Метеостанция на Arduino от А до Я. Часть 1 / Habr

Оглавление:


«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»


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.

Автор проведет вас по запутанным лабиринтам современных технологий интернета вещей. Причём глазами новичка, так как сам им является.

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


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.


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.


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.


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.


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.


Подведем итоги. Вот общая схема как всё работает.

Продолжение следует.

habr.com

беспроводной метеодатчик из Arduino Pro Mini

В прошлом рассказе про то, что можно сделать из Arduino, мне предложили делать погоду и бросать ее в сеть. Не сказать, чтобы это мне это было сильно нужно, но сама идея осталась в голове и это обстоятельство представляло хотя и смутное, но постоянное беспокойство.

Так что я решил попробовать, и закрыть этот вопрос раз и навсегда. Тем более, что тот самый рассказ стал призовым, и позволил мне купить практические все необходимое, чтобы решить задачу.

В некотором смысле это спасибо MySKU и всем, кому понравились игрушки из Arduino.

ЖЕЛЕЗКИ

Arduino Pro Mini

Плата совершенно крошечная. Я даже не ожидал, что настолько. Но при этом на ней — взрослый чип ATmega328, так что по производительности она не уступает той же Uno. Это версия 5В, питается или от 5В стабилизированного по любому пину VCC или же от 5 — 12В по пину RAW (если верить Arduino.cc). По-моему, очень удобно.

Комплект передатчик-приемник ASK/OOK 433 МГц

Это уже проверенные (не в этом магазине, а вообще) простейшие приемники и передатчики с амплитудной модуляцией. У них нет никаких средств коррекции ошибок и контроля передачи, зато они крайне дешевы и без проблем работают с нужными мне устройствами (розетками, выключателями и с самими собой).

Живые фото можно посмотреть в предыдущем тексте про Arduino.

Преобразователь Serial — USB

Очень простой, недорогой и универсальный — есть питание 5В и 3.3В на выбор. Нужен, чтобы загружать код в Arduino Pro Mini, так как у платы нет своего USB. Шлейф, который вы видите на фото, входит в комплект. И хотя ничего необычного в нем нет — обычные четыре провода, все равно приятно.

Датчик влажности и температуры DHT21

Заказывал часы для жены, но DX ошибся с заказом, ошибку признал и вернул стоимость на счет в магазине. Так что вместо часов жене получился датчик температуры мне любимому. Этот датчик выбран за разумную цену (вообще, а не в DX), широкий диапазон измерений и точность до десятых. Кроме того, в отзывах на DX писали, что он полностью совместим с DHT22, для которого есть готовые библиотеки для Arduino.

Пара слов о продавце на eBay

С одной стороны, в магазине приятные цены, все выслали достаточно быстро, и почти все пришло в рабочем состоянии.

Исключение — один приемник, который не включился. Возможно, он настроен на другую частоту и поэтому я не увидел сигнала на выходе. С этим буду разбираться позже, но пока факт остается фактом — в текущем состоянии один приемник оказался бесполезен.

Другой минус состоит в том, что бесплатная доставка — без номера для отслеживания. А так как я эти номера все же люблю, то заплатил за него, как и было предложено в письме-подтверждении заказа. При этом продавец предлагает оплатить трек-номер на отдельный эккаунт PayPal.

Итог: сначала мне больше недели номер вообще не давали. Потом, когда я пообещал диспут, выдали с интервалом в день сразу два трек-номера. Один был явно левым, поскольку дата приема посылки по нему была раньше даты заказа.

Другой казался нормальным ровно до импорта в России. Как только появился индекс места назначения стало понятно, что это посылка не моя, а какого-то счастливчика из Обнинска.

Ну а потом уже пришла моя посылка — без каких-либо трек-номеров. Поэтому поводу я еще немного поскандалил с продавцом, и в конечном итоге плату за трек-номер мне вернули.

Впечатления двойственные: с одной стороны, в магазине очень приятные цены. С другой — получается какая-то лотерея.

ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ
За громким заголовком суровая правда: дома на боевом дежурстве живет небольшая коробочка с Arduino Uno, подключенная к сети через Ethernet-шилд.

В этой коробочке также есть копия упомянутого выше ASK/OOK приемника для получения сигналов с домашних датчиков (протечки, открытия дверей и т.п.).

Это определило некое подобие клиент-серверной модели для подключения метеодатчика. То есть, метеодатчик на базе Arduino Pro Mini отправляет данные температуры и влажности коробке, а она, в свою очередь, отправляет их в интернет.

Отвечаю на очевидные вопросы )

Q: Почему примитивные приемники, а не, скажем, рекомендованные ранее чудесные nRF24L01, которым не страшны помехи, которые легко объединяются в сеть и вообще идеальны для такого применения?

A: Во-первых, кажется, я просто боюсь, что потрачу слишком много времени на усвоение методики работы с nRF24L01. Во-вторых, у меня (то есть, у Arduino Uno в коробке) заканчивается все — пины, память. А нужно подключить еще несколько устройств: пищалку, датчик движения.

Между тем, в коробке уже есть все, что нужно для получения метеоданных — и приемник, и библиотека RC-Switch, которая вполне подходит не только для управления розетками, но для передачи нескольких символов. Почему бы не воспользоваться уже имеющимися ресурсами?

Q: Почему тогда не Virtual Wire?

A: Ответ, в общем, выше — еще одна библиотека, еще меньше памяти. С практической точки зрения такой радиоканал можно назвать слабым местом системы. Но, если задуматься, вся моя система — сплошное слабое место, так сказать, by design.

Q: почему бы не подключить Arduino Pro Mini к сети напрямую?

A: Дело в том, что для минимального количества проводов я планирую поставить датчик на окно, а рядом нет ни сетевых, ни электрических розеток. Это раз.

И два: Wi-Fi-шилд для Arduino или комбинация из электрической розетки с Ethernet и обычного Ethernet-шилда Arduino стоят совершенно неразумных для решения этой задачи денег.

Q: Почему не меряем атмосферное давление?

A: Потому что датчик сразу не заказал, и в итоге он еще не приехал. А попробовать очень хотелось.

Q: У тебя же есть метеостанция с беспроводным датчиком. Почему не используешь его, а городишь огород на пустом месте?

A: Честно говоря, огород для меня проще, чем писать код для обработки сигнала. Потом, может быть, попробую. А сейчас так гораздо быстрее.

ЛОГИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ
Для логической основы радиоканала я решил воспользоваться возможностями библиотеки RC-Switch. Она предназначена для управления беспроводными розетками, но методика управления позволяет использовать ее и для передачи данных. Медленно, не очень надежно, но — позволяет.

