обводку питания напрямую к чипу.

Из-за отсутствия стабилизатора, я ограничен в выборе источника питания – напряжение выше 3,3В разрушит датчик.
У других моделей может не быть стабилизатора, обязательно проверяйте его наличие.

Схема соединения датчика и шины I2C с Arduino (nano или uno)

  • SDA — A4
  • SCL — A5
  • VCC — 3.3V
  • GND – GND

Давайте немного поговорим о давлении, и его связи с температурой и высотой.

Атмосферное давление в любой точке непостоянно. Сложное взаимодействие между вращением Земли, наклоном Земной оси, приводит к появлению множества областей высокого и низкого давления, что, в свою очередь, приводит к ежедневной смене погодных условий. Наблюдая за изменением давления, вы можете сделать краткосрочный прогноз погоды.

Например, падение давления обычно означает дождливую погоду или приближение грозы (приближение области низкого давления, циклона). Поднимающееся давление обычно означает сухую ясную погоду (над вами проходит область высокого давления, антициклон).

Атмосферное давление также изменяется с высотой. Абсолютное давление в базовом лагере на Эвересте (5400 м над уровнем моря) ниже, чем абсолютное давление в Дели (216 м над уровнем моря).

Так как показатели абсолютного давления изменяются в каждой локации, мы будем обращаться к относительному давлению, или давлению на уровне моря.

Измерение высоты

Среднее давление на уровне моря 1013,25 ГПа (или миллибар). Если подняться над атмосферой, это значение упадет до нуля. Кривая этого падения вполне понятна, поэтому вы можете сами вычислить высоту над уровнем моря, используя следующее уравнение: alti=44330*

Если вы примите давление на уровне моря 1013,25 Гпа как р0, решением уравнения будет ваша текущая высота над уровнем моря.

Меры предосторожности

Не забывайте, что датчику BMP180 нужен доступ к окружающей атмосфере, чтобы иметь возможность считывать давление воздуха, не помещайте датчик в закрытый корпус. Небольшого вентиляционного отверстия будет вполне достаточно. Но и слишком открытым его не оставляйте – ветер будет сбивать показания давления и высоты. Продумайте защиту от ветра.

Защитите от нагревания. Для измерения давления необходимы точные температурные показания. Постарайтесь защитить датчик от перепадов температуры и не оставляйте его вблизи источников высоких температур.

Защитите от влаги. Датчик BMP180 чувствителен к уровню влажности, постарайтесь предотвратить возможное попадание воды на датчик.

Не ослепите датчик. Неожиданностью стала чувствительность силикона в датчике к свету, который может попасть на него через отверстие в крышке чипа. Для максимально точных измерений постарайтесь защитить датчик от окружающего света.

Шаг 4: Собираем прибор







Устанавливаем однорядные разъемы для Arduino Nano. Вообще, мы обрезали их до нужного размера и немного зашкурили, так что они смотрятся, словно такими и были. Потом припаиваем их. После, устанавливаем однорядные разъемы для датчика DHT22.

Устанавливаем 10кОМ резистор от вывода данных к земле (Gnd). Все паяем.
Потом точно также устанавливаем однорядный разъем для датчика BMP180, питание делаем 3,3В. Соединяем все с шиной I2C.

В последнюю очередь подключаем LCD-дисплей, на ту же I2C шину, что и датчик BMP180.
(в четвертый разъем я планирую позже подключить RTC-модуль (часы реального времени), чтобы прибор еще и время показывал).

Шаг 5: Кодирование




Загрузите библиотеки

Чтобы установить библиотеки на Arduino, перейдите по ссылке

#include
#include #include #include "DHT.h" #include

SFE_BMP180 pressure;

#define ALTITUDE 20.56 #define I2C_ADDR 0x27 // <<- Add your address here. #define Rs_pin 0 #define Rw_pin 1 #define En_pin 2 #define BACKLIGHT_PIN 3 #define D4_pin 4 #define D5_pin 5 #define D6_pin 6 #define D7_pin 7

