Устройство и ремонт метеостанции pearl своими руками. Народная метеостанция. Общая схема метеостанции

Метеостанция построена на Picaxe микроконтроллере от Revolution Education Ltd и состоит из двух основных частей: наружный блок, который посылает свои данные каждые 2 секунды, используя передатчик на частоте 433МГц. И внутренний блок, который отображает полученные данные на 20 х 4 ЖК-дисплее, а также атмосферное давление, которое измеряется локально во внутреннем блоке.

Я пытался сохранить дизайн максимально простым и в то же время функциональным. Связь устройства с компьютером осуществляется через COM-порт. В настоящее время на компьютере непрерывно строятся графики из полученных значений, а также идет отображение значений на обычных индикаторах. Графики и показания датчиков доступны на встроенном веб-сервере, все данные сохранятся и т.о. можно посмотреть данные за любой промежуток времени.

Постройка метеостанции заняло несколько месяцев, от разработки до завершения, и в целом я очень доволен результатом. Я особенно рад, что мне удалось построить все с нуля при помощи обычных инструментов. Меня она полностью устраивает, но совершенству предела нет, и особенно это касается графического интерфейса. Я не предпринял никаких попыток коммерциализации метеостанции, но если вы думаете о создании метеостанции для себя, то это хороший выбор.

Уличные датчики

Датчики используются для измерения температуры, влажности, осадков, направления и скорости ветра. Датчики представляют собой сочетание механических и электронных устройств.

Датчик температуры и относительной влажности воздуха

Измерение температуры, пожалуй, проще всего. Для это используется датчик DS18B20. Для измерения влажности был использован HIH-3610, выдающий напряжение 0.8 - 3.9В при влажности 0% до 100%

Я установил оба датчика на небольшой печатной плате. Плата установлена внутри самодельного корпуса, который предотвращает воздействие дождя и других внешних факторов.

Упрощенный код для каждого из датчиков приведен ниже. Более точный код, который считывает значения с точностью до одной десятой, показан на сайте Питера Андерсона . Его код используется в окончательном варианте метеостанции.

Датчик температуры обеспечивает точность ± 0.5 °C. Датчик влажности обеспечивает точность до ± 2%, так что это не очень важно, сколько знаков доступно после запятой!

Пример участка из программного обеспечения, работающего на ПК.

Температура

Main: readtemp B.6, b1 ; read value into b1 if b1 > 127 then neg ; test for negative sertxd (#b1, cr, lf) ; transmit value to PE terminal pause 5000 goto main neg: b1 = b1 - 128 ; adjust neg value sertxt ("-") ; transmit negative symbol sertxt (#b1, cr, lf) ; transmit value to PE terminal pause 5000 goto main

Влажность

Main: readadc B.7,b1 ; read humidity value b1 = b1 - 41 * 100 / 157 ; change to %RH sertxd (#b1, "%", cr, lf) pause 5000 ; wait 5 seconds goto main

Расчет показаний датчика влажности

Расчеты взяты из документации датчика Honeywell HIH-3610. На графике показывана стандартная зависимость при 0 °C.

Напряжение с датчика измеряется на входе АЦП (B.7) микроконтроллера Picaxe 18M2. В коде, показанном выше, значение, которое представлено в виде числа от 0 до 255 (т.е. 256 значений), хранится в переменной b1.

Наша схема питается от 5В, так что каждый шаг АЦП равен:
5/256 = 0.0195 В.

На графике видно начально значение АЦП 0.8 В:
0.8 / 0.0195 = 41

Взяв значения из графика, наклон графика (с учетом смещения) примерно:
Напряжение выхода / % относительной влажности или
(2.65 - 0.8) / 60 = 0.0308 В в% RH
(В документации 0.0306)

Рассчитаем кол-во шагов АЦП на 1% влажности:
(В на % RH) / (шаг АЦП)
0.0308 / 0.0195 = 1.57

% RH = значение с АЦП - смещение АЦП / (шаги АЦП в % RH), или
% RH = значение с АЦП - 41 / 1.57

Итоговая формула расчет для микроконтроллера будет выглядеть: % RH = значение с АЦП - 41 * 100/157

Защитный корпус

Начните с разрезания каждой панели на две части. Планки на одной части будут крепко прикреплены с двух сторон, а на второй части только с одной стороны. Не выбрасывайте эти части - они используются.

К целым частям прикрепите два деревянных бруска 20мм х 20мм сверху и с низу, и прикрутите к ним другие части.

Обрежьте одну из частей с одной целой стороной по размеру и приклейте ее к внутренней стороне одной из сторон. Убедитесь, что планки приклеены так, что образуют вместе "^" форму. Сделайте так со всеми сторонами.

Измеритель скорости и направления ветра

Механическая часть

Датчики скорости и направления ветра представляют собой сочетание механических и электронных компонентов. Механическая часть идентична для обеих датчиков.

12мм вставка из фанеры (marine ply) находится между трубой из ПВХ и диском из нержавеющей стали в верхнем конце трубы. Подшипник приклеен к диску из нержавеющей стали и удерживается нержавеющей пластиной.

Как только все будет полностью собрано и настроено, открытые места герметизируются герметиком для водонепроницаемости.

