Погодная станция на Arduino. Моя самодельная домашняя метеостанция на Arduino Nano Датчик погодной станции на ардуино

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

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.

x_center
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.

Как-то прогуливаясь по городу увидел новый открывшийся магазин радиоэлектроники. Зайдя в него обнаружил большое количество шилдов для Ардуины т.к. у меня дома была Arduino Uno и Arduino Nano сразу пришла мысль поиграться с передатчиками сигнала на расстоянии. Решил купить самый дешевый передатчик и приемник на 433 МГц:

Передатчик сигнала.

Приемник сигнала.

Записав простейший скетч передачи данных (пример взят от сюда), выяснилось, что передающие устройства могут вполне подойти для передачи простейших данных, таких как температура, влажность.

Передатчик имеет следующие характеристики:
1. Модель: MX -FS - 03V
2. Радиус действия (зависит от наличия преграждающих предметов): 20-200 метров
3. Рабочее напряжение: 3.5 -12В
4. Размеры модуля: 19 * 19 мм
5. Модуляция сигнала: AM
6. Мощность передатчика: 10 мВт
7. Частота: 433 МГц
8. Необходимая длина внешней антенны: 25см
9. Простота подключения (всего три провода): DATA ; VCC ; земля.

Характеристики приемного модуля:
1. Рабочее напряжение: DC 5В
2. Ток: 4мA
3. Рабочая частота: 433,92 МГц
4. Чувствительность: - 105дБ
5. Размеры модуля: 30 * 14 * 7 мм
6. Небходима внешняя антенна: 32 см.

В просторах интернета сказано, что дальность передачи информации на 2Кб/сек может доходить до 150м. Сам не проверял, но в двухкомнатной квартире принимает везде.

Аппаратная часть домашней метеостанции

После нескольких экспериментов решил подключить к Arduino Nano датчик температуры, влажности и передатчик.

Датчик температуры DS18D20 подключается к ардуино следующим образом:

1) GND к минусу микроконтроллера.
2) DQ через подтягивающий резистор к земле и к выводу D2 Ардуины
3) Vdd к +5В.

Модуль передатчика MX -FS - 03V питается от 5 Вольт, вывод данных (ADATA) подключен к выводу D13.

К Ардуино Уно подключил LCD дисплей и барометр BMP085.

Схема подключение к ардуино уно

Приемник сигнала подключен к выводу D10.

Модуль BMP085 - цифровой датчик атмосферного давления. Датчик позволяет измерять температуру,давление и высоту над уровнем моря. Интерфейс подключения: I2C. Напряжение питания датчика 1.8-3.6 В

Подключается модуль к Arduino также, как и другие I2C устройства:

VCC - VCC (3,3 В);
GND - GND;
SCL - к аналоговому выводу 5;
SDA - к аналоговому выводу 4.

Очень низкая стоимость
Питание и I/O 3-5 В
Определение влажности 20-80% с 5% точностью
Определение температуры 0-50 град. с 2% точностью
Частота опроса не более 1 Гц (не более раза в 1 сек.)
Размеры 15.5мм x 12мм x 5.5мм
4 вывода с расстоянием между ножками 0.1"

DHT имеет 4 вывода:

Vcc (3-5V питание)
Data out - Вывод данных
Не используется
Общий

Подключается к D8 Ардуины.

Программная часть домашней метеостанции

Передающий модуль измеряет и передает температуру раз в 10 минут.

Ниже привожу программу:

/* Версия скетча 1.0 Отсылаем температуру каждые 10мин. */ #include #include #include #define ONE_WIRE_BUS 2 //Пин подключения датчика Даллас OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS); DallasTemperature sensors(&oneWire); DeviceAddress insideThermometer; void setup(void) { //Serial.begin(9600); vw_set_ptt_inverted(true); // Необходимо для DR3100 vw_setup(2000); // Устанавливаем скорость передачи (бит/с) sensors.begin(); if (!sensors.getAddress(insideThermometer, 0)); printAddress(insideThermometer); sensors.setResolution(insideThermometer, 9); } void printTemperature(DeviceAddress deviceAddress) { float tempC = sensors.getTempC(deviceAddress); //Serial.print("Temp C: "); //Serial.println(tempC); //Формирование данных для для отправки int number = tempC; char symbol = "c"; //Служебный символ определения что это датчик String strMsg = "z "; strMsg += symbol; strMsg += " "; strMsg += number; strMsg += " "; char msg; strMsg.toCharArray(msg, 255); vw_send((uint8_t *)msg, strlen(msg)); vw_wait_tx(); // Ждем пока передача будет окончена delay(200); } void loop(void) { for (int j=0; j <= 6; j++) { sensors.requestTemperatures(); printTemperature(insideThermometer); delay(600000); } } //Определение адреса void printAddress(DeviceAddress deviceAddress) { for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) { if (deviceAddress[i] < 16); //Serial.print("0"); //Serial.print(deviceAddress[i], HEX); } }

Приемное устройство принимает данные, измеряет давление и температуру в помещении и передает на дисплей.

#include #include LiquidCrystal lcd(12, 10, 5, 4, 3, 2); #include dht11 sensor; #define DHT11PIN 8 #include #include BMP085 dps = BMP085(); long Temperature = 0, Pressure = 0, Altitude = 0; void setup() { Serial.begin(9600); vw_set_ptt_inverted(true); // Необходимо для DR3100 vw_setup(2000); // Задаем скорость приема vw_rx_start(); // Начинаем мониторинг эфира lcd.begin(16, 2); Wire.begin(); delay(1000); dps.init(); //lcd.setCursor(14,0); //lcd.write(byte(0)); //lcd.home(); } void loop() { uint8_t buf; // Буфер для сообщения uint8_t buflen = VW_MAX_MESSAGE_LEN; // Длина буфера if (vw_get_message(buf, &buflen)) // Если принято сообщение { // Начинаем разбор int i; // Если сообщение адресовано не нам, выходим if (buf != "z") { return; } char command = buf; // Команда находится на индексе 2 // Числовой параметр начинается с индекса 4 i = 4; int number = 0; // Поскольку передача идет посимвольно, то нужно преобразовать набор символов в число while (buf[i] != " ") { number *= 10; number += buf[i] - "0"; i++; } dps.getPressure(&Pressure); dps.getAltitude(&Altitude); dps.getTemperature(&Temperature); //Serial.print(command); Serial.print(" "); Serial.println(number); lcd.print("T="); lcd.setCursor(2,0); lcd.print(number); lcd.setCursor(5,0); lcd.print("P="); lcd.print(Pressure/133.3); lcd.print("mmH"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("T="); lcd.print(Temperature*0.1); lcd.print(" H="); lcd.print(sensor.humidity); lcd.home(); //delay(2000); int chk = sensor.read(DHT11PIN); switch (chk) { case DHTLIB_OK: //Serial.println("OK"); break; case DHTLIB_ERROR_CHECKSUM: //Serial.println("Checksum error"); break; case DHTLIB_ERROR_TIMEOUT: //Serial.println("Time out error"); break; default: //Serial.println("Unknown error"); break; } } }

P.S. В дальнейшем планирую добавить следующее:
- датчик влажности к передатчику, переработать алгоритм передачи данных
- датчик измерения скорости и направления ветра.
- в приемное устройство добавить другой дисплей.
- приемник и передатчик перевести на отдельный микроконтроллер.

Ниже прилагаю фото того что получилось:

Список радиоэлементов

Тип	Номинал	Количество	Мой блокнот
Передающая часть.
Плата Arduino	Arduino Nano 3.0	1	В блокнот
Датчик температуры	DS18B20	1	В блокнот
Резистор	220 Ом	1	В блокнот
Модуль передатчика	MX-FS-03V (433 МГц)	1	В блокнот
Радиоприемная часть.
Плата Arduino	Arduino Uno	1	В блокнот
Подстроечный резистор		1	В блокнот
Резистор

Однажды, исследуя просторы интернета наткнулся я на интересную плату Arduino. Меня очень заинтересовала эта плата. С ее помощью можно сделать самому робота, метеостанцию, сигнализацию и даже что-то посерьезней, например - «Умный Дом».