#define DHTPIN 2 // what digital pin we"re connected to

// Uncomment whatever type you"re using! //#define DHTTYPE DHT11 // DHT 11 #define DHTTYPE DHT22 // DHT 22 (AM2302), AM2321 DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); LiquidCrystal_I2C lcd(I2C_ADDR,En_pin,Rw_pin,Rs_pin,D4_pin,D5_pin,D6_pin,D7_pin); float t1,t2;

void setup() { Serial.begin(9600); lcd.begin (16,2); // <<-- our LCD is a 20x4, change for your LCD if needed // LCD Backlight ON lcd.setBacklightPin(BACKLIGHT_PIN,POSITIVE); lcd.setBacklight(HIGH); lcd.home (); // go home on LCD lcd.print("Weather Station"); delay(5000); dht.begin(); pressure.begin(); } void loop() { char status; double T,P,p0,a; status = pressure.startTemperature(); if (status != 0) { delay(status);

status = pressure.getTemperature(T); if (status != 0) { Serial.print("1"); lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Baro Temperature: "); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(T,2); lcd.print(" deg C "); t1=T; delay(3000);

status = pressure.startPressure(3); if (status != 0) { // Wait for the measurement to complete: delay(status);

status = pressure.getPressure(P,T); if (status != 0) {lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("abslt pressure: "); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(P,2); lcd.print(" mb "); delay(3000);

p0 = pressure.sealevel(P,ALTITUDE); // we"re at 1655 meters (Boulder, CO)

a = pressure.altitude(P,p0); lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Altitude: "); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(a,0); lcd.print(" meters"); delay(3000); } } } } float h = dht.readHumidity(); // Read temperature as Celsius (the default) float t = dht.readTemperature(); t2=t; lcd.clear(); lcd.setCursor (0,0); // go to start of 2nd line lcd.print("Humidity: "); lcd.setCursor(0,1);lcd.print(h); lcd.print(" %"); delay(3000); lcd.clear(); lcd.setCursor (0,0); // go to start of 2nd line lcd.print("DHT Tempurature: "); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(t); lcd.print(" deg C "); delay(3000); lcd.clear(); lcd.setCursor (0,0); // go to start of 2nd line lcd.print("Mean Tempurature: "); lcd.setCursor(0,1); lcd.print((t1+t2)/2); lcd.print(" deg C "); delay(3000); }

Я использовал версию Arduino 1.6.5, код точно к ней подходит, к более поздним так же может подойти. Если код по каким-либо причинам не подходит, используйте версию 1.6.5 как базовую.

Продолжаем развивать нашу метеостанцию.

Перед тем, как перейти к обновлению, хочу внести немного ясности.

Мне написал один из наших коллег с вопросом, по какой причине введен сторожевой таймер?

Сторожевой таймер стоит на случай ч.п. Как показывает практика, ENC28J60 не тянет более (если не подводит память) 4 одновременных соединений. Учитывая сколько служебных соединений, постоянно происходит для поддержания работы самой сети, и просто левый трафик, создаваемый всяческими домашними игрушками (например, современные телевизоры, сканируют доступные хосты в сети и открытые у них порты) конструкция попросту уходит в ступор. ENC28J60 не умеет самостоятельно работать с сетевыми протоколами и все реализовано в библиотеках. Возможно дело именно в них.
Проверял все доступные библиотеки и разные модули (вдруг брак), но добиться стабильной работы в течении длительного времени у меня не получилось. Максимальный срок был порядка 3-4 недель.
Именно для этого там крутится "пес" и в случае чего дергает контроллер. После этого проблема ушла.
Также не отрицаю, что возможно в моей домашней сети есть определенные нюансы или проблемы. Но раз проблема была у меня, она может выплыть и у другого человека. Я пока нашел только такое решение.
Насколько мне известно, на чипах от Wiznet (W5100 и выше) этого нет, ну или просто плохо искали.

Переходим к обновлению

Самое главное, мы уходим от чипа ENC28J60 и переходим на W5100 . Я пытался реализовать все на старом чипе, но не хватает памяти микроконтроллера из-за очень больших библиотек для ENC28J60 . При использовании нового чипа, стандартной библиотеки от разработчика и всех внесенных изменений, остается еще более 20% свободной памяти микроконтроллера ATMega328 . А это, новые плюшки!