Суть в том, что команда розетки — всего лишь цифровой код. При этом RC-Switch совершенно безразлично, какой именно код передавать. Главное — не больше 24 бит, то есть не больше 16777216.

В итоге мой протокол передачи метеоданных выглядит следующим образом:

Первые три цифры — идентификатор датчика
Четвертая цифра — тип данных (1 — влажность, 0 — температура)
Пятая цифра — знак температуры (1 — отрицательная, 0 — положительная)
Остальные цифры — величина

Например, чтобы передать температуру 23.5С нужно отправить через RC-Switch код 16100235.

Плюсы примитивного «кодирования»: достаточно всего одного действия арифметики, чтобы выделить передаваемую величину. Минусы — один «пакет» для одного значения.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
Arduino Pro Mini поставляется в комплекте с контактными планками. При желании их можно напаять на плату. А при необходимости сделать максимально компактную конструкцию провода можно паять прямо к контактным площадкам платы.

Я выбрал первый вариант — мне так проще, да и плату, если что, легче использовать повторно.

После беглого ознакомления с датчиком температуры и влажности DHT21 выяснилось, что напрямую подключать его к Arduino не очень правильно. Оказывается, правильная схема включает «подтягивающий» резистор 4.7 кОм между плюсом и линией данных. Мне повезло — нужный резистор выкусил из ненужного беспроводного звонка.

Для питания прототипа я воспользовался ненужной «аварийной» зарядкой для мобильного телефона. Это такой цилиндрик: с одной стороны вставляем батарейку AA 1.5В, а с другой получаем 5.9В (без нагрузки). Для страховки я подключил выход зарядки к входу RAW Arduino Pro Mini, чтобы все компоненты (плата и датчик) получали стабилизированные 5В. По крайней мере, из описания платы можно заключить, что RAW принимает от 5В до 12В, при этом на контактах VCC — стабилизированные 5В.

Дальше все просто. Подключаем передатчик, датчик и пишем простой код. В моем случае для кода потребовались три библиотеки: RC-Switch (передача данных), SimpleTimer (отсчет интервалов для передачи) и DHT22 (получение данных с датчика температуры и влажности).

А вот и прототип:

Схема работы: раз в пять минут опрашиваем датчик и попеременно отправляем температуру и влажность. За одну сессию можно передать только один параметр, поэтому «большая сестра» получает их по очереди, а потом скопом отправляет в Open Weather Map. В результате данные в интернете обновляются раз в десять минут.

Почему такой интервал? Потому что, во-первых, каждая сессия — это занятый радиоканал (а у меня есть и другие радиодатчики, требующие внимания) и отнятое процессорное время. Так что это попытка минимизировать издержки.

Во-вторых, я не такой уж и погодный маньяк, чтобы обновлять погоду каждую секунду.

И третье. Интервал в пять минут, по-моему, более-менее рационален с точки зрения энергетики, так как я планирую питать метеодатчик от батареек.

Для записи кода в плату соединяем Arduino Pro Mini с компьютером через преобразователь Serial — USB и не забываем «перекрестить» линии TX/RX, то есть: RX подключаем к TX, и наоборот — TX к RX. Для питания берем пин 5В, потому что эта версия Arduino — 5В.

Секрет: если заливка программы не удается (ошибка типа avrdude: stk500_getsync(): not in sync: resp=0x00), помогает такая процедура:

1) Нажимаем кнопку загрузки программы в среде разработки Arduino
2) Ждем пока загорится красный светодиод на преобразователе Serial — USB
3) Нажимаем кнопку сброса на Arduino Pro Mini

Если не получилось — ждем, пока погаснет красный светодиод на преобразователе и повторяем процедуру.

Со стороны «большой сестры» нужно только добавить несколько фрагментов кода для получения метеоданных из радиоканала и отправки их в интернет. Для примера — готовый код по ссылке в конце текста, который подходит для использования с Arduino Uno как в монопольном режиме, так и в составе вашего кода (если, разумеется, разобрать исходник на нужные части).

Если будете использовать — не забудьте подставить свои IP/MAC, ключ авторизации OpenWeatherMap и координаты метеодатчика.

А вот так метеодатчик выглядит почти в финальной (ну или вообще финальной, если нет ничего более постоянного, чем временное) версии:

НА ДЕРЕВНЮ, ДЕДУШКЕ
Итак, метеоданные получили, передали и приняли. Ок. И что делать с этим счастьем? Мне советовали отправлять его в Openweathermap.org, поскольку дело хорошее и вообще. Я проникся и немного изучил вопрос, хотя такое ощущение, что Openweathermap это совершенно не нужно.

Так что получилось, скорее, не благодаря, а вопреки. Спасибо нашему чуваку, который сделал интернет-метеостанцию и рассказал о ней, Wiki за описание базовой аутентификации HTTP и чудесному сервису hurl.it, который имитирует HTTP-запросы и показывает их тело, что важно для кода. Ах да, еще большое спасибо онлайновым сервисам кодирования Base64.

Иными словами, документация на Openweathemap upload API говорит, что нужна аутентификация HTTP Basic и описывает имена и форматы полей данных, но не дает практических примеров, что нужно таким безмозглым, как я.

Как все получилось.

Сначала я зарегистрировался на Openweathermap.org.

Потом выяснил, что для HTTP Basic нужна строка авторизации, состоящая из имени и пароля, разделенных двоеточием и кодированных Base64. Так что взял логин и пароль, пошел в онлайновый кодер и на выходе получил нужную строчку.

Например, для имени test и пароля test она выглядит так: dGVzdDp0ZXN0

Как результат, строка авторизации Openweathermap выглядит так:

Authorization: Basic dGVzdDp0ZXN0

Берем ее и составляем тестовый запрос в Openweathermap и смотрим тело запроса:

Обратите внимание, что если все правильно, то «тест» отправляет данные в Openweathermap. Я эту проблему решил просто: подставлял актуальную информацию о погоде из своего региона.

Полученный таким образом текст запроса можно запросто использовать в коде Arduino: строчки печатаются в HTTP-клиент.

Плюсы: в целом все довольно просто.

Минусы: у Openweathermap отсутствуют адекватные (с моей точки зрения, разумеется) методы визуализации данных. Доступны только запросы к БД с выдачей результатов для визуализации «на стороне».

КАК ЭТО РАБОТАЕТ
Все просто. Метеодатчик получает температуру и влажность от DHT21, и отправляет их Arduino Uno, подключенной к интернету.

Оттуда данные уходят на Openweathermap (чего добру пропадать?), где их можно посмотреть в онлайне и где они, вероятно, используются для прогноза погоды.