Остальные три отверстия на фотографии предназначены для лопастей. Лопасти длиной 80 мм дают радиус поворота 95мм. Чашки 50 мм в диаметре. Для них я использовал обрезанные флаконы от одеколона, которые имеют почти сферическую форму. Я не уверен в их надёжности, поэтому сделал их легкозаменяемыми.

Электронная часть

Электроника для датчика скорости ветра состоит только из транзисторного ключа, фотодиода и двух резисторов. Они монтируются на небольшой круглой ПП диаметром 32мм. Они установлены в трубе свободно, чтобы влага в случае её попадания стекала вниз не задевая электронику.

Анемометр - один из трех датчиков, который необходимо откалибровать (два других – счетчик осадков и датчик атмосферного давления)

Фотодиод обеспечивает два импульса за один оборот. В простой «последовательной» системе, к которой я стремился (все датчик опрашиваются поочередно), должен быть компромисс между длиной времени, затрачиваемого на опрос каждого датчика (в данном случае, подсчет импульсов) и отзывчивость системы в целом. В идеале, на полный цикла опроса всех датчиков должно уйти не более 2-3 секунд.

На фото выше проверка датчика при помощью мотора с регулируемыми оборотами.

; LCD-specific commands shown in blue hsersetup B9600_4, %10000 ; Use LCD Pin 1, no hserin hserout 0, (13) : pause 100 ; Initialize LCD hserout 0, (13) : pause 100 hserout 0, (13) : pause 100 pause 500 hserout 0, ("ac1", 13) ; Clear display pause 50 hserout 0, ("acc", 13) hserout 0, ("ac81", 13, "adcount: ", 13) ; Print the headings pause 10 hserout 0, ("ac95", 13, "adpulsin: ", 13) ; Print the headings pause 10 do count C.2, 1000, w0 ; Count the pulses (two per rev) w1 = 0 for b8 = 1 to 2 ; Measure pulse length twice pulsin C.2, 1, w2 ; per rev and... w1 = w1 + w2 next w1 = w1 / 2 ; ...calculate average hserout 0, ("ac89", 13, "ad ", #w0, " ", 13) ;Print the count value hserout 0, ("ac9d", 13, "ad ", #w1, " ", 13) ;Print the pulse-length value pause 100 loop

Я хотел откалибровать его при движении на автомобиле, но на это не было времени. Я живу в относительно плоской местности с аэропортом в нескольких километрах рядом, поэтому я калибровал датчик, сравнивая мои показания скорости ветра с показаниями аэропорта.

Если бы мы имели 100% КПД и лопасти вертелись-бы со скоростью ветра, то:
Радиус ротора = 3.75"
Диаметр ротора = 7.5" = 0.625 фута
Длина окружности ротора = 1.9642 фута

1 фут/мин = 0.0113636 м/ч,
1.9642 фут/мин = 1 об = 0.02232 м/ч
1 м/ч = 1 / 0.02232 об

1 м/ч = 44.8 об
? м/ч = об / 44.8
= (об/мин * 60) / 44.8

Поскольку за поворот выходит два импульса
? м/ч = (импульсов в секунду * 30) / 44.8
= (импульсов в секунду) / 448

Датчик направления ветра - механическая часть

В датчике направления ветра, вместо алюминиевой пластины используется магнит, а вместо оптоэлектронного узла - специальная микросхема AS5040 (магнитный энкодер).

На фото ниже показан 5мм магнит, установленный на торце центрального винта. Выравнивание магнита относительно микросхемы очень важно. Магнит должен быть точно по центру на высоте около 1мм над микросхемой. Как только все будет точно выровнено, датчик будет работать правильно.

Датчик направления ветра - электронная часть

Существуют различные схемы для измерения направления ветра. В основном они состоят либо из 8 герконов расположенных под углом 45 градусов с интервалом вращающегося магнита или потенциометра который может полностью проворачиваться.

Оба метода имеют свои преимущества и недостатки. Основным преимуществом является то, что они оба просты в реализации. Недостатком является то, что они подлежат износу - особенно потенциометры. Альтернативой использованию герконов будет использовать датчика Холла для решения механического износа, но они по-прежнему ограничиваются 8 различными позициями... В идеале, я хотел бы попробовать что-то другое и в конечном счете решил о - поворотном магнитном датчике IC. Хотя это устройство для поверхностного монтажа (которого я стараюсь избегать), оно имеет ряд преимуществ, которые делают ее использование привлекательным!

Он имеет несколько различных форматов вывода, два из которых наиболее подходит для нашей цели. Наилучшая точность достигается с помощью SSI интерфейса. AS5040 выдает импульсы длиной от 1 мкс при 0° и до 1024 мкс при 359,6°

Проверка калибровки датчика направления ветра:

Do readadc10 B.3, w0 ;Read from AS5040 magnetic bearing pause 100 w0 = w0 * 64 / 182 ; Convert to 0 - 360 (degrees) debug ; Display in Prog/Edit debug window loop

Измеритель уровня осадков

Насколько это возможно, я сделал дождемер из пластика и нержавеющей стали, основание сделано из алюминия толщиной 3 мм для жесткости.

