Метеостанция домашняя своими руками – Научно-практический проект «Самодельные приборы для определения некоторых характеристик погоды» — groupnk.ru — Группа НК — комплексные поставки электрооборудования в Москве и регионах

Содержание

Очередной умный дом, в нескольких частях. Метеостанция из подручных материалов

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

Датчик температуры — LM35. Включен с возможностью измерения отрицательных температур
Куда уж без него — датчик влажности и температуры DHT11
Датчик давления — HP03SA
Датчик освещенности — фоторезистор LXD5516
Датчик скорости ветра — обычный датчик Холла

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

К сожалению, напечатать корпус на 3D принтере возможности нет, а у заводских корпусов с водонепроницаемостью беда практически у всех. К тому же подшипники и все остальное — тела вращения, значит круглый корпус будет самым логичным выбором. Пришлось обратить взор на другие сферы — на водоснабжение. В качестве корпуса взята соединительная муфта «на 32» для канализации, и два патрубка для размещения в них подшипниковых узлов. Из латуни были выточены две заглушки, в которых запрессованы по два подшипника 626.

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

Как я уже рассказывал (Очередной умный дом, в трех частях. Часть третья, пользовательско-интерфейсная) есть два вида интерфейса. Первый вид, в котором на экране отображаются практически все данные с устройства, выглядит так

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

Проект » Метеостанция в домашних условиях»

МБОУ СОШ Селихинского сельского поселения

Тема проекта

« Метеостанция в домашних условиях»

Выполнил:

Пюви Райнис, ученик 5 кл.

Руководитель:

Бессмертная О.А.

2016г

Тема: «Метеостанция в домашних условиях».

Гипотеза: Можно ли создать метеостанцию в домашних условиях.

Цель: Изготовление метеостанции в домашних условиях и наблюдение за изменениями погоды.

Задачи:

Узнать что такое метеостанция.
Изучить историю фенологии.
Изучить строение метеостанции.
Изготовить метеостанцию в домашних условиях;
Наблюдать за погодой и записывать результаты наблюдений в таблицу;

Методы исследования:

поисковый (сбор информации по теме)
наблюдения
практический (изготовление приборов)
аналитический (сравнение результатов)

Введение.

При изучении на уроке географии темы: «Погода и метеорологические наблюдения», нам задали на дом изготовить своими руками метеорологический прибор и провести наблюдения за погодой согласно этого прибора. У меня возник вопрос: «Можно ли создать метеорологическую станцию в домашних условиях и проводить по ней наблюдения за погодой?».

Наш далекий предок находился в большой зависимости от превратностей погоды. Он не понимал сути и закономерности природных явлений и все непонятное объяснял наличием сверхъестественной, «божественной» силы. По «воле богов» всходило солнце, шел дождь, пересыхали реки, налетал ветер.

Все народы обожествляли Солнце, Луну, ветер, молнию и гром. У восточных славян до принятия ими христианства особо почитался Перун- земледельческий бог, податель дождя, творец молнии и грома, в его власти было появление весенней зелени на земле и деревьях. Приняв новую веру, наши предки стали чтить Илью- громовержца.

Многие народы считали Солнце главным источником жизни на Земле. Они называли его «князем Земли и царем неба». Луну почитали как княгиню.

До появления специальных приборов прогноз погоды основывался исключительно на визуальных наблюдениях за атмосферными явлениями, позволивших еще в древности установить некоторые закономерности. Приобретенный опыт продолжал развиваться и накапливаться и в течение многих веков передавался из поколения в поколение.

Из истории фенологии.

Фенология — наука о закономерностях сезонного развития природы. Развитие фенологии определяется запросами практики (сельского, рыбного, охотничьего, лесного хозяйства, охраны природы, здравоохранения и др.) .

Фенология позволяет прогнозировать сезонные явления и планировать хозяйственную деятельность (природоохранные мероприятия, сроки сельскохозяйственных работ и т. п.) в соответствии со сроками этих явлений.

(№1.)

Имеются свидетельства, что древнейшие народы земли — китайцы и египтяне — в своей земледельческой практике умели следить за сезонным развитием природы. Сезонные явления нашли отражение в ряде трудов античных авторов (например, у греческого философа Феофраста (372—287 г. до н. э.) и римского писателя Плиния Младшего (62—114 г. н. э.)).