Желающим понаблюдать за местной (Россия, Москва, СВАО, Лианозово) погодой: мой метеодатчик на Openweathermap.org.

А ТЕПЕРЬ О ПРОБЛЕМАХ
Так как руки у меня растут все-таки не совсем из правильного места, то я закономерно наступил на несколько художественным образом разложенных грабель.

Во-первых, несмотря на то, что авторы библиотеки DHT22 заверяли, что они решили проблему с отрицательными температурами, мне это не помогло. При минусе библиотека начала выдавать совершенно нереальные показания, что в обсуждениях обосновывали ошибкой переполнения.

Т.е. вместо -4.5С мне показывали 32763,5. Я не стал переписывать библиотеку (см. выше про руки), а просто стал вычитать полученное значение из 32768 (максимальное значение для заданного типа переменной).

Во-вторых, практически сразу после первого включения метеодатчика выяснилась печальная особенность: на кухонном столе (около 2.5 метров до приемника) он еще работал, а вот на балконе (около 4 метров) — нет. После изучения кода и прочего стало понятно, что проблема, все-таки и не в нем, и не в батарейках.

Подозрение пало на антенны, которые я сделал из простых кусочков провода. Чтение этих ваших интернетов догадки подтвердило: диапазон 433 МГц — довольно коварная в плане распространения волн штука. Поэтому антенну лучше делать хотя бы минимально похожей на антенну, а не изгибать проводочки под причудливыми углами, лишь бы в корпус поместилось.

В итоге я заменил все проводки на штыри из одножильного медного провода (просто купил пару метров (с запасом, да) 2х1.5 электрического кабеля, и распотрошил его на жилы. Длина штырей как и раньше — около 17.3 см, т.е. четверть волны. Все ориентированы вертикально.

Результат — теперь не только метеодатчик работает на балконе, но и другие беспроводные датчики в квартире работают гораздо более уверенно.

Третья очевидная проблема — совершенно зверское потребление энергии. Двух батареек 14500 по 1000 мАч хватает где-то на пару суток. Т.е., по грубым прикидкам метеодатчик кушает около 20 мА. Говорят, что одна из наиболее прожорливых частей — встроенный стабилизатор напряжения, но от него я избавиться как раз и не могу, потому что пока не вижу, как в батарейный отсек на две АА можно разместить автономный источник 5В.

Поэтому рассматриваю две альтернативы. Первая — эксперименты со «спящим» режимом. Вторая — бросить эти девичьи мечты об автономности и запитать уже от электрической сети.

Ну а пока наслаждаюсь тем, что датчик вообще работает 🙂

ССЫЛКИ
Библиотека RC-Switch
Библиотека DHT22
Библиотека SimpleTimer
Сервис для тест HTTP-запросов hurl.it
Сервис кодирования Base64
Код метеодатчика
Код принимающей стороны

mysku.ru

Беспроводная метеостанция [Амперка / Вики]

Что это такое?

В этой статье мы расскажем о том, как собрать полноценную метеостанцию, передающую данные о погоде на широко известный сервис «народный мониторинг».

Наша метеостанция будет состоять из двух устройств: компактного автономного устройства, измеряющего погодные показатели, и устройства-ретранслятора, получающего эти показатели и отправляющего их на «народный мониторинг». Устройства будут связываться по беспроводному каналу связи на частоте 433 МГц. Автономная часть будет питаться от трёх пальчиковых батареек и сможет просуществовать на одном комплекте батарей до года при периоде опроса датчиков в 20 мин.

Такая конструкция позволяет не сверлить стены для прокладки проводов с улицы, где необходимо производить измерения, в помещение, где результатами этих измерений надо пользоваться.

Что для этого необходимо?

Для изготовления автономного передатчика нам понадобятся:

  1. Держатель пальчиковых батареек на x3 AA

Для изготовления ретранслятора нам понадобятся:

Так же удобно установить два светодиода для индикации процессов:

Для звуковой индикации разряда батареи автономной части удобно использовать пьезо-пищалку:

Как это собрать?

Сборка автономной части

Сборка ретранслятора

  1. Вставьте Ethernet шилд в Arduino Uno, установите сверху макетку и вставьте в неё беспроводной приёмник. Подключите вывод 7 Arduino к выводу 2 приёмника.
  2. Подключите питание и землю приёмника к выводам GND и 5V Arduino.

На этом сборка минимально функционального ретранслятора закончена. Если вы хотите установить светодиодную индикацию и звуковую сигнализацию, то выполните пункты ниже.

  1. Установите светодиоды и резисторы, подключите красный светодиод к контакту 6, зелёный — к контакту 5.
  2. Установите пьезопищалку, подключите её к контакту 4.

Исходный код

Код автономной части

meteo_sensor.ino
#include <Arduino.h>
#include <SHT1x.h>
#include <LowPower_Teensy3.h>
#include <ampline.h>
 
 
// Таймаут между посылками (не более 65535)
#define TIMEOUT 60000
 
// Количество попыток отправки посылки
#define ATTEMPTS 3
 
// Информационный пин передатчика
#define RF_PIN 5
 
// Пины датчика температуры и влажности
#define GND1_PIN 10
#define VCC1_PIN 11
#define GND2_PIN 7
#define VCC2_PIN 8
#define DATA_PIN 12
#define CLK_PIN  9
 
 
AmperkaLine rf(RF_PIN);
SHT1x sht1x(CLK_PIN, DATA_PIN);
 
 
void loop(void);
 
 
// Функция усыпления платы. Каждые TIMEOUT секунд
// будет вызываться функция loop_func.
TEENSY3_LP LP = TEENSY3_LP();
sleep_block_t* LP_config;
 
void sleep_mode(void)
{
    LP_config = (sleep_block_t*)calloc(1,sizeof(sleep_block_t));
 
    // Просыпаться будем по таймеру
    LP_config->modules = (LPTMR_WAKE);
    // Задаём таймаут для таймера
    LP_config->lptmr_timeout = TIMEOUT;
    // По истечении таймаута будет вызываться функция loop
    LP_config->callback = loop;
 
    LP.Hibernate(LP_config);
}
 
 
// Функция включения периферии
void periferial_start(void)
{
    // Включаем линию передачи данных
    pinMode(RF_PIN, OUTPUT);
 
    // Включаем питания и земли датчиков температуры и влажности
    pinMode(GND1_PIN, OUTPUT);
    pinMode(GND2_PIN, OUTPUT);
    pinMode(VCC1_PIN, OUTPUT);
    pinMode(VCC2_PIN, OUTPUT);
    digitalWrite(GND1_PIN, LOW);
    digitalWrite(GND2_PIN, LOW);
    digitalWrite(VCC1_PIN, HIGH);
    digitalWrite(VCC2_PIN, HIGH);
 