В этой версии (назовем её второй) добавлена возможность передачи показаний с датчиков по беспроводной связи используя частоту 433 мГц . Сами модули я брал у Китайцев, маркировка XY-MK-5V . Хочу отметить, что качество передачи далеко от совершенства. Возможны потери сигнала, шумы, не возможность одновременной передачи и т.д и т.п. Но их цена (менее $1 за комплект) компенсируют эти недостатки. Скажу Вам по секрету, что именно эти (самые дешевые) модули стоят во многих фирменных метеостанциях для домашнего использования. Ого, неожиданно?

Начнем с базовой станции

Мы переходим на Arduino UNO и Ethernet Shield (первой версии) на базе чипа W5100 . Это бутерброд и описывать его нету смысла. Я опишу только дополнительно задействованные контакты для модулей XY-MK-5V .

Модуль передатчика использует питание 5V , GND (куда без матушки то) и D2 пин на контроллере. Изменить контакт D2 (DATA) можно, используя функцию vw_set_tx_pin из библиотеки vw.

В отличии от предыдущего скетча, в этом задействованы две дополнительные библиотеки:

#include #include

Сам скетч

Скрытый текст

#include #include #include #include #include #include #include #include #define DHTTYPE DHT22 #define DHTPIN 5 DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); byte mac = {0x54, 0x34, 0x31, 0x31, 0x31, 0x31}; char server = "narodmon.ru"; int port = 8283; IPAddress ip(192,168,0,201); EthernetClient client; BMP085 dps = BMP085(); long Temperature = 0, Pressure = 0; float H, dP, dPt; bool interval = true; EasyTransferVirtualWire ET; struct SEND_DATA_STRUCTURE{ byte ID; // Идентификатор устройства int Temperature; // Температура float Pressure; // Давление float Humidity; // Влажность float dewPoint; // Точка росы/инея }; SEND_DATA_STRUCTURE broadcast; void setup() { // Инициализация сторожевого таймера (Watchdog timer) wdt_disable(); delay(8000); wdt_enable(WDTO_8S); // Инициализация консоли Serial.begin(9600); // Инициализация датчика DHT dht.begin(); // Инициализация модуля 433 мГц ET.begin(details(broadcast)); vw_set_ptt_inverted(true); vw_set_tx_pin(2); vw_setup(2000); // Стартуем сеть, если не дождались данных с DHCP сервера то // присваеваем себе адрес самостоятельно if (Ethernet.begin(mac) == 0) Ethernet.begin(mac, ip); // Инициализация 1-Wire Wire.begin(); delay(200); // Инициализация BMP180 с корректировкой высоты // dps.init(MODE_STANDARD, 3200, true); // Инициализация BMP180 dps.init(); Serial.println(Ethernet.localIP()); // Отправляем первые данные сразу после включения устройства send_info(true); } // dewPoint function NOAA // reference (1) : http://wahiduddin.net/calc/density_algorithms.htm // reference (2) : http://www.colorado.edu/geography/weather_station/Geog_site/about.htm double dewPoint(double celsius, double humidity) { // (1) Saturation Vapor Pressure = ESGG(T) double RATIO = 373.15 / (273.15 + celsius); double RHS = -7.90298 * (RATIO - 1); RHS += 5.02808 * log10(RATIO); RHS += -1.3816e-7 * (pow(10, (11.344 * (1 - 1/RATIO))) - 1) ; RHS += 8.1328e-3 * (pow(10, (-3.49149 * (RATIO - 1))) - 1) ; RHS += log10(1013.246); // factor -3 is to adjust units - Vapor Pressure SVP * humidity double VP = pow(10, RHS - 3) * humidity; // (2) DEWPOINT = F(Vapor Pressure) double T = log(VP/0.61078); // temp var return (241.88 * T) / (17.558 - T); } void send_info(bool eth) { bool fail = true; while(fail) { // Пытаемся считать данные с датчика влажности DHT до тех пор, пока не получим // результат. В 90% случаев все работает нормально, но нам нужны 100% if((H = dht.readHumidity()) >= 0) { // Получение влажности и температуры с датчика BMP180 dps.getPressure(&Pressure); dps.getTemperature(&Temperature); // Подсчитываем точку росы, если температура на улице выше 0 градусов Цельсия // и ожидаем результат выше 0, в противном случае выводим 0. Это необходимо // чтобы не вводить в заблуждения в зимее время года. // dP = Temperature>0?((dPt=dewPoint(Temperature*0.1, H))<0?0:dPt):0; dP = dewPoint(Temperature*0.1, H); // Отправляем данные в эфир 433 мГц broadcast.ID = 1; broadcast.Temperature = floor(Temperature*0.1); broadcast.Pressure = floor(Pressure/133.3*10)/10; broadcast.Humidity = floor(H*10)/10; broadcast.dewPoint = floor(dP*10)/10; ET.sendData(); delay(250); if(eth) { // Подключаемся к серверу "Народный мониторинг" if(client.connect(server, port)) { // Начинаем передачу данных // адрес_устройства_в_проекте, имя_устройства, GPS широта, GPS долгота client.print(F("#fe-31-31-0e-5a-3b#Arduino Uno#71.344699#27.200014\n")); // Температура client.print(F("#T0#")); client.print(Temperature*0.1); client.print(F("#Температура\n")); // Давление client.print("#P1#"); client.print(Pressure/133.3); client.print(F("#Давление\n")); // Влажность client.print("#H1#"); client.print(H); client.print(F("#Влажность\n")); // Точка росы\инея client.print("#T1#"); client.print(dP); client.print((dP <= 0)? F("#Точка инея\n"):F("#Точка росы\n")); //client.print(F("#Точка росы\n")); // Отправляем конец телеграммы client.print("##"); // Даем время отработать Ethernet модулю и разрываем соединение delay(250); client.stop(); } } // Останавливаем цикл, если передача завершена fail = !fail; break; } delay(250); } } void loop() { // Каждые 4 секунды сбрасываем сторожевой таймер микроконтроллера // Каждые 6 минут отправляем данные на "Народный мониторинг" // Каждые 30 секунд отсылаем данные в эфир 433 if(!(millis()%1000)) wdt_reset(); if(!(millis()%360000)) send_info(true); if(!(millis()%30000)) send_info(false); }