В измерителе уровня осадков есть две ведерка. Каждое ведерко вмещает до 6 мл воды до его смещения центра тяжести, которое заставляет его вылить воду в ёмкость и подать сигнал на датчик. Когда ведро опрокидывается, алюминий флаг проходит через оптический датчик, посылающий сигнал на электронику наружного блока.

На данный момент, я оставил его с прозрачными стенками (потому что интересно наблюдать это работает!). Но я подозреваю, что нужно покрасить его белой краской, чтобы отражать тепло летом, во избежание испарения. Я не мог найти маленькую воронку, поэтому пришлось сделать её самому. Обратите внимание на проволоку внутри воронки и по центру желоба. Это поможет остановить поверхностное натяжение воды в воронке и помогает капать воде. Без проволоки, дождь имел бы тенденцию к "водовороту", и его траектория была-бы непредсказуемой

Оптодатчики крупным планом:

Электронная часть дождемера

Из-за случайного характера работы датчика, программное прерывание в микроконтроллере наружного блока, казалось, логичный подход. К сожалению, некоторые команды программы, отключают механизм прерываний в то время, как они выполняются, т.о. есть вероятность, что сигнал придет в никуда. По этим причинам, дождемер имеет собственный микроконтроллер 08М Picaxe.

Использование отдельного чипа позволяет использовать его для создания достаточно точной 1-часовой задержки для того, чтобы считать ведра в час.

Калибровка

Picaxe 18м2 получает текущее количество ведерок в час и выводит его на дисплей и компьютер.

В качестве отправной точки, я использую следующие данные:
Воронка диаметров 120мм и емкость площадью 11,311мм2
1 мм дождя = 11,311мм3 или 11,3 мл.
Каждое ведро это 5,65 мл. Таким образом, 2 ведра 2 х 5,65 = 11,3 мл (или 1 мм) осадков. Одно ведро = 0,5 мм осадков.

Для сверки, я купил дешевый стакан для измерения осадков.

Для вышеприведенной схемы и схемы 08М Picaxe для датчика используется одна и та же топология печатной платы. Устройство питается от аккумулятора 12V 7Ah через стабилизатор 7805.
Я использовал набор RF Connect kit для беспроводной связи на 433 МГц. Комплект содержит пару специально запрограммированных PIC контроллеров. Комплект беспроводных модулей в ходе испытаний зарекомендовал себя как достаточно надежный.

На ПП установлен 08М Picaxe и 18м2. Каждый из них имеет свой собственный разъем программирования. Отдельные разъемы, каждый со своим +5 В, предназначены для каждого датчика - за исключением температуры и влажности.

Обратите внимание, что я нарисовал чертёж в Paintshop Pro поэтому я не могу гарантировать точность расстояния между выводами.

Внутренний блок

Во внутреннем блоке используетя 18м2 Picaxe, датчик давления и ЖК-дисплей. Также есть стабилизатор напряжения 5В.

Датчик давления

После нескольких неудачных попыток, я остановился на MPX4115A. Хотя другие датчики имеют диапазон измерения немного больше, они труднодоступны. Кроме того, другие датчики, как правило, работают от 3,3В и требуют дополнительный стабилизатор. MPX4115A выдает аналоговое напряжение от 3,79 и до 4,25В пропорционально давлению. Хотя это почти достаточное разрешение для обнаружения 1 мбар изменения давления, после некоторого обсуждения на форуме, я добавил АЦП MCP3422. Он может работать в 16-битном режиме (или выше) по сравнению с 10-битном режиме Picaxe. MCP3422 может быть связан (как в нашей схеме) в дифференциальный режим с аналоговым входом от датчика. Основным преимуществом является то, что это позволяет корректировать выход датчика, тем самым легко компенсировать ошибки MPX4115A и обеспечить простой способ калибровки датчика.

MPC3422 на самом деле имеет два дифференциальных входа, но так-как один не используется они замкнуты. Выход из MCP3422 имеет интерфейс I2C и соединяется с SDA и SCL контактам на 18м2 Picaxe – выводы B.1 и B.4 соответственно. С моей точки зрения, единственный недостаток в использовании MCP3422 том, что это небольшое устройство для поверхностного монтажа, но я его припаял к адаптеру. В дополнение к I2C интерфейсу MCP3422 18м2 просто обрабатывает поступающие данные из 433МГц беспроводной приемник, выводит данные на дисплей и передает данные на ПК. Для того чтобы избежать ошибок внутреннего блока когда компьютер не работает, нет никаких ответов от ПК. Внутренний блок передает данные и идет дальше. Он передает данные приблизительно в 2-секундным интервалом, чтобы потери данных быстро компенсировались следующий раз. Я использовал незадействованные порты на 18м2 для подключения кнопки на передней панели. Переключатель S1 (вход С.5) используется для включения подсветки ЖК-дисплея. Переключатель S2 (вход C.0) сбрасывает значение давления (мбар) на ЖК-дисплее. Переключатель S3 (вход C.1) переключает осадки отображаемые на ЖК-дисплее между общим в предыдущий час и текущими. Кнопки необходимо удерживать более 1 секунды для их реакции.