Прикупив сей девайс, начал изучать его особенности. Наигравшись со светодиодами, датчиком температуры и LCD дисплеем, решил сделать что-то такое интересное и то что может пригодиться мне дома.
И вот что получилось из этого…

Сегодня я хочу рассказать про свой небольшой домашний проект, а именно - о комнатной метеостанции на Arduino. Думаю, каждый бы хотел увидеть, например, какая у него температура в комнате или влажность, так вот, мой проект позволит вам сделать это.

Вот так метеостанция будет выглядеть в сборе:

Наверно, вам захотелось собрать такое же устройство, ну что же, не будем тянуть.

Возможности

Но для начала посмотрим, что наша метеостанция может делать:

1) Показывать текущую дату и время;
2) Показывать текущую температуру;
3) Показывать текущую влажность;
4) Показывать текущее атмосферное давление.

Состав

Что нам понадобится для реализации этой метеостанции:

1) Сам микроконтроллер Arduino (я использовал Arduino nano v3);
2) Датчик температуры и влажности Dht22 (маленькие погрешности в показаниях);
3) Барометр BMP085, он много чего может, например, измерение атмосферного давления, температуры, уровень над уровнем моря;
4) Часы реального времени DS3231 (он очень точный и легко настраивается);
5) Нам надо еще это выводить куда-то, мной был выбрал всем известный экран от Nokia 5110;
6) Прямые руки, без этого никак.

По необходимости:

7) Блок для батареек, для питания всей конструкции. Я питаю от Usb. От батареек не живет пару дней;
8) Переключатель, он тут для того, чтобы включать подсветку у экрана по мере необходимости;
9) Кусок фанеры и ножки.
10) Разъем для подключения блока питания.

Подключение

Теперь давайте рассмотрим, куда и как что подключать.

1) Первым будет наш экран:
pin 3 - Serial clock out (SCLK)
pin 4 - Serial data out (DIN)
pin 5 - Data/Command select (D/C)
pin 7 - LCD chip select (CS)
pin 6 - LCD reset (RST)
Питание 3.3V

3) Третьим будет барометр:
pin 4 - SDA
pin 5 - SCL
Питание 5V

Не забываем подключать питание и землю.

Код

Ну что, теперь самое интересное, это наш код.
Я постарался его хорошо комментировать, чтобы было понятно, но тут будут вставки и на английском с библиотек. Я думаю, с переводом проблем не будет.

Код

#include #include "DHT.h" #include #include #include "RTClib.h" #define DHTPIN 10 // 10 pin для датчика DHT22 #define DHTTYPE DHT22 RTC_DS1307 RTC; BMP085 dps = BMP085(); DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); long temp3 = 0, Pressure = 0, Altitude = 0; // pin 3 - Serial clock out (SCLK) // pin 4 - Serial data out (DIN) // pin 5 - Data/Command select (D/C) // pin 7 - LCD chip select (CS) // pin 6 - LCD reset (RST) LCD5110 myGLCD(3, 4, 5, 6, 7); extern unsigned char SmallFont; void setup() { myGLCD.InitLCD(); myGLCD.setFont(SmallFont); Wire.begin(); RTC.begin(); dht.begin(); delay(2000); dps.init(MODE_ULTRA_HIGHRES, 3200, true); // 3200 это 32 метра над уровнем моря (Питер на такой высоте располагается+ надо добавить несколько метров в зависимости от этажа на котором живете) } void loop() { dps.getPressure(&Pressure); dps.getAltitude(&Altitude); dps.getTemperature(&temp3); DateTime now = RTC.now(); // Sensor readings may also be up to 2 seconds "old" (its a very slow sensor) float h = dht.readHumidity(); // Read temperature as Celsius float t = dht.readTemperature(); myGLCD.setFont(SmallFont); // задаем маленький размер шрифта на экране myGLCD.clrScr(); // Очистка экрана myGLCD.print("Time=", LEFT, 0); //задаем время myGLCD.printNumI(int(now.hour()), 32, 0); // 32,0 означет 32=номер пропуска в строке, те откуда будем печатать. 0=номер строки myGLCD.print(":", 45, 0); myGLCD.printNumI(int(now.minute()), 50, 0); myGLCD.print(":", 62, 0); myGLCD.printNumI(int(now.second()), 67, 0); myGLCD.print("Date=", LEFT, 10); //задаем дату myGLCD.printNumI(int(now.day()), 32, 10); myGLCD.print("/", 44, 10); myGLCD.printNumI(int(now.month()), 50, 10); myGLCD.print("/", 62, 10); myGLCD.printNumI(int(now.year() - 2000), 68, 10); myGLCD.print("T=", LEFT, 20); //задаем температуру myGLCD.printNumF(t, 2, 13, 20); //Это температура с DHT22 myGLCD.print("/", 45, 20); myGLCD.printNumF(temp3 * 0.1, 2, 53, 20); //Это температура с барометра myGLCD.print("Hum=", LEFT, 30); // задаем влажность с DHT22 myGLCD.printNumF(h, 2, 28, 30); myGLCD.print("%", 63, 30); myGLCD.print("Pres=", LEFT, 40); // задаем атмосферное давление myGLCD.printNumF(Pressure / 133.3, 2, 31, 40); //рассчет атмосферного давления myGLCD.print("mm", 68, 40); // Serial.print(" Alt(m):"); кому надо, это текущая высота над уровнем моря // Serial.print(Altitude / 100); myGLCD.update(); // Вывод вместимого буфера на дисплей delay (1000); // Задержка 1 с }