    // Включаем светодиод для индикации передачи
    pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
 
    // Выбираем в качестве опорного напряжения внутренний
    // источник (=1.2 В)
    analogReference(INTERNAL);
}
 
 
// Функция выключения периферии
void periferial_stop(void)
{
    // Выключаем линию передачи данных
    pinMode(RF_PIN, INPUT);
 
    // Выключаем датчик температуры и влажности
    pinMode(GND1_PIN, INPUT);
    pinMode(GND2_PIN, INPUT);
    pinMode(VCC1_PIN, INPUT);
    pinMode(VCC2_PIN, INPUT);
 
    pinMode(18, INPUT_PULLUP);
    pinMode(19, INPUT_PULLUP);
 
    // Выключаем светодиод
    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
}
 
void setup(void)
{
    // Ничего не инициализируем, сразу засыпаем
    sleep_mode();
}
 
// Эта функция выполняется раз в TIMEOUT секунд
void loop(void)
{
    unsigned long msg;
    byte temp, humidity, voltage;
 
    // Включаем периферию
    periferial_start();
 
    // Подождём, пока включится датчик температуры и влажности
    delay(30);
 
    // Получаем входные данные с сенсоров
    temp = (byte)(sht1x.readTemperatureC() + 40.)*2;
    humidity = (byte)sht1x.readHumidity();
    voltage = analogRead(A0)/4;
 
    // Составляем из данных посылку
    msg = 0;
    msg |= voltage;
    msg <<= 8;
    msg |= humidity;
    msg <<= 8;
    msg |= temp;
 
    // Отправляем несколько раз посылку
    for(int i = 0; i < ATTEMPTS; i++) rf.send(msg);
 
    // Выключаем периферию
    periferial_stop();
 
    // После выхода из функции плата снова уснёт
}

Код платы, работающей в помещении

receiver.ino
#include <Arduino.h>
#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>
#include <ampline.h>
 
 
byte mac[] = { 0x90, 0xA7, 0xDA, 0x0F, 0xBC, 0x75 };
 
char server[] = "narodmon.ru";
 
EthernetClient client;
 
const int rfpin = 7;
AmperkaLine rf(rfpin);
 
void setup(void)
{
    pinMode(rfpin, INPUT);
    pinMode(6, OUTPUT);
 
    Serial.begin(9600);
    Serial.println("Started.");
}
 
void loop(void)
{
    static unsigned long pushtimeout = 0;
    static float temp, humidity, voltage;
    unsigned long msg;
    int res;
 
    if((res = rf.receive(&msg)) == 0)
    {
        temp = ((float)(msg&0xFF))/2. - 40.;
        msg >>= 8;
        humidity = (float)(msg&0xFF);
        msg >>= 8;
        voltage = (float)(msg&0xFF) / 256. * 1.2 * 10 * 1.1;
 
        digitalWrite(6, HIGH);
 
        Serial.print("Temp: ");
        Serial.print(temp);
        Serial.print(", humidity: ");
        Serial.print(humidity);
        Serial.print(", voltage: ");
        Serial.println(voltage);
 
        digitalWrite(6, LOW);
    }
    else Serial.println('E');
 
    if(millis() - pushtimeout > 60000*5)
    {
        pushtimeout = millis();
 
        Serial.println("Starting Ethernet...");
 
        if (Ethernet.begin(mac) == 0)
        {
            Serial.println("Failed to configure Ethernet using DHCP");
            while(1) { }
        }
        delay(1000);
        Serial.println("connecting...");
 
        if (client.connect(server, 8283))
        {
            Serial.println("connected");
 
            client.println("#90-A7-DA-0F-BC-75#Sensor#55.751775#37.616856#0.0");
 
            client.print("#90A7DA0FBC7501#");
            client.print(temp, DEC);
            client.println("#In");
 
            client.print("#90A7DA0FBC7502#");
            client.print(humidity, DEC);
            client.println("#Humidity");
 
            client.print("#90A7DA0FBC7503#");
            client.print(voltage, DEC);
            client.println("#Voltage");
 
            client.println("##");
        } 
        else Serial.println("connection failed");
 
        {
            unsigned long tm = millis();
 
            while(millis() - tm < 5000) {
                if (client.available()) {
                    char c = client.read();
                    Serial.print(c);
                }
            }
        }
 
        client.stop();
    }
}

Регистрация метеостанции в «Народном мониторинге»

Чтобы данные, передаваемые нашим устройством, корректно отображались на народном мониторинге, необходимо выполнить следующее:

  1. Установить уникальный MAC-адрес устройства.

  2. Зарегистрироваться на сайте «Народного мониторинга».
  3. Авторизоваться.

  4. Открыть список датчиков и установить номиналы передаваемых данных.

Демонстрация работы устройства

Что ещё можно сделать?

  1. Teensy прямо на борту имеет часы реального времени (RTC). Для их работоспособности не хватает только кварца. Можно купить кварц на 32,768 КГц в любом магазине радиоэлементов и припаять его. Тогда можно пробуждать Teensy по будильнику RTC. Достоинство в том, что можно будить устройство чаще в те часы, когда нужны более точные показания. Например, в рабочее время будить устройство каждые 5 минут, а в остальное — каждые полчаса.

wiki.amperka.ru

Метеостанция для записи температуры, атмосферного давления и влажности [Амперка / Вики]

// библиотека для работы I²C
#include <Wire.h>
// библиотека для работы с метеосенсором
#include <TroykaMeteoSensor.h>
// Подключаем библиотеку для работы с дисплеем
#include <QuadDisplay2.h>
// библиотека для работы с модулями IMU
#include <TroykaIMU.h>
// библиотека для работы с протоколом 1-Wire
#include <OneWire.h>
// библиотека для работы с датчиком DS18B20
#include <DallasTemperature.h>
// библиотека для работы с SPI
#include <SPI.h>
// библиотека для работы с SD-картами
#include <SD.h>
 
// сигнальный пин датчика DS18B20
#define ONE_WIRE_BUS 5
// даём разумное имя для CS пина microSD-карты
#define SD_CS_PIN  8
 
// создаём объект для работы с метеосенсором
TroykaMeteoSensor meteoSensor;
// создаём объект класса QuadDisplay, передаём номер пина CS, включаем режим работы с SPI
QuadDisplay qd(10, true);
// создаём объект для работы с барометром
Barometer barometer;
// создаём объект для работы с библиотекой OneWire
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
// создадим объект для работы с библиотекой DallasTemperature
DallasTemperature sensor(&oneWire);
 