Сборка внутреннего блока

Как и в печатной плате для наружного блока, я нарисовал макет вручную с помощью Paintshop Pro, так что в расстояниях могут быть ошибки

Плата немного больше, чем это необходимо, чтобы вписаться в пазы в алюминиевом корпусе.
Я сознательно сделал разъем для программирования немного "внутрь" от края платы, чтобы предотвратить его прикосновение к корпусу. Вырез для ЖК-дисплея производится высверливание и подгонкой до точных размеров.

На фото показано всё уже установленное в корпус.

Штырьки на плате делают сложным её установку в корпус, поэтому мне пришлось отпаять их и припаять дисплей к плате проводами.

Внешний блок - код Picaxe

Использовано памяти = 295 байт из 2048

Счетчик количества осадков - 08M код

Внутренний блок - код Picaxe

Использовано памяти = 764 байт из 2048

Программное обеспечение для ПК

Программное обеспечение, работающее на ПК было написано с использованием Borland Delphi 7. Оно довольно примитивно в его нынешнем виде, но это, по крайней мере, показывает связь Picaxe с компьютером.

Графики могут быть выбраны для показа в период 1 час или 12 часов. Графики можно прокручивать вперёд-назад с помощью мышки. Они могут быть сохранены. Для этого необходимо кликнуть по ним правой кнопкой мыши и указать имя и файл значения. Можно настроить ограниченный набор APRS данных, записываемых раз в минуту на одну строку файла APRS.TXT и которые сохраняются в той же папке, где находится Weather.exe. Отмечу, что температура в градусах по Фаренгейту и осадки в 1/100ths на дюйм.

Список радиоэлементов

Изготовьте и установите на высоком шесте флюгер и расскажите детям, как определять направление ветра. Возьмите гладкую палку и вбейте в один из её концов длинный гвоздь. Вырежьте из плотного картона флажок и заламинируйте его, чтобы не промокал при дожде.

Край флажка оберните вокруг гвоздя так, чтобы он мог свободно вращаться при дуновении ветра. Сделайте из тонких проволочек стрелки, указывающие на юг, север, запад и восток и закрепите их на палке. Флюгер готов. Установите его на вашей метеоплощадке, сориентировав стрелки по сторонам света.

С детьми постарше (6–9 лет) изготовление флюгеров замечательно вписывается в уроки по географии, когда вы рассказываете, как образуются ветра, как использовали знания о них первые мореплаватели, что означают ветры на «конских широтах», что такое пассаты.

Моряки, зная о пассатах - устойчивых ветрах, дующих в тропических поясах, - называли их «торговыми ветрами», потому что с их помощью торговые корабли-парусники (тогда ещё не были изобретены двигатели) пересекали Атлантический океан. На парусниках везли товар из Европы в Америку.

Субтропические ветры между 30 и 38 параллелями южных и северных широт были настолько лёгкими, что парусники вставали в штиль. Приходилось месяцами ждать подходящего ветра. Часто ожидания затягивались на 3–5 месяцев. У моряков заканчивалась пресная вода и еда, и им приходилось питаться лошадьми, которых перевозили в больших количествах из Европы. Поэтому эти широты прозвали «конными».

Используя флюгер, дети отмечают в своих календариках наблюдения за погодой направление, силу и смену ветра. Таким образом мы не просто знакомим их с основными метеорологическими приборами, но и с методикой и техникой наблюдений и обработки результатов.

Термометр своими руками

Установите на метеоплощадке большой термометр и научите детей читать значения температур воздуха. Эта работа является также подготовкой для понимания концепции отрицательных чисел в математике, которая предлагается детям 9–12 лет в школе Монтессори.

Малыши 3–6 лет с удовольствием изготовят собственные термометры из картона и цветных ниток. Для этого:

1. Посередине белой полоски картона шириной 4–6 см наносят шкалу термометра (выше и ниже нуля).
2. Соединяют вместе красную и синюю (белую) нити.
3. В верхнем и нижнем концах шкалы делают отверстия и пропускают через них концы ниток, связав их с обратной стороны.

Сверяясь с настоящим термометром, ребята двигают нить на своих самодельных градусниках, устанавливая и записывая значения температур в календарики погоды.

Гигрометр своими руками

Следующим прибором детской метеостанции является гигрометр - прибор для измерения влажности воздуха. Для его изготовления гигрометра понадобятся:

• прямоугольный кусок деревянной дощечки или пенопласта;
• две канцелярские кнопки;
• скотч;
• человеческий волос длиной около 10 см;
• отрезок тонкой проволоки.

Укрепите на дощечке две кнопки на расстоянии примерно 8–10 см. К нижней прикрепите проволоку так, чтобы она могла приходить в движение, то есть нетуго. К верхней кнопке прикрепите кончик волоса, затем протяните его вокруг проволоки и закрепите на верхней кнопке. Прибор готов.

Расскажите детям, как человеческий волос реагирует на влажность воздуха, становясь короче или длиннее. При высокой влажности он удлинится, опустив таким образом стрелку вниз; при низкой влажности, наоборот, волос станет короче и поднимет проволочную стрелку вверх. Это свойство волоса и использовано для изготовления гигрометра.