В средние века в русских и зарубежных летописях и хрониках иногда велись записи о сроках наступления важнейших сезонных явлений (например, в монастыре Кракова за 1490— 1527 г., во дворце японского микадо с 812 г. и др.). Однако эти материалы оставались без систематизации и научной обработки.

В России самым старинным считается рукописный календарь, датированный 1670 годом, а первым печатным календарем следует считать «Святцы или календарь, изданный Копиевским в Амстердаме и датированный 1702 годом.

Первая мысль о необходимости вести наблюдения за сезонными явлениями природы в России принадлежала Петру I.

В 1721 году Петр I писал из Москвы в Петербург А.Д. Менишкову: «Когда деревья станут раскидываться, тогда велите присылать нам весточки оных, понедельно, наклеивши на бумагу с подписями чисел, дабы узнать, где ранее началась весна». А указом государя, изданным 28 марта 1722 года, предписывалось адмиралу Крюйсу вести систематические записи о состоянии погоды в Петербурге.

Во второй половине XVIII века караульным у Кремлевской стены вменялось в обязанность отмечать состояние мороза, наступление метели, толщину снежного покрова, характер ветра, града, грозы и другие показатели погоды.

С1864 года начал издаваться «Киевский народный календарь» с предсказаниями погоды на каждый месяц. Его целью было «дать народу знание в популярной форме на строго научно изложенных статьях и в справочном отделе, приноровленном к нуждам народа». Теперь эта задача метеорологии- науке о погоде. Она получила свое название от греческого слова «метеора»- «нечто в небе».

После революции 1917 года метеорология продолжала совершенствоваться. В настоящее время гидрометеорологическая служба располагается тысячами наблюдательных станций, множеством обсерваторий и целым рядом научно-исследовательских учреждений. Работники метеослужбы стремятся дать информацию не только на ближайшую, но и на отдаленную перспективу.

№2.

Понятие метеостанции, её состав.

Метеостанция — совокупность различных приборов для метеорологических измерений (наблюдения за погодой).

В узком смысле метеостанция — учреждение, проводящее метеорологические наблюдения. Основным официальным метеостанциям мира присвоены синоптические индексы. В России большинство метеостанций находятся в ведении Росгидромета. В зависимости от установленного объёма наблюдений, метеостанции имеют определённый разряд. Данные метеостанций СССР публиковались в «Метеорологическом ежемесячнике».

Различают аналоговые и цифровые метеорологические станции.

На классической (аналоговой) метеостанции имеется:

1.Термометр для измерения температуры воздуха и почвы.

2. Барометр для измерения давления.

3. Анемометр для направления ветра.

4. Осадкомер (плювиограф) для измерения осадков.

5. Гигрометр для измерения влажности воздуха

6. Снегомерная рейка — рейка, предназначенная для измерения толщины снежного покрова при метеонаблюдениях.

7.Термограф- самописец, непрерывно регистрирующий температуру воздуха.

№3.

4.Метеорологические приборы:

Термо́метр (греч. θέρμη — тепло; μετρέω — измеряю) — прибор для измерения температуры воздуха, почвы, воды и так далее. Существует несколько видов термометра: жидкостные; механические; электронные;

Баро́метр (др.-греч. βάρος — «тяжесть» и μετρέω — «измеряю») — прибор для измерения атмосферного давления. Ртутный барометр был изобретён итальянским математиком и физиком Эванджелистой Торричелли в 1644 году, это была тарелка с налитой в неё ртутью и пробиркой(колбой), поставленной отверстием вниз. Когда атмосферное давление повышалось, ртуть поднималась в пробирке, когда же оно понижалось — ртуть опускалась. Из-за неудобства такая конструкция перестала применяться и уступила место барометру-анероиду, но метод, по которому такой барометр был изготовлен, стал применяться в термометрах.

Анемометр (От греч.Anemos — ветер + Metreo – измеряю) — прибор для измерения скорости ветра и газовых потоков по числу оборотов вращающейся под действием ветра вертушки. Существуют анемометры разных типов: ручные и постоянно закрепленные на мачтах и др. Отличают регистрирующие анемометры (анемографы).