К самим модулям необходимо добавить антенну. Для 433 мГц достаточно обычного медного провода длинной 17 см . Без антенны можете забыть о нормальной работе.

Переходим к самой важной части этого обновления - локальная беспроводная станция

Для её реализации (на коленке) я использовал аналог Arduino NANO (на базе ATMega328 ) и TFT дисплей на чипе ST7735S с разрешением 128 x 160

Скрытый текст



Распиновка дисплей -> контроллер

============================= LED | 3.3V SCK | SCK (13) SDA | MOSI (11) A0 | DC (9) RESET | RST (8) CS | CS (10) GND | GND VCC | 5V ============================

Модуль приемник подключается также как передатчик, только DATA к пину D7 .

Пару снимков, как это выглядит:

Скрытый текст

Скетч приемника

Скрытый текст

#include #include #include #include int x, y; int w = 128, h = 160; int size; // 433 EasyTransferVirtualWire ET; struct SEND_DATA_STRUCTURE{ byte ID; // Идентификатор устройства int Temperature; // Температура float Pressure; // Давление float Humidity; // Влажность float dewPoint; // Точка росы/инея }; SEND_DATA_STRUCTURE broadcast; int Log_Temperature = -1; float Log_Pressure = -1; float Log_Humidity = -1; float Log_dewPoint = -1; // TFT #define cs 10 #define dc 9 #define rst 8 char Temperature, Pressure, Humidity, dewPoint; String info; TFT TFTscreen = TFT(cs, dc, rst); void setup(){ Serial.begin(9600); // Инициализация модуля 433 мГц ET.begin(details(broadcast)); vw_set_ptt_inverted(true); vw_set_rx_pin(7); vw_setup(2000); vw_rx_start(); // Инициализация и начальная настройка дисплея TFTscreen.begin(); TFTscreen.setRotation(2); TFTscreen.background(0, 0, 0); // Рисуем статические элементы // 1. Заходите к нам в гости TFTscreen.stroke(255, 255, 255); TFTscreen.setTextSize(1); TFTscreen.text(" ", 10, 10); // 2. Описание показаний с датчиков TFTscreen.text("mmHg", w/2+5, 80); TFTscreen.text("%", w/2+5, 100); TFTscreen.text("C", w/2+5, 120); broadcast.Temperature = 0; broadcast.Pressure = 0; broadcast.Humidity = 0; broadcast.dewPoint = 0; TFTPrint(); } void loop(){ if(ET.receiveData()){ if(broadcast.ID == 1) TFTPrint(); /* Serial.println(broadcast.Temperature); Serial.println(broadcast.Pressure); Serial.println(broadcast.Humidity); Serial.println(broadcast.dewPoint); Serial.println(); */ } } void changes(int size, int x, int y, bool up, bool clear = false) { if(clear) TFTscreen.stroke(0, 0, 0); else { changes(size, x, y, !up, true); TFTscreen.stroke((up)?0:255, 0, (up)?255:0); } if((size%2) == 0) size++; while(size > 0) { TFTscreen.line(x, y, x+(size--), y); ++x, (up)?--y:++y, --size; } /* while(size > 0) { TFTscreen.line(x, y, (up)?x+size-1:x, (up)?y:y+size-1); ++x, ++y, --size; } */ } int x_center(int w, int length, int size) { return floor((w-length*(size*5)+size*2)/2); } int x_alignment_right(int w, int length, int size) { return ceil(w-length*(size*5)+size*2); } void TFTPrint() { size = 3; // ================================================================================== // Вывод показаний температуры // ================================================================================== if(broadcast.Temperature != Log_Temperature) { TFTscreen.setTextSize(size); // Затираем устаревшие данные String info = String(Log_Temperature); info.concat(" C"); if(Log_Temperature > 0) info = "+"+info; info.toCharArray(Temperature, info.length()+1); TFTscreen.stroke(0, 0, 0); TFTscreen.text(Temperature, x_center(w, info.length()+1, size), 35); // Выводим новые показания info = String(broadcast.Temperature); info.concat(" C"); if(broadcast.Temperature > 0) info = "+"+info; info.toCharArray(Temperature, info.length()+1); // Меняем цвет значения температуры в зависимости от самой температуры int r, g = 0, b; if(broadcast.Temperature > 0) { r = map(broadcast.Temperature, 0, 40, 255, 150); // Красный b = map(broadcast.Temperature, 0, 40, 30, 0); // Изменяем оттенок для более наглядного перехода через ноль } else { r = map(broadcast.Temperature, -40, 0, 0, 30); // Изменяем оттенок для более наглядного перехода через ноль b = map(broadcast.Temperature, -40, 0, 150, 255); // Синий } TFTscreen.stroke(b, g, r); // ВНИМАНИЕ: в библиотеке перепутаны позиции цветов, место RGB используется BGR! TFTscreen.text(Temperature, x_center(w, info.length()+1, size), 35); } size = 1; // ================================================================================== // Вывод показаний давления // ================================================================================== if(broadcast.Pressure != Log_Pressure) { TFTscreen.setTextSize(size); // Затираем устаревшие данные info = String(Log_Pressure); info.toCharArray(Pressure, info.length()); TFTscreen.stroke(0, 0, 0); TFTscreen.text(Pressure, x_alignment_right(w/2-5, info.length(), size), 80); // Выводим новые показания info = String(broadcast.Pressure); info.toCharArray(Pressure, info.length()); TFTscreen.stroke(255, 255, 255); TFTscreen.text(Pressure, x_alignment_right(w/2-5, info.length(), size), 80); changes(10, 106, 85, (broadcast.Pressure > Log_Pressure)?true:false); } else { changes(10, 106, 85, true, true); changes(10, 106, 85, false, true); } // ================================================================================== // Вывод показаний влажности // ================================================================================== if(broadcast.Humidity != Log_Humidity) { TFTscreen.setTextSize(size); // Затираем устаревшие данные info = String(Log_Humidity); info.toCharArray(Humidity, info.length()); TFTscreen.stroke(0, 0, 0); TFTscreen.text(Humidity, x_alignment_right(w/2-5, info.length(), size), 100); // Выводим новые показания info = String(broadcast.Humidity); info.toCharArray(Humidity, info.length()); TFTscreen.stroke(255, 255, 255); TFTscreen.text(Humidity, x_alignment_right(w/2-5, info.length(), size), 100); changes(10, 106, 105, (broadcast.Humidity > Log_Humidity)?true:false); } else { changes(10, 106, 105, true, true); changes(10, 106, 105, false, true); } // ================================================================================== // Вывод показаний точки росы\инея // ================================================================================== if(broadcast.dewPoint != Log_dewPoint) { TFTscreen.setTextSize(size); // Затираем устаревшие данные info = String(Log_dewPoint); info.toCharArray(dewPoint, info.length()); TFTscreen.stroke(0, 0, 0); TFTscreen.text(dewPoint, x_alignment_right(w/2-5, info.length(), size), 120); // Выводим новые показания info = String(broadcast.dewPoint); info.toCharArray(dewPoint, info.length()); TFTscreen.stroke(255, 255, 255); TFTscreen.text(dewPoint, x_alignment_right(w/2-5, info.length(), size), 120); changes(10, 106, 125, (broadcast.dewPoint > Log_dewPoint)?true:false); } else { changes(10, 106, 125, true, true); changes(10, 106, 125, false, true); } // Обновляем значения в логах для последующего сравнения показаний Log_Temperature = broadcast.Temperature; Log_Pressure = broadcast.Pressure; Log_Humidity = broadcast.Humidity; Log_dewPoint = broadcast.dewPoint; }