Осадкомер своими руками

Дополнит вашу метеоплощадку осадкомер - прибор для измерения жидких и твёрдых осадков (града). Возьмите обычное ведро, установите его на небольшой возвышенности (тумбе, табурете). Накапливаемые осадки сливаются в мерный стакан со шкалой. Результаты дети заносят в свои календарики.

Метеостанция, построенная своими руками - это не только часть предметно-развивающей Монтессори-среды, но и увлекательная и познавательная возможность наблюдать за погодой и вести журнал наблюдений.

Обсуждая с детьми погоду, можно расширить тематику и рассказывать им о современных профессиях, зависящих от погодных условий. С детьми постарше (8–9 лет), в рамках Монтессори-программы по экономической географии, мы говорим о том, как климатические условия в целом влияют на экономику разных стран.

В этом проекте будет реализована комнатная настольная метеостанция своими руками. Вы можете подумать, что таких проектов было уже много, но этот проект будет базироваться на новом чипе ESP32, также он будет оснащен новым датчиком BME280, этот датчик измеряет температуру, влажность и атмосферное давление.

Когда настольная метеостанция будет включена, она подключится к WiFi и запросит свежий прогноз погоды для заданной местности. Затем она отобразит его, наряду с данными датчика, на 3,2″ дисплее. Данные с датчика будут обновляться каждые 2 секунды, а данные о погоде — каждый час. Как вы видите, в этом проекте мы будем использовать последние технологии, доступные на сегодняшний день. Если у вас есть опыт в DIY, то проект займёт у вас всего 5 минут.

Если вы новичок, то просмотрите видео, в котором разобраны нюансы сборки.

Шаг 1: Компоненты станции

Чтобы построить свою станцию, нам понадобятся:

• Плата ESP32 (ссылка)
• Датчик BME280 I2C (ссылка)
• Дисплей 3.2” Nextion (ссылка)
• Небольшая макетная плата (ссылка)
• Немного проводов (ссылка)

Стоимость проекта будет варьироваться в районе $30.

Вместо модуля ESP32 можно использовать более дешевый чип ESP8266, но я решил использовать ESP32, чтобы получить представление об этом новом модуле и посмотреть, как он работает.

Шаг 2: ESP32

Это первый проект, который я собрал, используя чип ESP32. Если вы не знакомы с ним, чип ESP32 — это следующее поколение популярного чипа ESP8266. ESP32 предоставляет два 32-процессных ядра, работающих на 160MHz,большой объем памяти, WiFi, Bluetooth и много других функций. И это всего за $7.

Посмотрите видео с моим детальным описанием этой платы. Оно поможет понять, почему этот чип изменит наш подход к созданию вещей.

Шаг 3: Дисплей Nextion

Также, это первый проект, в котором я использовал тачевый дисплей Nextion. Это новый вид дисплеев, который оснащен собственным ARM-процессором, позволяющим настраивать дисплей и создавать графический интерфейс. Поэтому мы можем использовать его с любым микроконтроллером и получать хорошие результаты.

Шаг 4: Датчик BME280

Датчик BME280 — это новейший сенсор от Bosch. Он может измерять температуру, влажность и атмосферное давление. Нам нужен всего один датчик, чтобы собрать целую погодную станцию.

В дополнение, этот датчик очень маленький и он прост в управлении. Датчик управляется через интерфейс I2C, так что взаимодействие с Ардуино будет очень простым — для стабильной работы нам нужно будет запитать его и припаять всего пару проводов.

Также существует множество библиотек, разработанных для этого датчика, так что в нашем проекте мы можем использовать любую из них.

Заметка: нам нужен датчик BME280. Существует также датчик BMP280, который не измеряет влажность воздуха. Проверьте название перед тем, как купите датчик.

Шаг 5: Соединяем части вместе

Соединение модулей достаточно простое, вы можете увидеть это на приложенной схеме.

Так как датчик BME280 использует интерфейс I2C, нам нужно всего два провода, чтобы соединить его с ESP32. Я соединил датчик с пинами 26 и 27. В теории, каждый цифровой пин платы ESP32 может быть использован для взаимодействия с периферией, работающей на I2C. На практике, я обнаружил, что некоторые пины не работают, так как зарезервированы для других целей. Пины 26 и 27 работают без перебоев.

Чтобы отправить данные на дисплей, нам нужно соединить провод с пином TX0 на ESP32. Мне пришлось согнуть пин на 90 градусов, чтобы соединить его с дисплеем, так как плата ESP32 оказалась великоватой для макетной платы.

После сборки всех частей, нам нужно залить код на ESP32, а также залить интерфейс на дисплей Nextion. Если у вас возникли трудности при прошивке ESP32, зажмите кнопку BOOT сразу после нажатия кнопки загрузки в ИДЕ Ардуино.

Чтобы залить интерфейс на дисплей, скопируйте файл WeatherStation.tft, который будет приложен ниже, на пустую карту SD. Поместите карту в слот, располагающийся на задней части дисплея. После подачи питания, интерфейс будет загружен в дисплей — можно выключить его и извлечь карту, затем включить заново.