Ноябрь - месяц непонятной погоды: ещё утром светило солнышко, а к обеду за окном всё уже белым бело от снега. Отслеживать всю эту погодную канитель поможет старая добрая погодная станция на Arduino. Вдохновляйтесь нашей подборкой самых крутых самодельных погодных станций, и собирайте себе свою, чтобы всегда быть готовым к сюрпризам природы и не сесть в лужу буквально.

Bluetooth погодная лампа

Управляющее устройство шарится в сети в поисках информации о погоде и отправляет по Bluetooth сигналы на сервомотор в лампе, которой меняет картинки в зависимости от прогноза. Простая и стильная погодная станция , способная украсить ваш интерьер.

Здесь принцип примерно тот же, что и в предыдущем проекте, но исполняющее устройство выполнено в виде тучки , которая меняет цвет в зависимости от температуры, а сервомотор указывает тепло на улице или холодно. Забавная мини-станция отлично будет смотреться на рабочем столе.

Для тех, кто любит тучи побольше есть ещё вот такой вариант

Винтажная погодная станция

Любители винтажных вещиц и стимпанкеры со стажем смогут по достоинству оценить погодную станцию в виде старинных часов .

Погода в Twitter

Эта невзрачная на первый взгляд деревянная пирамидка на самом деле высокотехнологичная метеостанция, способная измерять температуру, влажность воздуха, давление, уровень освещённости, уровень CO и отправлять все данные вам в Twitter.

Tempescope

Tempescope - это такая штука, в которой можно принести домой дождь. Или туман. Или даже грозу. И они будут там жить. Теперь даже в окно смотреть не обязательно, чтобы знать, что приготовила вам на сегодня матушка природа.

Погода в кубе

Прогноз погоды можно не только увидеть, но и пощупать. Этот стальной кубик Cryoscope, руководствуясь данными из сети, нагревается или охлаждается до температуры за бортом. Прислоняете такой чуть пониже копчика, и сразу ясно - поддевать сегодня кальсончики или не нужно.

2018-06-18 в 15:08

Данная погодная станция обеспечивает постоянное получение сведений о состоянии погодных условий. Проект основан на плате микроконтроллеров Arduino, а данные выводятся на LCD экран. Ранее был проект вывода данных с датчиков на веб-страницу с помощью W5100 . Небольшой размер "железа" позволяет поместить устройство в маленьком пластиковом коробе, части которого изготовлены при помощи лазерной резки.

Датчик уровня воды и снега.
Индикатор уровня воды используется для вывода уровня воды в баке во избежании его переполнения.

DHT11 представляет собой комбинированный цифровой датчик температуры и влажности. Датчик обладает отличным качеством, высокой скоростью работы, противоинтерференционной способностью и самое главное - низкой стоимостью.

Фоторезисторы, также известные как светозависимые резисторы (LDR), являются светочувствительными устройствами, наиболее часто используемыми для определения наличия или отсутствия света, или для измерения интенсивности света. В темноте их сопротивление очень велико, но когда датчик LDR подвергается воздействию света, сопротивление резко падает, вплоть до нескольких Ом.