Показания отображаются довольно компактно, но как показывает практика (и советы моих товарищей) - "на вкус и цвет, даже жена не товарищ". Я выслушал кучу советов и предложений, но они противоречат друг другу. Поэтому делайте под свой вкус.

Как мне показалось, дизайн это та часть проекта, которая отнимает большую часть времени!

Скрытый текст

Часть данных сфабрикованы для отображения некоторых элементов дизайна.

Артефакты на дисплее, это пыль и прочая грязь скопившаяся за долго время нахождения дисплея в... где то там, ... ну там, не помню откуда его достал! Отстаньте!

В скетче имеются функции позиционирования. Они довольно примитивны, но позволяют добиться определенных эффектов.

  1. x_center
  2. x_alignment_right

Первая производит центровку текста, а вторая выравнивание по правой части указанной зоны. Все вычисления производятся относительно размеров заданного текста, исходя из выражения 1 size = 1PX х 1PX сегмента шрифта.

На дисплее также отображаются элементы соответствующие повышению или понижению той или оной величины показаний. Отображаются они в виде треугольников. Но в коде функции changes есть альтернативное отображение в виде треугольников повернутых на 45 градусов. Если показания повышаются то элемент красный, в противном случае, синий.

Кстати, цвет и оттенок основной температуры изменяется в зависимости от самой температуры. Довольно спорное решение, но на мой взгляд, визуально комфортное. Я некоторое время бился над ней, и понял, что значения в функции stroke , объекта TFT дисплея, указаны в неверном порядке. BGR место RGB . Это ошибка разработчика, ну или я что-то не понимаю.

PS : Все довольно интересно, но на мой взгляд заслуживает дальнейшего развития. Чем и займемся через какое то время.

Загружать прошивку желательно до подключения компонентов, чтобы убедиться в том, что плата рабочая. После сборки можно прошить ещё раз, плата должна спокойно прошиться. В проектах с мощными потребителями в цепи питания платы 5V (адресная светодиодная лента, сервоприводы, моторы и проч.) необходимо подать на схему внешнее питание 5V перед подключением Arduino к компьютеру, потому что USB не обеспечит нужный ток, если например лента его потребует. Это может привести к выгоранию защитного диода на плате Arduino. Гайд по скачиванию и загрузке прошивки можно найти под спойлером на следующей строчке.