Флюгер— прибор используемый для направления и силы ветра. представляет собой металлический флаг, расположенный на вертикальной оси и поворачивающийся под воздействием ветра. Противовес флага направлен в сторону, откуда дует ветер. Направление ветра может определяться по горизонтальным штифтам, ориентированным по восьми румбам, а на современных флюгерах

Осадкомер или дождемер — прибор для сбора и измерения количества выпавших атмосферных осадков. Осадкомер представляет собой цилиндрическое ведро строго определенного сечения, устанавливаемое на метеоплощадке. Количество осадков определяется путем сливания попавших в ведро осадков в специальный дождемерный стакан, площадь сечения которого также известна. Твердые осадки (снег, крупа, град) предварительно растапливаются. Конструкция осадкомера предусматривает защиту от быстрого испарения осадков и от выдувания попавшего в ведро осадкомера снега.

Гигрометр (От греч. Hygros — влажный )- прибор для измерения влажности воздуха или других газов. Различают волосные, конденсационные и весовые гигрометры, а также регистрирующие гигрометры (гигрографы).

Термограф (От греч.Therme — тепло + Grapho – пишу)- прибор-самописец, непрерывно регистрирующий температуру воздуха и записывающий ее изменения в виде кривой. Термограф располагается на метеостанции в специальной будке.

Радиозонд — прибор для метеорологических исследований в атмосфере до высоты 30-35 км. Радиозонд поднимается на выпущенном в свободный полет воздушном шаре и автоматически передает на землю радиосигналы, соответствующие значениям давления, температуры, влажности воздуха. На большой высоте шар лопается, а приборы спускаются на парашюте и могут быть использованы вновь.

Гелиограф (От греч. Helios — Солнце + Grapho – пишу) — прибор-самописец, регистрирующий продолжительность солнечного сияния. Основная часть прибора — хрустальный шар диаметром около 90 мм, работающий как собирающая линза при освещении с любой стороны, причем фокусное расстояние во всех направлениях одинаково. На фокусном расстоянии параллельно поверхности шара располагается картонная лента с делениями. Солнце, передвигаясь в течение дня по небу, прожигает в этой ленте полоску. В те часы, когда Солнце закрыто облаками, прожог отсутствует. Время, когда Солнце светило и когда оно было скрыто, читается по делениям на ленте.

№4.

Изготовление приборов в домашних условиях.

Для создания своей домашней метеостанции я решил изготовить и приобрести следующие приборы:

ТЕРМОМЕТР

Этот прибор я приобрел в магазине. В продаже есть различные модели, которые могут показывать самую высокую и самую низкую температуру за сутки. Установил термометр в безопасном месте в тени.

ОСАДКОМЕР

Этот прибор позволял мне измерить количество осадков, выпавших за сутки в миллиметрах. Для этого я разрезал прозрачную пластмассовую бутылку, и, перевернув верхнюю часть, вставил ее в нижнюю. Собранные осадки не будут испаряться.

ФЛЮГЕР

Этот прибор показывает направление и силу ветра.

Я сделал трафарет из бумаги.
Перенес его на металлическую пластинку.
Папа с помощью турбинки вырезал.
Я покрасил его краской.
Сделали розу ветров, я на каждой пластинке написал направление сторон света.
Дедушка сварил стойку для флюгера
Прикрепил флюгер на стойку и установили на крыше выставив направление с помощью компаса; флюгер свободно закрутился.

БАРОМЕТР

Этот прибор для определения давления.

Я взял стеклянную банку, воздушный шарик. Срезал часть шарика с отверстием для надувания. Оставшуюся часть шарика натянул на банку. Плотно закрепил шарик на горловине банки с помощью канцелярской резинки. Взял пластиковую трубочку от сока и приклеил к шарику так, чтобы край немного не доходил до середины горловины банки. Взял лист картона и сложил его, получилась треугольная фигура. На картоне расчертил графу по которой фиксируются показания. Поставил прибор на ровное место, так чтобы трубочка находилась в строго горизонтальном положении.

Каждый день утром обходил свои приборы и записывал их показания. Делал это весь март, а затем сравнивал с официальным прогнозом погоды.

Наблюдения за показаниями приборов.

Дневник наблюдений за погодой своими приборами.

Дневник наблюдений за погодой по данным Гез. Метео. 5.