// перечисляем имена операций, которые мы будем выводить на дисплей
enum {
  SAVE_SD,    // имя для операции, которая записывает на SD данные
  IN,         // имя для операции, которая выводит на дисплей надпись "In"
  TEMP_IN,    // имя для операции, которая выводит на дисплей температуру с метеосенсора
  CEL,        // имя для операции, которая выводит на дисплей символ °C
  HUM_IN,     // имя для операции, которая выводит на дисплей влажность с метеосенсора
  PPM,        // имя для операции, которая выводит на дисплей символ %
  BAR_IN,     // имя для операции, которая выводит на дисплей давление с барометра в миллиметрах ртутного столба
  MER,        // имя для операции, которая выводит на дисплей надпись "Hg"
  EMPTY,      // имя для операции, которая очищает дисплей
  OUT,        // имя для операции, которая выводит на дисплей надпись "Out"
  TEMP_OUT    // имя для операции, которая выводит на дисплей температуру с датчика DS18B20
};
// создаем массив, в котором будем хранить последовательность операций
int chain[] = {
  IN,
  TEMP_IN,
  CEL,
  HUM_IN,
  PPM,
  BAR_IN,
  MER,
  EMPTY,
  OUT,
  TEMP_OUT,
  CEL,
  EMPTY,
  SAVE_SD
};
 
// создаем объект класса long для хранения счетчика
unsigned long respite_Time = 0;
 
// создаем объект для регулировки времени показа значений на экране
int slowdown_qd = 1000;
// создаем объект для хранения номера выполняемой операции
int number_qd = 0;
 
// создаем объект для записи данных на SD строкой
String  dataString = "";
 
void setup() {
  // инициализация дисплея
  qd.begin();
  // инициализируем метеосенсора
  meteoSensor.begin();
  // инициализация барометра
  barometer.begin();
  // инициализируем работу с датчиком DS18B20
  sensor.begin();
  // устанавливаем разрешение датчика от 9 до 12 бит
  sensor.setResolution(12);
  // инициализируем карту памяти
  SD.begin(SD_CS_PIN);
  // собираем верхнюю строчку с наименованием данных
  dataString = "TEMP_IN (ºC)\tHUM_IN (%)\tBAR_IN (mmHg)\tTEMP_OUT (ºC)";
  // вызываем функцию сохранения данных на SD
  saveSD(dataString);
}
 
void loop() {
  // запускаем бесконечный счетчик. Его содержимое будет обрабатываться с периодом равным slowdown_qd
  if (millis() - respite_Time > slowdown_qd) {
    // запускаем процесс, который будет выполнять операции согласно последовательности в chain
    switch (chain[number_qd]) {
      case IN:
        qd.displayDigits(QD_I, QD_n, QD_NONE, QD_NONE);
        break;
      case TEMP_IN:
        showData(meteoSensor.getTemperatureC());
        break;
      case CEL:
        qd.displayDigits(QD_NONE, QD_NONE, QD_DEGREE, QD_C);
        break;
      case HUM_IN:
        showData(meteoSensor.getHumidity());
        break;
      case PPM:
        qd.displayDigits(QD_NONE, QD_NONE, QD_DEGREE, QD_UNDER_DEGREE);
        break;
      case BAR_IN:
        qd.displayInt(barometer.readPressureMillimetersHg());
        break;
      case MER:
        qd.displayDigits(QD_NONE, QD_NONE, QD_H, QD_9);
        break;
      case EMPTY:
        qd.displayClear();
        break;
      case OUT:
        qd.displayDigits(QD_O, QD_u, QD_t, QD_NONE);
        break;
      case TEMP_OUT:
        // переменная для хранения температуры
        float temperature;
        // отправляем запрос на измерение температуры
        sensor.requestTemperatures();
        // выводим значение с датчика DS18B20 на экран
        qd.displayFloat(sensor.getTempCByIndex(0), 1);
        break;
      case SAVE_SD:
        // собираем в строку сначала температура с метеосенсора
        dataString = String(meteoSensor.getTemperatureC()) + "\t";
        // потом влажность
        dataString += String(meteoSensor.getHumidity()) + "\t";
        // давление
        dataString += String(barometer.readPressureMillimetersHg()) + "\t";
        // и температура с датчика DS18B20
        dataString += String(sensor.getTempCByIndex(0)) + "\t";
        // вызываем функцию сохранения данных на SD
        saveSD(dataString);
        break;
    }
    number_qd++;
    // проверяем не превысил ли номер операции количество операций
    if (number_qd > sizeof(chain) / sizeof(int) - 1)
      number_qd = 0;
    respite_Time = millis();
  }
}
 
// функция работы датчика температуры и влажности
void showData(float data) {
  // считываем данные с датчика
  int stateSensor = meteoSensor.read();
  switch (stateSensor) {
    // выводим показания на дисплей
    case SHT_OK:
      qd.displayFloat(data, 1);
      break;
    // выводим сообщение "Errd", если ошибка данных или сенсор не подключён
    case SHT_ERROR_DATA:
      qd.displayDigits(QD_E, QD_r, QD_r, QD_d);
    // выводим сообщение "ErrC", если ошибка контрольной суммы
    case SHT_ERROR_CHECKSUM:
      qd.displayDigits(QD_E, QD_r, QD_r, QD_C);
      break;
  }
}
 
// функция сохранения данных на карту памяти
void saveSD(String data) {
  // создаем файл для записи данных
  File dataFile = SD.open("datalog.txt", FILE_WRITE);
  // если файл существует и открылся
  if (dataFile) {
    // сохраняем данные
    dataFile.println(data);
    // закрываем файл
    dataFile.close();
  } else {
    // если файл не доступен выводим ошибку на дисплей
    qd.displayDigits(QD_E, QD_r, QD_r, QD_S);
  }
}

wiki.amperka.ru

Arduino&Oregon или погодная станция своими руками / Habr

Не так давно ко мне в руки попал набор юного радиолюбителя Arduino и много разных проектов получили путевку в жизнь (или «в стол»), но дурная голова рукам покоя не дает до сих пор.
Благодаря удачному стечению обстоятельств случилось так, что в одном месте оказались:
  • Arduino — 1 шт.
  • Датчик для измерения температуры и влажности Oregon THGN132N — 2 шт.
  • RF-kit (приемник и передатчик) на 433МГц — 1 шт.

Дополнительно к вышеперечисленному (исключительно для быстрого прототипирования) использовался Starter Kit от Seeed Studio (из него понадобился base shield, дисплей 16х2 с последовательным интерфейсом, модуль светодиода и соединительные кабели).