LCD1602 с шиной I2C. Синий потенциометр на ЖК-дисплее I2C 1602 используется только для подсветки.

I2C использует только две линии, Serial DataLine (SDA) и Serial Clock Line (SCL), которые подключаются к резисторам. Типичные напряжения - +5 В или +3,3 В, хотя допускаются системы с другими напряжениями.

DS1302 - часики реального времени.
Часы основаны на интегрированной микросхеме DS1302, внутри которой есть часы / календарь в реальном времени и 31 байт статической ОЗУ. Формат времени можно увидеть как hh/mm/ss, а формат даты - yyyy/mm/dd. Так же можно высчитать день недели.

LM35 - датчик температуры.
LM35 это прецизионный интегральный датчик температуры с широким диапазоном температур, высокой точностью измерения, калиброванным выходом по напряжению. Именно эти качества определяют популярность датчика.

Инфракрасный приемник и пульт дистанционного управления

Эти два компонента работают вместе: ИК-приемник позволяет получать данные с пульта дистанционного управления. Уже рассказывал как собрать контроллер вытяжки с управлением от пульта телевизора. Данные зависят от того, какую кнопку вы хотите нажать. Были выбраны следующие кнопки для назначения их определенным функциям:

Клавиша 0 - позволяет увидеть время и дату

Клавиша 1 - позволяет увидеть данные с датчиков DHT11 и LM35

Клавиша 2 - позволяет увидеть в процентах уровень освещенности

Клавиша 3 - позволяет увидеть в миллиметрах уровень жидкости

Клавиша "Повтор" - прокручивает все окна с интервалом в 4 секунды

Сборка корпуса.
Рассмотрев размер устройства, мы продолжили строительство корпуса из плексигласа. Размеры сторон с их взаимными блокирующими сиденьями и отверстиями для выхода проводов датчиков были рассчитаны с помощью программного обеспечения Autocad, после чего мы занялись вырезанием, используя машину для лазерной резки. И, наконец, мы собрали все с помощью мощного клея.
Файл исходник - Скачать.

Схема устройства была сделана в программной среде fritzing ().

Разрабатывали код в среде Arduino IDE, использовали все необходимые библиотеки. И вот что у нас получилось:

Это главный экран, который пользователь может видеть, когда мы включаем плату. При включении появляется надпись «Arduino Weather Station». Вы также можете увидеть эту надпись после каждого обращения к AWS.

Экран даты и времени, к которому пользователь может получить доступ, просто нажав кнопку 0 на пульте дистанционного управления. При нажатии экран имеет задержку в 10 секунд, а затем возвращается на главный экран.

Экран, который показывает данные, полученные датчиками DHT11 и LM35 относительно влажности и температуры соответственно. Он "привязан" к кнопке 1 на пульте дистанционного управления, и когда она нажимается, экран имеет задержку в 10 секунд, а затем возвращается на главный экран.

Экран уровень освещенности. Привязан к кнопке 2 на пульте ДУ.

Этот экран показывает уровень жидкости в баке. Он подключен к кнопке 3 на пульте дистанционного управления.