6.Вывод:

Сравнив данные о погоде Гез.метео и показания своих приборов, я увидел, что по моим прибором в нашем селе было на 2-5 градусов холоднее, чем по предсказаниям. Но в общем температуры были почти одинаковые. Направление ветра тоже совпало. По показаниям барометра перед непогодой давление падало. Значит, по моей домашней метеостанции можно определять погоду. Моя гипотеза подтвердилась, метеостанцию в домашних условиях можно создать. Теперь я могу сам, наблюдая по своим приборам определять и даже предсказывать погоду.

Список литературы.

http://www.librero.ru/phenology/ictori4eckaa_cpravka
http://biofile.ru/bio/16646.html
http://wreferat.baza-referat.ru/
https://ru.wikipedia.org/wiki/Категория:Метеорологические_приборы
https://www.gismeteo.ru/city/daily/233867/
А.А. Летягин. География. Начальный курс:5 класс: учебник для учащихся общеобразовательных организаций/А.А. Летягин; под ред. В.П. Дронова.-3-еизд.,дораб. и доп.-М.: Вентана-Граф, 2015г.-160с.

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.

Домашняя мини «метеостанция»

Привет самоделкины! Сегодня покажу и расскажу, как сделать предсказатель погоды ну или домашнюю мини «метеостанция» а если проще, то просто «барометр».

Почти всем знакомы предвещающие дождь приметы, как пролетающие низко птицы, непонятно откуда взявшиеся и не понятно, куда улетающие крылатые муравьи, а также заболевающая бабушкина спина за несколько часов до дождя и предсказывает это на много точнее чем многие метеорологи. Но не всегда есть возможность наблюдать за птицами, муравьями, и бабушками и поэтому пришла такая идея сделать электронный предсказатель погоды ну или мини «метеостанцию» которая сможет предсказать дождь снег или просто ухудшение погоды и этим сможет хоть и не много, но облегчить нашу жизнь.

Для начала давайте разберемся, как представители живого мира могут предсказать погоду, ну а потом представителя электронного научим делать тоже также. Дождь может пойти по двум причинам это циклон или дождевые тучи приходящие обычно летом из-не, откуда и это происходит вместе с падением атмосферного давления. И именно падение давления ощущают животные ну и все остальные.

Для изготовления барометра нам понадобится:
1- Датчик барометра для Ардуино.
2- Ардуино нано.
3- Также можно распечатать шкалу (она будет в папке вместе с пошивкой)
4- Серво привод.
5- Аккумулятор.
6- Корпус.

Изготовление:
Подключать будет по схеме ниже. Посмотреть её ещё раз можно на сайте проекта.

Для соединения можно использовать монтажный провод до 100mA он отлично подойдет для соединения датчиков.

В этом проекте сделаем упор на длительность работы и отпаяем или просто отковыряем, красный светодиод, который обозначает «Power» .

Также снизу на плате есть стабилизатор напряжения, который нам не нужен, просто откусываем ему левую ногу как изображено на фото.

Барометр с транзистором крепим на двойной скотч к плате. Теперь наше устройство может проработать более полгода, все зависит от выборного АКБ.

Теперь осталось главное это прошивка. Подключаем ардуино к компьютеру и загружаем прошивку.
Её можно найти на сайте проекта и там уже делаем все по указанной в папке инструкции

Далее переходим к сборке корпуса. Для начала на клеем шкалу.

На шкале указанно отверстие равным диаметром шестеренке серво машинки. Сверлим

Далее серво машинку крепим на супер клей и потом хорошо заливаем термо клеем. Так она точно не куда не денется.

Но в наш китайский корпус не умещается серво машинка, поэтому было решено сделать окошко, и закрасить машинку маркером.

Теперь подключаем АКБ (желательно чтобы была хорошая погода) ждем 4 секунды, когда серво машинка перестанет вращаться, отключаем АКБ. И прикручиваем стрелку к шестерёнки серво машинки. ГОТОВА!!!

Применение:
Вставляем АКБ. Стрелка уходит в крайнее правое положение, затем на 3 секунды показывает уровень заряда АКБ, затем стрелка переходит в нулевое положение и система засыпает. Но уже через час накопленной информации будет достаточно для того чтобы снабжать вас каждые десять минут информацией изменения атмосферного давления.

Поставьте его в место закрытое от солнечных лучей, так как АКБ не любит перегрев. Если стрелка колеблется от «-50» до «+50» то, скорее всего погода не измениться.

Если стрелка колеблется около «-150» то, скорее всего погода ухудшиться, а вот если она колеблется около «+150» то тогда погода улучшиться.