Содержимое папок в архиве

  • libraries – библиотеки проекта. Заменить имеющиеся версии
  • firmware – прошивки для Arduino
  • schemes – схемы подключения компонентов

Дополнительно

  • Как показал эксперимент, снаружи корпуса датчик температуры показывает на 0.5 градуса меньше, чем внутри! Нужно более удачно компоновать электронику, отводить и экранировать тепло от греющихся элементов…

  • Если дисплей показывает слишком тускло/на белом фоне
    На плате драйвера дисплея (к которой подключаются провода) есть крутилка контрастности, с её помощью можно подстроить контраст на нужный. Также контрастность зависит от угла взгляда на дисплей (это же LCD) и можно настроить дисплей на чёткое отображение даже под углом “дисплей на уровне пупка, смотрим сверху”. А ещё контрастность сильно зависит от питания: от 5V дисплей показывает максимально чётко и ярко, тогда как при питании от USB через Arduino напряжение будет около 4.5V (часть падает на защитном диоде по линии USB), и дисплей показывает уже не так ярко. Вывод настраивайте крутилкой при внешнем питании от 5V!

  • Если датчик CO2 работает некорректно (инфа от Евгения Иванова)
    Ну там в папке библиотеки сенсора в examples есть скетчи для калибровки. также ее можно запустить втупую замкнув на землю разъем “HD” на 7+ секунд.
    Само собой вот прямо на улице на морозе этим заниматься не обязательно… можно просто в бутылку набрать свежего воздуха с датчиком внутри и запечатать. калибровка проводится минимум 20 минут..
    По-умолчанию датчик поставляется с включенной автокалибровкой, которая происходит каждый день, и если датчик используется в невентелируемом помещении, то эта калибровка быстро уводит значения от нормы за горизонт, потому ее нужно обязательно отключать.
    Документация .

  • Автокалибровка датчика CO2 отключена в скетче!

  • Если у вас не работает датчик BME280 , скорее всего у него отличается адрес. В проекте используется библиотека Adafruit_BME280, у которой нет отдельной функции смены адреса, поэтому адрес задаётся вручную в файле библиотеки Adafruit_BME280.h почти в самом начале файла (лежит в папке Adafruit_BME280 в вашей папке библиотек, вы должны были её туда установить ), у моего модуля был адрес 0x76. Как узнать адрес своего модуля BME280? Есть специальный скетч, называется i2c scanner. Его можно нагуглить, можно . Прошиваете данный скетч, открываете порт и получаете список адресов подключенных к шине i2c устройств. Чтобы остальные модули вам не мешали – можно их отключить и оставить только BME280. Полученный адрес указываем в библиотеке, сохраняем файл и загружаем прошивку метео-часов. Всё!

  • Если отстают часы , проблема скорее всего в питании схемы. Если при смене блока питания на более качественный проблема не уходит, повесьте конденсатор по питанию RTC модуля (прям на плату на VCC и GND паять): обязательно керамический, 0.1-1 мкФ (маркировка 103 или 104, смотрите таблицу маркировок). Также можно поставить электролит (6.3V, 47-100 мкФ)

Настройки в прошивке

#define RESET_CLOCK 0 // сброс часов на время загрузки прошивки (для модуля с несъёмной батарейкой). Не забудь поставить 0 и прошить ещё раз! #define SENS_TIME 30000 // время обновления показаний сенсоров на экране, миллисекунд #define LED_MODE 0 // тип RGB светодиода: 0 - главный катод, 1 - главный анод #define LED_BRIGHT 255 // яркость светодиода СО2 (0 - 255) #define BLUE_YELLOW 1 // жёлтый цвет вместо синего (1 да, 0 нет) но из за особенностей подключения жёлтый не такой яркий #define DISP_MODE 1 // в правом верхнем углу отображать: 0 - год, 1 - день недели, 2 - секунды #define WEEK_LANG 1 // язык дня недели: 0 - английский, 1 - русский (транслит) #define DEBUG 0 // вывод на дисплей лог инициализации датчиков при запуске #define PRESSURE 1 // 0 - график давления, 1 - график прогноза дождя (вместо давления). Не забудь поправить пределы гроафика // пределы отображения для графиков #define TEMP_MIN 15 #define TEMP_MAX 35 #define HUM_MIN 0 #define HUM_MAX 100 #define PRESS_MIN -100 #define PRESS_MAX 100 #define CO2_MIN 300 #define CO2_MAX 2000