Фото для самых нетерпеливых:

Диапазон 433МГц широко используется в различных бытовых приборах — на этой частоте «общаются» автосигнализации, системы управления светом, погодные станции и т.п. Приемники и передатчики для этого дипазона широко доступны и стоят совсем недорого.

Датчиками THGN132N оснащаются многие погодные станции Oregon и их так же можно приобрести отдельно. Они позволяют измерять температуру и относительную влажность, работают в широком температурном диапазоне (-40.0°C до +70.0°C), при этом точность измерения температуры — 0.1°C. Стоимость невысока и определяется в большей степени жадностью продавцов.

Под крышкой батарейного отсека находится переключатель «каналов» — доступны 3 варианта.

Датчик один раз примерно в 40 секунд передает данные о своем состоянии.
Передача осуществляется с помощью «on-off-keying» (OOK) и Манчестерского кодирования на несущей частоте 433.92МГц.

Протокол для датчиков Oregon (и некоторых других) энтузиасты в большей степени разобрали, что позволило осуществить текущий проект.

Хватит теории, переходим к практике. Собираем тестовый стенд:

  • К ардуино подключаем base shield,
  • RF-приемник подключаем к D2 (будем использовать прерывания),
  • Дисплейный модуль — к D11 и D12 (TX и RX соответственно),
  • Модуль светодиода — к D13.

Я использовал комплектующие серии Grove — они все оснащены идентичными разъемами и предельно просто подключаются к соответствующим разъемам шилда.

Адаптированный скетч со страницы из предыдущей ссылки (там автор использовал «мегу», пришлось немного подправить код под свое железо) для моих датчиков показывал следующие данные:
OSV2 1A 2D 10 E3 20 07 88 04 3F 94
OSV2 1A 2D 20 08 8C 27 10 83 43 B6

Выяснилось, что (последовательно):
1A 2D — тип датчика (кстати, тут сразу вылезло некоторое несоответствие описания протокола и датчиков — этому коду соответствует другой набор датчиков, но это не помешало дальнейшей работе),
10 (20 для другого датчика) — номер канала передается в старших 4 битах (зависит от положения переключателя на датчике, принимает значения 1, 2, 4, при этом 4 соответствует 3 выбранному каналу),
E3 (08) — идентификатор конкретного датчика (?), но это значение может меняться после замены батарейки в датчике и нажатия кнопки Reset (расположена рядом с переключателем каналов и рекомендована к обязательному нажатию после замены батарейки).
Дальше содержится информация о состоянии батарейки (флаг того, что ее пора сменить) и данные, характерные для датчика: информация о текущей температуре и относительной влажности воздуха.

Из этого «разбора» для себя я выявил следующее: для метеостанции на ардуино можно задействовать существенно больше датчиков, нежели к заводской (например, для идентификации использовать комбинацию «тип датчика — канал», а не просто «канал» и т.п.), можно использовать не только те датчики, что вы приобрели самостоятельно, но и «соседские» (к сожалению, в моем радиоэфире были данные только от моих датчиков — у соседей или нет таких, или просто «не добивают»).

Теперь последние приготовления: для первого датчика выбираем 1 канал и отправляем его за окно на мороз, второму датчику назначаем 2 канал и оставляем пока жить при комнатной температуре. Датчики будем идентифицировать именно по каналу — для текущего случая этого более чем достаточно.

Немного программирования и готово:
На первой строке дисплея отображается текущая температура, относительная влажность и состояние батареи датчика за окном, на второй — то же самое, но для комнатного датчика. Светодиод, подключенный к ардуино моргает, когда приняты данные от какого-либо датчика (just for fun).

Дисплей из «стартового набора» одновременно обрадовал и разочаровал.
В «плюсах» — задействовано минимум цифровых выводов, в «минусах» — отсутствие поддержки кириллицы и в текущей версии библиотеки отсутствует возможность генерации своих символов (хотел нарисовать символы для «полной» и «пустой» батарейки).
Из-за последнего ограничения просмотрел доступные символы и подобрал два, подходящих для данного случая.
Результат виден на фото (у первого датчика установлена свежая батарейка, а во второй специально для теста был установлен почти разряженный элемент питания).

Небольшое замечание по дальности: в спецификации на орегоновские датчики заявлено, что они работают на расстоянии до 30 метров от базового блока.
В моем же случае (видимо из-за того, что качество RF-приемника или «загрязненность» эфира высока) система устойчиво работает при условии, что датчик находится на расстоянии до 5-7 метров (преграды в виде 1-2 стен тоже присутствуют). Надо будет при возможности приобрести приемник другого производителя и протестировать с ним.

Таким образом в «сухом остатке»:

  • если у вас есть метеостанция (или датчики Oregon) их можно достаточно просто включить в систему домашней автоматизации без нарушения их штатной работы в составе заводской метеостанции,
  • можно использовать не только свои, но и «соседские» датчики,
  • несколько часов проведено с пользой и достигнут желаемый результат.

To-do:

  • Добавить больше датчиков (уже готовы к подключению модули на DHT11, DHT22 (температура и влажность), BMP085 (температура и атмосферное давление).
  • Подключить Ethernet-шилд с SD-картой и, использовав Google Chart Tools, сделать страничку с текущими значениями параметров и красивыми графиками (возможно, что веб-сервер придется городить где-нибудь на NAS, а ардуина будет только измерять и передавать серверу значения, но это уже совсем другая история).
  • Задействовать RF-передатчик для управления люстрой (сейчас пока к ее оригинальному пульту другая ардуина подключена с помощью оптопар и «нажимает» кнопки на нем, но это тоже тема не для этого топика).
Ссылки по теме:

habr.com

Метеостанция с дисплеем [Амперка / Вики]

Проекты на Arduino Uno и Slot Shield

Метеостанция должна не только измерять температуру воздуха и относительную влажность, но и выводить результаты измерений на экран. Самый простой вариант — использовать четырёхразрядный индикатор Quad Display.

Управляющая плата в метеостанции это оригинальная Arduino Uno. За температуру и влажность отвечает цифровой метеосенсор.

