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

10 идей для метеостанций на Arduino

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.

Настольная погодная тучка

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.

Переносная метеостанция

А это вариант для тех, кто любит разные супер-гаджеты. С такой штукой на руке не только будете знать прогноз погоды, но и выглядеть как герой Sci-Fi сериала.

Метеостанции от Амперки

Мы были бы не мы, если бы не внесли свой вклад в отечественное метеостанциостроение. Мы внесли. И даже не один. Сделали говорящий анемометр:

и беспроводную метеостанцию для народного мониторинга

  • Вконтакте
  • Facebook
  • Twitter

blog.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 на Arduino от А до Я. Часть 1

«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 отобажения 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 15МГц
  • 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.

Автор: tim4dev

Источник

www.pvsm.ru

погодная станция на ардуино


Сегодня сделаем один из долгожданных проектов — метеостанция с кучей датчиков! ▽ Страница проекта (ссылки,…


Погодная или метеостанция — это сочетание в одном корпусе термометра, барометра и гигрометра. Выводится…


ESP8266 и народный мониторинг.Погодная станция своими руками за пару минут с отправкой данных на народный…


Распаковка оригинальной Ардуино УНО и сравнение с копией на примере погодной станции Оригинальная Arduino…


запись для менеджера плат: http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json ESP8266 на своем борту имеет мощный процессор…


В данном видео я подробно продемонстрирую как создать погодную метео станцию на базе модуля ESP8266 12 Nodemcu…


Создаем удобный мониторинг со смартфона через приложение BLYNK на базе ЕСП 8266 и дачика температуры и влажнос…


В уроке использовались следующие компоненты: 1) Плата Arduino Uno + USB-кабель: http://ali.pub/q0tku 2) Breadboard (макетная плата):…


Домашняя метеостанция на Arduino //код http://arduinolab.pw/index.php/2015/12/01/meteostanciya-na-arduino/ // Использованные компоненты:…


Видео к схеме на сайте Паяльник: http://cxem.net/arduino/arduino214.php.


Или парсим данные о погоде с сайта openweathermap.org и narodmon.ru при помощи ESP8266 плата NodeMcu на али — http://goo.gl/3EpJMj Код…


Черная пятница и киберпонедельник на AliExpress, скидки до 50%. http://ali.ski/vmo1b9 Программирование домашней метеостан…


использовано в проекте 2 дисплея 2.8 дюйма ILI9341 https://ru.aliexpress.com/af/ILI9341-2.8.html?


Метеостанция на Arduino с выводом показаний на LCD дисплей и Android-устройство Подробности на сайте: http://arduinoprom.ru/shem…


Всем привет! В этом видео мы соберем метеостанцию на базе платформы ARDUINO и датчика DHT ♢♢♢♢♢♢♢♢♢♢♢♢♢♢…


Всем привет! Сегодня я покажу, как собрать небольшую, но прикольную метеостанцию с помощью платы Ардуино…


Метеостанция на Arduino nrf24l01+ цветной tft дисплей 3,5 дюйма Скетчи: https://yadi.sk/d/2T5PYvHU3NBKCM Все что нужно для сборки:…


Закажите компоненты метеостанции на сайте …


Собираем Домашнюю метеостанцию с возможностью подключения к умному дому а так же с передатчиком на 433 Мгц…


Оригинал тут https://github.com/squix78/esp8266-weather-station-color/


Погодная станция на DS18B20 и BMP180 Отображает информацию о температуре и давлении Покупал на АЛИ Библиотеки…


Видео работы контроллера паяльной станции на ардуино Мега2560 с сайта амперка …


За основу взята конструкция https://www.youtube.com/watch?v=zzzDkYEij8I&t=82s ( автор конструкции и скетча) . В своем видео я перед…


Наша новая рубрика: проект за 120 секунд от Виолетты! Метеостанция предназначена для измерения температуры,…


Arduino #ESP8266 #метеостанция Как сделать простую WiFi метеостанцию для проекта «Народный мониторинг» на микроконт…


Скачать скетч http://srukami.inf.ua/barograf_lite_5110.html Где я купил—- Arduino Pro Mini https://goo.gl/eBQ0Nb Com port https://goo.gl/kMQ2WM LCD Nokia …


Подробности урока http://lesson.iarduino.ru/page/urok-7-arduino-pogodnaya-stanciya-na-baze-barometra-bmp180-termometra-ds18b20/


В основу легло очень удобное меню для LCD Keypadshield (подойдет под разные проекты): https://goo.gl/SjkCY4 Схема подключение…


Всем привет! В этом видео мы сделаем небольшой обзор на точный датчик температуры и влажности HDC1080. Мини…


28.12.18 добавил видео по обмену данными по wifi https://youtu.be/pjUfPE-3AFw версии 261218 по ссылке в папках: /meteo_lite_ik версия…


По-немногу мы приближаемся к созданию Погодной Станции. Основой всего будет Ардуино. В качестве датчика…


Купить FanJu FJ3365 на Gearbest http://got.by/2jrc31 Купить FanJu FJ3365 на Aliexpress http://got.by/2p6k6c Обзор погодной метеостанции из Китая…


Arduino Pro mini: http://ali.ski/B6bKD ✓ LCD1602 I2C: http://ali.ski/d137R ✓ BMP180: http://ali.ski/_4EdsM ✓ TTP223: http://ali.ski/SiACd ✓ ISD1820: …


Ардуино: проект походная метеостанция это уже продолжение нашего прошлого проекта где мы подключили к…


Погодная станция на Arduino и датчиками Origon http://devicter.blogspot.ru/2013/01/blog-post.html#more.


Всем привет! Сегодня мы сделаем простую погодную станцию на ESP8266! Погодная станция будет измерять температу…


075 BME 280 Датчик Температуры, Давления и Влажности Arduino ESP Blynk Материалы из видео: https://yadi.sk/d/7o_aFzym3SVQHY Если что…


Обзор китайской метеостанции, заточенный под arduino, состоящий из шести датчиков: влажность, температура,…


1 часть: https://www.youtube.com/watch?v=t5NdI9OX4uo ESP8266 на своем борту имеет мощный процессор и если раньше его использовали…


Сегодня мы с вами сделаем простейшую метеостанцию на Arduino для которой не потребуется много времени и компон…



pokemon go pelo pc
pokemon emerald pt br
save game euro truck simulator 2
como hacker de facebook 2015
layout cv9 push
baixar action crackeado
hack dragon city 2015
counter strike source download utorrent
checker cc
numero de serie corel draw x8


debojj.net

alexxlab

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о