После успешной загрузки кода, станция соединится с WiFi, запросит данные о погоде с сайта openweathermap.org, а также отобразит данные с датчика. Давайте теперь посмотрим на программную часть проекта.

Шаг 6: Код проекта

Чтобы спарсить погодные данные, нам понадобится библиотека JSON для Ардуино. Также нам понадобится библиотека для датчика.

Рассмотрим код. Сначала нам нужно отправить SSID и пароль нашей сети WiFi. Затем нам нужно ввести ключ API с сайта operweathermap.org. Чтобы создать собственный ключ, нужно зарегистрироваться на сайте. Получение текущей погоды бесплатно, но сайт предлагает больше услуг, если вы хотите платить за них. Затем нам нужно найти ID нашего местонахождения. Найдите ваш населённый пункт и скопируйте его ID из URL.

Затем скопируйте ваш ID в переменную CityID. Также скопируйте высоту над уровнем моря для вашего населённого пункта. Это необходимо для того, чтобы барометр показывал точные данные.

Const char* ssid = "yourSSID"; const char* password = "yourPassword"; String CityID = "253394"; //Sparta, Greece String APIKEY = "yourAPIkey"; #define ALTITUDE 216.0 // Altitude in Sparta, Greece

Ответ мы получим в формате JSON. Перед отправкой данных в библиотеку JSON, я вручную удалил некоторые символы, которые вызывали проблемы. После этого библиотека спокойно принимает данные, и мы можем сохранить их в переменные. После сохранения данных в переменные, всё, что нам нужно сделать — это отобразить их на дисплее и ждать, пока через час они не обновятся. Я отобразил на дисплее только прогноз погоды, но вы, при желании, можете вывести на него больше информации — всё сохраняется в переменные. Затем мы считываем информацию о температуре, влажности, давлении с датчика и также отправляем их на дисплей.

Чтобы обновить информацию на дисплее, мы просто отправляем команды на серийный порт:

Void showConnectingIcon() { Serial.println(); String command = "weatherIcon.pic=3"; Serial.print(command); endNextionCommand(); }

Интерфейс дисплея Nextion состоит из заднего фона, текстовых блоков и картинки, которая меняется в зависимости от погоды. Посмотрите руководство к дисплею, чтобы узнать больше о его возможностях. Вы можете быстро спроектировать свои интерфейс, если хотите, чтобы дисплей отображал больше данных.

Или вы можете просто использовать мой код, приложенный к этой инструкции.

Файлы

Шаг 7: Заключительные мысли и улучшения

Как вы видите, на сегодняшний день, искушенный человек может собрать своими руками удивительные вещи всего за несколько часов и написав всего несколько строчек кода. Проекты такого уровня были невообразимы даже два года назад.

Конечно, это только начало проекта. Я бы хотел добавить в него много улучшений, например графики, тачевую функциональность, может быть, заменил бы дисплей на другой, размером побольше. Также я бы напечатал на 3D принтере красивый корпус. Еще я бы спроектировал более интересный интерфейс и иконки. И у меня уже есть несколько свежих идей комнатных метеостанций, которые можно внедрить!

Здравствуйте уважаемые друзья сайта "Радиосхемы "! Ещё давно хотел собрать домашнюю метеостанцию , изначально планировалось сделать автономную конструкцию с ЖК индикатором и т.д., но когда руки уже почти потянулись к текстолиту, у меня произошла ситуация, верней в одной из компаний в которой я тружусь, а именно, в серверной комнате сломался кондиционер. Последствия могли бы быть очень печальны, если бы мне не понадобилось заехать туда по другим вопросам, но слава богу всё обошлось. После этой ситуации понял, что идея метеостанции требует срочной реализации, только совсем уже в другом виде. Итак, обо всём по порядку. Представляемая конструкция - это USB примочка к ПК, которая передаёт данные с датчиков по средствам UART - USB с интервалом 2 секунды, соответственно, на ПК установлена программа, которая помимо обработки и отображения полученных данных передаёт их, при желании, на WEB сервер, зайдя на который можно отслеживать все показания в режиме реального времени и как вы понимаете, находясь в любой точке мира. Блок передаваемых данных выглядит следующим образом:

• +data
• humidity:хх
• tempepature:хх
• pressure:ххх
• -data

Перемычки JP1, JP2, JP3 предназначены для «зануления» определённых значений, то есть при установленной перемычке JP1 значение влажности будет всегда 0, при установленной JP2 значение температуры всегда будет 0 и при JP3 значение давления всегда 0.

Схема самодельной метеостанции

Схема очень проста и по сути состоит из 4 основных компонентов. Это МК, датчик атмосферного давления + температуры, датчик влажности и USB - UART преобразователь.

Сразу скажу, что все компоненты покупал на всем известном электронном аукционе, причём покупал сразу в виде готовых модулей. Поясню почему готовыми модулями, во первых - цена датчика (или микросхемы) отдельно и цена модуля ничем практически не отличается, во вторых - готовый модуль уже имеет всю необходимую обвязку, такую как подтягивающие резисторы, стабилизаторы и прочее, в третьих - это намного упрощает конструкцию, а соответственно и её реализацию. Теперь немного о каждом модуле по отдельности.