Что потребуется

Видеоинструкция

Как собрать

Скетч

Прошейте контроллер скетчем через Arduino IDE.

weather-station-display.ino
// библиотека для работы I²C
#include <Wire.h>
// библиотека для работы с метеосенсором
#include <TroykaMeteoSensor.h>
// Подключаем библиотеку для работы с дисплеем
#include <QuadDisplay2.h>
 
// создаём объект для работы с метеосенсором
TroykaMeteoSensor meteoSensor;
// создаём объект класса QuadDisplay и передаём номер пина CS
QuadDisplay qd(10);
 
// создаем объект класса long для хранения счетчиков
unsigned long respite_Time = 0;
unsigned long respite_Meteo = 0;
 
// создаем объект для регулировки времени показа значений на экране
int slowdown_qd = 1000;
 
void setup() {
  // инициализация дисплея
  qd.begin();
  // инициализируем метеосенсор
  meteoSensor.begin();
}
 
void loop() {
  // запускаем бесконечный счетчик. Его содержимое будет обрабатываться каждые 1000 миллисекунд
  if (millis() - respite_Time > slowdown_qd) {
    // запускаем функции вывода температуры и влажности по очереди
    if (millis() - respite_Meteo < 2 * slowdown_qd) {
      showTemperatureC();
    }
    else if (millis() - respite_Meteo < 3 * slowdown_qd ) {
      showHumidity();
    }
    // гасим экран и обнуляем цикл
    else if (millis() - respite_Meteo < 4 * slowdown_qd ) {
      qd.displayDigits(QD_NONE, QD_NONE, QD_NONE, QD_NONE);
      respite_Meteo = millis();
    }
    respite_Time = millis();
  }
}
 
// функция работы датчика температуры
void showTemperatureC() {
  // считываем данные с датчика
  int stateSensor = meteoSensor.read();
  // проверяем состояние данных
  switch (stateSensor) {
    // выводим показания температуры на дисплей
    case SHT_OK:
      qd.displayTemperatureC(meteoSensor.getTemperatureC());
      break;
    // выводим сообщение "Errd", если ошибка данных или сенсор не подключён
    case SHT_ERROR_DATA:
      qd.displayDigits(QD_E, QD_r, QD_r, QD_d);
    // выводим сообщение "ErrC", если ошибка контрольной суммы
    case SHT_ERROR_CHECKSUM:
      qd.displayDigits(QD_E, QD_r, QD_r, QD_C);
      break;
  }
}
 
// функция работы датчика влажности
void showHumidity() {
  // считываем данные с датчика
  int stateSensor = meteoSensor.read();
  // проверяем состояние данных
  switch (stateSensor) {
    // выводим показания влажности на дисплей
    case SHT_OK:
      qd.displayHumidity(meteoSensor.getHumidity());
      break;
    // выводим сообщение "Errd", если ошибка данных или сенсор не подключён
    case SHT_ERROR_DATA:
      qd.displayDigits(QD_E, QD_r, QD_r, QD_d);
    // выводим сообщение "ErrC", если ошибка контрольной суммы
    case SHT_ERROR_CHECKSUM:
      qd.displayDigits(QD_E, QD_r, QD_r, QD_C);
      break;
  }
}

Где скачать необходимые библиотеки и как их установить?

У моего модуля QuadDisplay всего три ноги и расположены они слева. Можно ли использовать его в этом проекте?

У вас предыдущая версия модуля. Она снята с производства пару лет назад. С этим скетчем, библиотекой и схемой сборки модуль работать не будет.

wiki.amperka.ru

Метеостанция на Arduino от А до Я. Часть 3 / Habr

Продолжение. Предыдущая часть.

Оглавление:



Наконец мы подошли к самой трудной части для любого программиста — описать по-человечески что он там наваял.

Исходный код для сервера составляет около 1300 строк, включая отступы, но это не должно вас пугать. Исходный текст снабжен подробными комментариями, в этом плане я не ошибусь, если скажу, что мои исходники описаны лучше чем любые другие которые вы только сможете найти. В комментариях прямо в исходном тексте вы найдете всю распиновку для подключения модулей и все необходимые ссылки на внешнюю документацию. Секрет прост — я писал комментарии для себя постоянно, «по ходу пьесы», поэтому никаких трудностей с документированием не испытал.

Как я уже писал вы можете начать и не имея всех модулей под рукой. Например, можно начать не имея радиомодуля или ESP8266. Датчик барометрического давления BMP180 также может отсутствовать. Добавите потом. Правда в этом случае вам (возможно) придется самостоятельно закомментировать в скетче те участки кода, которые отвечают за взаимодействие с отсутствующими блоками, но скорее всего этого не потребуется. Главное, чтобы хоть что-то собралось и заработало, тогда веселее продолжать.

Конкретно сейчас, в данном месте повествования, у нас пока ещё не собран заоконный (внешний) модуль и нет своего веб-сервера с базой данных, то нам пока не нужны (но если есть — подключите сразу, чтобы потом не копаться):


  • радиомодуль nRF24L01+
  • WiFi модуль ESP8266.

И всё таки я начну, пожалуй, с ESP8266, как самого проблемного в программировании и эксплуатации модуля. Причина кроется в разнообразии исполнения самих модулей и их прошивок.

Как я уже писал стандартные AT-прошивки для него имеют ряд недостатков:


  • они всё ещё сыроваты (по состоянию на 2016)
  • мне не удалось найти нормальную библиотеку для Arduino для управления модулем ESP8266 с помощью AT команд, пришлось «колхозить» самому.

Код для ESP8266 я не оформлял в отдельную библиотеку, а просто написал необходимые функции, поэтому скетч вышел таким длинным. Причём я реализовал только нужный мне функционал. Всё программирование для ESP с помощью AT команд сводится в итоге к парсингу строк и настройке задержек между командами.

Исходный код для сервера (центрального модуля) server.ino вы можете найти и скачать здесь.

Рядом я положил прошивку для ESP8266 в файле firmware/AT23-SDK101-nocloud.bin и в том же каталоге находится документация для любознательных. Прошив указанную прошивку вы можете быть уверены, что мой скетч у вас заработает с WiFi так как было задумано. С другими AT прошивками я не экспериментировал. Дело в том, что мне удалось таки отыскать «продвинутую» не AT прошивку, и даже немного поучаствовать в её создании, которая как нельзя лучше подходит для наших целей (вот она esp-link). Однако, как это часто случается, всё произошло уже после завершения работы над текущей версии метеостанции, поэтому решено было оставить всё так как есть.

Итак, в самом начале вам придётся прошить указанную AT прошивку. Сложного тут ничего нет, но и простого тоже. Как это сделать описано много где в сети — ESP8266 — подключение и обновление прошивки.

Поскольку у моего USB-TTL конвертора не хватило мощности по току и USB порт постоянно отваливался (вот это поворот!), то электрически я подключил модуль для его прошивки способом «Arduino в качестве простого USB-to-Serial TTL конвертора».

Так как я работаю в Linux, то и прошивал с помощью esptool.py. Для удобства прошивки я «наколхозил» небольшую вспомогательную плату с переключателями (здесь не описана).