Сама программа станции

//include sketch libraries #include #include //clock library #include //clock library #include //clock library #include //dht11 library #include //LCD library #include //Wire for LCD library #define lmPin A1 //LM35 attach to A1 LiquidCrystal_I2C lcd(0x27 , 16 , 2 ); // set the LCD address to 0x27 for a 16 chars and 2 line display dht DHT; //create a variable type of dht const int DHT11_PIN = 4 ; //attach dht11 to pin 4 const int waterSensor = 0 ; //set water sensor variable int waterValue = 0 ; //variable for water sensor int mmwaterValue = 0 ; int sensorPin = A3; // select the input pin for the potentiometer int luce = 0 ; //variable for the ldr int pluce = 0 ; //variable for the ldr float tem = 0 ; //variable for the temperature long lmVal = 0 ; //variable for the LM35 //ir const int irReceiverPin = 3 ; IRrecv irrecv(irReceiverPin); //Creates a variable of type IRrecv decode_results results; //define clock variable uint8_t RST_PIN = 5 ; //RST pin attach to uint8_t SDA_PIN = 6 ; //IO pin attach to uint8_t SCL_PIN = 7 ; //clk Pin attach to /* Create buffers */ char buf; char day; /* Create a DS1302 object */ DS1302 rtc(RST_PIN, SDA_PIN, SCL_PIN);//create a variable type of DS1302 void print_time() { /* Get the current time and date from the chip */ Time t = rtc.time(); /* Name the day of the week */ memset(day, 0 , sizeof (day)); switch (t.day) { case 1 : strcpy(day, "Sun" ); break ; case 2 : strcpy(day, "Mon" ); break ; case 3 : strcpy(day, "Tue" ); break ; case 4 : strcpy(day, "Wed" ); break ; case 5 : strcpy(day, "Thu" ); break ; case 6 : strcpy(day, "Fri" ); break ; case 7 : strcpy(day, "Sat" ); break ; } /* Format the time and date and insert into the temporary buffer */ snprintf(buf, sizeof (buf), "%s %04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d" , day, t.yr, t.mon, t.date, t.hr, t.min , t.sec); /* Print the formatted string to serial so we can see the time */ Serial .println (buf); lcd.setCursor (2 , 0 ); lcd.print (t.yr); lcd.print ("-" ); lcd.print (t.mon / 10 ); lcd.print (t.mon % 10 ); lcd.print ("-" ); lcd.print (t.date / 10 ); lcd.print (t.date % 10 ); lcd.print (" " ); lcd.print (day); lcd.setCursor (4 , 1 ); lcd.print (t.hr); lcd.print (":" ); lcd.print (t.min / 10 ); lcd.print (t.min % 10 ); lcd.print (":" ); lcd.print (t.sec / 10 ); lcd.print (t.sec % 10 ); } void setup () { //clock Serial .begin (9600 ); rtc.write_protect(false); rtc.halt(false); //ir irrecv.enableIRIn(); //enable ir receiver module lcd.init(); //initialize the lcd lcd.backlight(); //open the backlight pinMode (sensorPin, INPUT ); Time t(2017 , 12 , 03 , 10 , 15 , 00 , 1 );//initialize the time /* Set the time and date on the chip */ rtc.time(t); } void loop () { lcd.setCursor (0 , 0 ); lcd.print ("A" ); delay (50 ); lcd.setCursor (1 , 0 ); lcd.print ("r" ); delay (50 ); lcd.setCursor (2 , 0 ); lcd.print ("d" ); delay (50 ); lcd.setCursor (3 , 0 ); lcd.print ("u" ); delay (50 ); lcd.setCursor (4 , 0 ); lcd.print ("i" ); delay (50 ); lcd.setCursor (5 , 0 ); lcd.print ("n" ); delay (50 ); lcd.setCursor (6 , 0 ); lcd.print ("o" ); delay (50 ); lcd.setCursor (8 , 0 ); lcd.print ("W" ); delay (50 ); lcd.setCursor (9 , 0 ); lcd.print ("e" ); delay (50 ); lcd.setCursor (10 , 0 ); lcd.print ("a" ); delay (50 ); lcd.setCursor (11 , 0 ); lcd.print ("t" ); delay (50 ); lcd.setCursor (12 , 0 ); lcd.print ("h" ); delay (50 ); lcd.setCursor (13 , 0 ); lcd.print ("e" ); delay (50 ); lcd.setCursor (14 , 0 ); lcd.print ("r" ); delay (50 ); lcd.setCursor (4 , 1 ); lcd.print ("S" ); delay (50 ); lcd.setCursor (5 , 1 ); lcd.print ("t" ); delay (50 ); lcd.setCursor (6 , 1 ); lcd.print ("a" ); delay (50 ); lcd.setCursor (7 , 1 ); lcd.print ("t" ); delay (50 ); lcd.setCursor (8 , 1 ); lcd.print ("i" ); delay (50 ); lcd.setCursor (9 , 1 ); lcd.print ("o" ); delay (50 ); lcd.setCursor (10 , 1 ); lcd.print ("n" ); delay (50 ); if (irrecv.decode(&results)) //if the ir receiver module receiver data { if (results.value == 0xFF6897 ) //if "0" is pushed print TIME { lcd.clear (); //clear the LCD print_time(); lcd.clear (); //clear the LCD } if (results.value == 0xFF30CF ) //if "1" is pushed print TEMPERATURE and HUMIDITY { lcd.clear (); //clear the LCD //READ DATA of the DHT // DISPLAY DATA lcd.setCursor (0 , 0 ); lcd.print ("Tem:" ); lmVal = analogRead (lmPin);//read the value of A1 lcd.print (tem);//print tem lcd. lcd.print ("C " ); // Serial.println(" C"); lcd.setCursor (0 , 1 ); lcd.print ("Hum:" ); //Serial.print("Hum:"); lcd. lcd.print (" % " ); //Serial.println(" %"); delay (10000 ); //wait for 3000 ms lcd.clear (); //clear the LCD irrecv.resume(); // Receive the next value } if (results.value == 0xFF18E7 ) //if "2" is pushed print the DARKNESS { lcd.clear (); //clear the LCD lcd.setCursor (4 , 0 ); lcd.print ("Darkness:" ); luce = pluce = lcd.setCursor (6 , 1 ); lcd. lcd. delay (10000 ); //delay 10000 ms lcd.clear (); //clear the LCD delay (200 ); //wait for a while irrecv.resume(); // Receive the next value } if (results.value == 0xFF7A85 ) //if "3" is pushed print the SNOW or WATER LEVEL { lcd.clear (); //clear the LCD lcd.setCursor (0 , 0 ); lcd. lcd.setCursor (6 , 1 ); mmwaterValue = lcd. delay (10000 ); //delay 10000ms lcd.clear (); //clear the LCD delay (200 ); irrecv.resume(); // Receive the next value } if (results.value == 0xFF9867 ) //if "PRESENTATION" is pushed print TIME, TEM and HUM, DARKNESS and S or W LEVEL one time { lcd.clear (); //clear the LCD print_time(); lcd.clear (); //clear the LCD delay (200 ); //wait for a while //READ DATA of the DHT int chk = DHT.read11(DHT11_PIN); // DISPLAY DATA lcd.setCursor (0 , 0 ); lcd.print ("Tem:" ); lmVal = analogRead (lmPin);//read the value of A0 tem = (lmVal * 0.0048828125 * 100 );//5/1024=0.0048828125;1000/10=100 lcd.print (tem);//print tem lcd.print (char (223 ));//print the unit" ? " lcd.print ("C " ); // Serial.println(" C"); lcd.setCursor (0 , 1 ); lcd.print ("Hum:" ); //Serial.print("Hum:"); lcd.print (DHT.humidity, 1 ); //print the humidity on lcd //Serial.print(DHT.humidity,1); lcd.print (" % " ); //Serial.println(" %"); delay (4000 ); //wait for 3000 ms lcd.clear (); //clear the LCD delay (200 ); //wait for a while lcd.setCursor (4 , 0 ); //place the cursor on 4 column, 1 row lcd.print ("Darkness:" ); luce = analogRead (sensorPin); //read the ldr pluce = map (luce, 0 , 1023 , 0 , 100 ); //the value of the sensor is converted into values from 0 to 100 lcd.setCursor (6 , 1 ); //place the cursor on the middle of the LCD lcd.print (pluce); //print the percentual lcd.print ("%" ); //print the symbol delay (4000 ); //delay 10000 ms lcd.clear (); //clear the LCD delay (200 ); //wait for a while lcd.setCursor (0 , 0 ); //place the cursor on 0 column, 1 row lcd.print ("Fluid level(mm):" ); //print "Fluid level(mm):" int waterValue = analogRead (waterSensor); // get water sensor value lcd.setCursor (6 , 1 ); //place cursor at 6 column,2 row mmwaterValue = map (waterValue, 0 , 1023 , 0 , 40 ); lcd.print (mmwaterValue); //value displayed on lcd delay (4000 ); //delay 10000ms lcd.clear (); //clear the LCD delay (200 ); irrecv.resume(); // Receive the next value } } }

Проект очень прост для повторения, думаем, сборка не должна вызвать сложностей.

Не пропустите обновления! Подписывайтесь на нашу группу