Датчик давления и температуры

Потрясающий во всех отношениях датчик атмосферного давления и температуры BMP180.

Несмотря на свои крошечные размеры, этот датчик позволяет выдавать удивительно точные показания, как температуры, так и атмосферного давления. Сам датчик имеет размеры ~3х3 мм, готовый модуль ~10х13 мм, питание датчика 3.3 вольта, поэтому на платке имеется стабилизатор. Интерфейс I2C .

DHT11 является датчиком влажности + температуры, довольно хорош в своей ценовой категории. Но есть небольшой минус, это - точность. Если погрешность по влажности вполне в пределах нормы, то с показаниями температуры всё не так хорошо, но нам и не нужны его данные по температуре т.к. температуру будем брать с BMP180. Штыри на модуле перепаяны на прямые, изначально модуль идёт с угловыми штырьками и к тому же они припаяны с другой стороны.

USB - UART преобразователь

Вообще микросхем и готовых USB - UART преобразователей огромное количество, я остановился на этом. Данный модуль работает на микросхеме FT232RL, а вот изготовитель этой микросхемы далеко не FTDI как заявлено на корпусе этой микросхемы, проще говоря, используемая микросхема - это китайская подделка. Но в этом нет ничего страшного, за исключением того, что компания FTDI решила бороться с подделками очень хитрым способом, они выпустили драйвера, которые затирают ID микросхемы на не оригинальных чипах, после чего подделка перестаёт работать. Для того чтобы этого не случилось - достаточно использовать драйвера НЕ ВЫШЕ версии 2.08.14 и тогда никаких проблем не будет, разницы в работе не оригинала вы не заметите. Если всё же это случилось и устройство перестало правильно определяться в диспетчере устройств, то ничего не потеряно, в любом поисковике вы найдёте решение этой проблемы за 5 минут, на этом я не буду останавливаться.

Для своих целей, мне пришлось немного допилить модуль, перепаяв на нём штырьки, с угловых на прямые, и с прямых на угловые.

Сделать это не повредив ПП достаточно просто, сначала необходимо тонкими кусачками разделить пластиковые втулочки между штырями, после чего выпаять по отдельности каждый штырь вместе с втулкой, затем убрав лишний припой - впаять уже нужные штыри с нужной стороны. Прошивать МК нужно вот с такими фюзами:

После того, как все модули будут допилены и готовы, можно приступать к сборке. Печатная плата в моём варианте имеет итоговый размер 45 х 58 мм, делал фоторезистивным способом, хотя в виду простоты - лут здесь тоже актуален. Все файлы для платы и прошивки скачайте в общем архиве .

Весь набор необходимых компонентов для устройства.

Сборка метеостанции

Сборка прибора заняла пол часа, после чего был уже вполне работоспособный вариант устройства.

Теперь поделюсь своими секретами. После того, как монтаж ПП закончен, я делаю следующее: смываю все остатки флюса и мусора обычным растворителем, после чего купленной для этих целей зубной щеткой очищаю поверхность от волокон, застрявших между точками пайки в результате отмывки, затем перехожу к следующему процессу- покрытие лаком «медной» стороны ПП. Для этого, сначала, в листе бумаги прорезаю окно по размеру ПП, после чего изолентой приклеиваю ПП к этому листу, как показано на рисунке.

Следующий этап - это нанесение лака, для этого использую обычный, автомобильный аэрозольный лак, который используют для тонирования фар и прочего, стоит такой баллон около 150 рублей, продаётся в любом автомагазине. После высыхания получаю вот такой результат.

Всё, все этапы сборки метеостанции закончены, можно отклеивать бумагу.

А вот и готовый, полностью рабочий вариант устройства.

Подытожу касаемо аппаратной части. Стоимость готового устройства, не считая текстолита и расходных материалов, используемых для изготовления и монтажа ПП, составила около 500 рублей.

Программа

Теперь от аппаратной части к программной. Программа состоит из одного исполняемого exe файла. При первом запуске, программа будет пошагово «просить» произвести необходимые настройки, сначала происходит инициализация COM порта, программа выдаст вот такое окно:

Кроме номера порта, в настройках ничего менять не надо! После выбора порта, необходимо нажать кнопку «повторить попытку » в стартовом окне программы. Следующим этапом программа «попросит» произвести «рабочие» настройки.

Здесь указываются оптимальные границы показаний с датчиков, эти значения влияют на графическое отображение значений в основном окне программы, красная стрелка вверх означает завышенное значение, вниз - заниженное и зелёная галочка - в норме соответственно. Что касается оптимальной границы давления, то как таковой её нет, это значение зависит от географических координат вашего города, а верней высоты, на которой расположен ваш город относительно уровня моря, проще всего границы атмосферного давления можно взять из таблицы высот или методом наблюдения.