После прошивки нужно установить скорость порта 57600 (так как для SoftSerial скорость порта в 115200 является большой и не гарантирует стабильную работу) командой

AT+UART_DEF=57600,8,1,0,0

Далее нужно слегка изменить стандартные библиотеки Arduino IDE, а именно в файле arduino/hardware/arduino/avr/libraries/SoftwareSerial/SoftwareSerial.h изменить соответствующую строку на

#define _SS_MAX_RX_BUFF 128 // RX buffer size

в файле arduino/hardware/arduino/avr/cores/arduino/HardwareSerial.h изменить соответствующие строки на

#define SERIAL_TX_BUFFER_SIZE 128
#define SERIAL_RX_BUFFER_SIZE 128

и в файле arduino/hardware/arduino/avr/cores/arduino/USBAPI.h изменить соответствующую строку на

#define SERIAL_BUFFER_SIZE 128

Строго говоря это неправильно, т.к. при обновлении Arduino SDK эти файлы скорее всего будут перезаписаны и придется повторить все исправления заново. По науке мы должны изобрести свою библиотеку, которая манипулирует указанными значениями (если получится), но это на любителя.

Так или иначе предварительные манипуляции закончены.

Теперь переходим непосредственно к коду центрального блока (серверу) server.ino

В первых же строках вы должны изменить настройки доступа к вашей точке WiFi

const String SSID = "...";
const String PASSWORD = "...";

работу с веб сервером подробно рассмотрим позже.

Далее идут (закомментированные) отладочные определения:

//#define DEBUG
//#define DEBUG_RF
//#define DEBUG_ESP
//#define DEBUG_LOG_SD

Если что-то пойдёт не так вы всегда можете их раскомментировать, перекомпилировать и перезалить скетч и получить больше отладочной информации в консоли или записать её в файл на SD карту. Причем вы можете раскомментировать только то, что вам нужно. Например, барахлит модуль nRF24L01+? Тогда раскоментируем только DEBUG_RF, и т.д.

Далее идут обширные комментарии с распиновкой, инициализацией и подробным описанием всей периферии.

Здесь вы можете изменить номер радиоканала для nRF24L01+

#define RF_CHANNEL  73

Далее идёт void setup(), что там делается понятно из подробных комментариев. Ну и затем void loop(), код работы с веб-сервером пока не рассматриваем.

После заливки скетча, ваш центральный блок оживёт и что-то вам покажет, но не сразу, а спустя 10 минут — значение DELAY_LOCAL_SENSOR. Можете его изменить конечно же.
На дисплее должны отобразиться: комнатная температура и влажность (данные поступят от датчика DHT11) и барометрическое давление (от BMP180).

За отображение на дисплее LCD 16×4 отвечают функции:

void lcdClearRow(int row)

// Печатает на экране показания удалённых, уличных датчиков
void lcdPrintOutdoor(int temperature, int humidity, float voltage)

// Печатает на экране показания внутренних, домашних датчиков
void lcdPrintHome(int temperature, int humidity, int pressure)

void lcdPrintInfo(char info[LCD_MAX_COLS])
void lcdPrintStatus()
void lcdPrintLastSensorTime()

Дизайн дисплея LCD1604 следующий.

В первой (верхней) строке печатается стилизованная иконка (идущий человечек) призванная обозначить погоду на улице (вышел на улицу, идёт по улице). Иконку придумывал сам, поэтому, если у вас есть лучшая идея (умещающаяся в 5х8 пикселов), можете указать в комментариях (в виде byte-массива). Поупражняться в пиксель-арте можно здесь Custom Character Generator for HD44780 LCD Modules. В этой же строке печатается напряжение питания заоконного модуля.

Во второй строке печатается «погода в доме» и атмосферное давление. Иконка дома стандартная, всем понятная.

В третьей строке lcdPrintLastSensorTime() печатает сколько прошло времени (в сек) со момента снятия последних показаний датчиков, соответственно уличного и, через запятую, домашнего. Пригодится чтобы точно знать, что метеостанция не показывает погоду за вчера. По сути это отладочная информация и её можно убрать в финальной версии.

И в последней четвёртой строке экрана с помощью функции lcdPrintStatus() печатается статусная информация, где


  • s — это локальный датчик давления
  • e — это модуль ESP8266
  • i — это подключение к WiFi
  • w — это доступность web сервера
  • l — лог-файл на SD карте

После каждого из этих условных буквенных обозначений будет стоять знак «плюс» или «минус», что означает нет или есть ошибки, проблемы в работе соответствующих модулей.

Возвращаясь к вопросу выбора железа, поясню про преимущества выбора текстового LCD1604 дисплея перед графическим. Дело в том, что модули LCD1604 купленные у различных продавцов в большинстве случаев будут одинаковыми и предсказуемыми в подключении и просты в программировании. Чего нельзя сказать о графических дисплеях, хотя нарисовать и показать на них можно гораздо больше. Разборчивость изображения с расстояния в несколько метров опять же лучше у текстового дисплея, таки да, на графическом дисплее можно сделать шрифт побольше, но тогда много ли можно на нём уместить?

Далее. Как только вы зальете скетч и убедитесь, что все работает как надо, то можете переподключить «материнскую» плату Arduino Mega к внешнему источнику питания. Или оставить как есть, подключённым к USB компьютера, чтобы посматривать на всю эту красоту в отладочной консоли.

Если у вас не все блоки в сборе, то вы можете закомментировать ненужный код. Хотя, повторюсь, должно работать и так, просто будете получать сообщения об ошибках в консоли. Как это обойти?

Например, вы ещё не приобрели датчик атмосферного давления BMP180. В скетче server.ino ищем строки, отвечающие за подключение соответствующих библиотек, в нашем случае это

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Adafruit_BMP085_U.h>

Комментируем этот блок.

Далее в Arduino IDE запускаем компиляцию кода (не прошивку) и смотрим на какие строки ругается компилятор. Комментируем эти строки. Операцию повторяем до тех пор, пока код не будет собираться нормально, без ошибок. Хорошей практикой будет перед редактированием создать копию скетча, чтобы, когда из солнечного Китая приедет нужный датчик, не повторять все операции обратно.

Ссылки на используемые библиотеки даны в исходном коде. Если такой ссылки нет, то использовалась стандартная библиотека Arduino IDE.

На всякий случай все библиотеки (кроме стандартных), которыя я использовал сохранены в каталоге libraries. Строго говоря, это неправильно. Вы должны скачать свежие версии библиотек из их официальных репозиториев (с исправленными ошибками, новыми возможностями), но на тот случай если их затруднительно найти, либо они уже удалены, либо старые версии не поддерживаются, только для этого случая я сохранил все используемые библиотеки.

Далее следует сборка заоконного датчика, поэтому эта часть вышла короткой, чтобы не смешивать.

habr.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о