По желанию можете указать вариант запуска программы (свёрнутый/ не свёрнутый режим). Есть ещё один раздел - это логин, пароль, частота отправки и галочка разрешить отправку данных на WEB сервер. Здесь немного подробней. Эта настройка, при желании, разрешает отправку значений температуры, влажности и давления на глобальный WEB сервер meteolk.ru - это ресурс созданный специально под этот проект, по сути это просто личный кабинет, где содержится вся информация полученная метеостанцией и ничего кроме этого. Для того чтобы можно было пользоваться этим ресурсом необходимо сначала зарегистрироваться для возможности дальнейшей идентификации пользователя, для этого просто заходите на сайт и нажимаете «Регистрация ». Так сказать пользуйтесь на здоровье, мне не жалко. На странице регистрации указываете имя, логин и пароль.

Всё, на этом регистрация закончена, и учётные данные можно указывать в программе. Это можно сделать и позже, перейдя в настройки через «Меню», не обязательно при первом запуске. После того как будут произведены все настройки, нажимаете сохранить и в окне запуска программы нажимаете кнопку «повторить попытку ». Если всё нормально, то программа запуститься и появится основное окно, после этого создадутся файлы настроек и при последующих запусках, никаких настроек производить уже будет не нужно.

В меню «дополнительно » есть опция «считать данные с контроллера », здесь поясню. Каждые пол часа в оперативку микроконтроллера записываются значения температуры, влажности и давления, всего таких записей может быть 100, если получилось так, что программа не была запущена и вам нужно посмотреть статистику, то при помощи этой опции можно посмотреть данные, это 2-е суток, если таковые есть конечно. При помощи «стереть данные МК» вся собранная ранее статистика и хранящаяся в оперативке - затирается. Помимо текущих, отображаемых значений, есть ещё значения «макс.» и «мин.», это максимальные и минимальные значения, которые были зарегистрированы за время работы программы.
С программой всё, на остальных менюшках не буду останавливаться, думаю, что и так всё интуитивно понятно. Вернусь немного к личному кабинету. После регистрации, можно зайти под своей записью, кстати, можно также зайти под логином «test » и паролем «test », это ради ознакомления. Если у вас есть данные, то вы увидите вот такое окно:

При желании, данные можно посмотреть в графическом варианте, в виде графиков.

Вот и всё. Надеюсь на то, что мой проект вам понравиться и пригодится. Пока-пока! До новых встреч на сайте. Автор Виталий Анисимов . г. Калуга .

Обсудить статью ДОМАШНЯЯ USB МЕТЕОСТАНЦИЯ

Просматривая разные проекты метеостанций, заметил одну тенденцию. Это или датчик температуры и влажности, чаще всего всеми любимый китайский DHT-11 или DHT-22, к которым добавляют либо датчик освещенности (Метеостанция на Arduino с визуализацией данных) либо давления (Ethernet метеостанция), или покупное-навороченное за много сотен долларов (Автоматическая метеостанция на даче)

Так как лично для меня - метеостанция без измерения направления и скорости ветра не метеостанция, а потратить порядка 700USD на по большому счету игрушку я не готов, то решено было сделать похожее на «дорогое-навороченное» но занедорого.

Электроника

Теперь о измерении направления ветра. Было много вариантов, от оптических энкодеров - заводских (дорого) или самодельных в виде нескольких пар светодиодов и фотодиодов, и диска с кодом Грея (сложно и много компонентов), до магнита и 4-8 герконов (слишком просто и неточно). В итоге выбор пал на AS5040 – магнитный энкодер. Так как особая точность не нужна, то аналоговый выход энкодера подключен к ADC микроконтроллера.

Микроконтроллер - PIC16F88. Выход - RS485 в внутреннюю сеть умного дома, о котором этот цикл статей. Вся электронная часть собрана на трех платах.

На этом с электроникой все, никаких нюансов, ничего интересного, все по даташитам. Переходим к механике.

Механика

Магниты… Магнит для датчика скорости подойдет практически любой, а вот с датчиком направления было сложнее. Ему нужен круглый магнит с намагниченностью от края до края

В то время как у основной массы продающихся - разные полюса на разных сторонах.

Но, оказалось, что нужные магниты находятся на шпинделях двигателей CD/DVD приводов.

В собранном виде подшипниковые узлы выглядят так

После изготовления и сборки плат - датчики скорости и направления ветра принимают окончательный вид

Так как метеостанция все таки из подручных материалов, то для крыльчатки режем теннисные шарики, флюгер тоже мастерим из того, что попадется под руки. Красим в радикально черный цвет, и получается так.

В качестве датчика дождя так же используем половинку теннисного шарика, в котором между двумя слоями геотекстиля расположены два контакта

Собираем, подключаем и прикручиваем повыше

Интерфейс

Температура текущая, минимум, максимум, направление изменения. Давление, аналогично. Влажность. Ветер - направление и роза ветров. Цифры нужны скорее для отладки, показывают сколько времени в каком секторе был флюгер. Скорость ветра, время, показания датчика освещенности (без калибровки, то что измерил ADC) и датчик дождя. Все данные и обработка - ведутся в микроконтроллере метеостанции.

Второй тип интерфейса - на основе виджетов. Тут данных меньше, температура, влажность, давление, скорость и направление ветра

И куда уж без Android Wear - на часах

В связи с тем, что раз в минуту происходит опрос всех контроллеров с записью в БД- то любые метеоданные доступны для анализа или отображения в виде графиков