Надеюсь, информация, указанная в статье будет не бесполезна. Также вы можете посмотреть видео сборку этого проекта.

Источник

Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Цифровая комнатная метеостанция — Автоматика для дома — Умный дом

Владимир Макаров.

(хроно-термо-гигро-барометр)

Как поется в известной песне «Главней всего погода в доме…». Конечно автор под погодой имел ввиду душевное состояние супругов живущих под одной крышей. Но если подходить к этой фразе буквально, то она о том, что под крышей кроме душевного должен быть и климатический комфорт. Предлагаемое устройство обеспечивает измерение и отображение на светодиодном индикаторе температуры и относительной влажности воздуха в помещении, значения атмосферного давления и текущего времени.

Станция снабжена датчиком движения, который включает ее при появлении человека в зоне действия датчика. Этот режим позволяет экономить потребляемую энергию и использовать в качестве источника питания гальванические батареи. Кроме того, этот режим удобно использовать в спальне — выключенный дисплей станции не будет раздражать своим свечением. В этом случае для включения станции будет достаточно выполнить движение рукой или ногой.

Внешний вид станции показан на рисунках (Рисунок 1 и Рисунок 2).

Рисунок 1.
Внешний вид станции

Рисунок 2.
Внешний вид станции (обратная сторона)

Видео с демонстрацией работы станции представлено ниже:

Электрическая схема.

Схема электрическая принципиальная представлена на рисунке 3.

Рисунок 3.
Схема электрическая принципиальная.

Станция собрана на микроконтроллере ATmega8. Цепочка R1С1 обеспечивает начальный сброс (Reset) микроконтроллера при включении. Предусмотрено внутрисхемное программирование МК через разъем XP3 «SPI программатор».
Фьюзы МК ATmega8: HIGH=0xD9, LOW=0xE4.

В качестве дисплея используется четырех-разрядный 7-сегментный индикатор типа CL5642BN c общим анодом и двухточечным («:») разделителем часов и минут. Катоды сегментов индикатора подключены к МК через ограничительные резисторы. МК обеспечивает динамическую индикацию поочередно включая транзисторные ключи VT3…VT6.

Хронометр собран на микросхеме DS1307 по штатной схеме включения. Точность хода часов обеспечивается кварцевым резонатором Y1 с частотой 32768Гц. При отсутствии основного питания (5 Вольт) непрерывность хода часов обеспечивается резервным источником питания на гальваническом элементе CR2032 (3 Вольта). Взаимодействие МК с микросхемой DS1307 осуществляется по шине TWI (I2C). Линии шины TWI «подтянуты» к питанию VCC2 резисторами R20, R21. Установка часов и минут обеспечивается кнопками SA1 («Часы+»), SA2 («Минуты+»), SA3 («Установка»). При этом необходимо в момент начала цикла отображения данных на дисплее нажать и удерживать кнопку «Установка». Нажатием или нажатием с удержанием кнопок «Часы+» или «Минуты+» устанавливается время хронометра. При отпускании кнопки «Установка» в микросхему DS1307 в соответствующие ячейки запишутся значения часов и минут, отображенные на дисплее, а в ячейку секунд запишется значение 0. Таким образом можно точно синхронизировать время с внешними эталонными источниками точного времени (например, от вещательных радиостанций или телевидения).

К шине TWI также подключена плата барометра BMP180. Программа устройства считывает калибровочные коэффициенты, устанавливаемые производителем, и учитывает их при расчете атмосферного давления.

Измерение температуры осуществляется датчиком DHT11. МК управляет датчиком по последовательному однопроводному двунаправленному интерфейсу. Линия интерфейса «подтянута» к питанию VCC2 резистором R19.

Для экономного расходования энергии батарей микроконтроллер большую часть своего времени пребывает в состоянии глубокого сна («power-down»). При этом МК перед засыпанием обесточивает все измерительные датчики, подключенные к VCC2 (хронометр, датчик атмосферного давления, датчик влажности и температуры). Обесточивание датчиков обеспечивается ключами на транзисторах VT1 и VT2.

Для пробуждения МК в схему станции включен датчик движения HC-SR501. Его задача – вывести МК из состояния сна. При срабатывании датчик посылает сигнал МК, который пробуждается сам и подает питание VCC2 на периферийные датчики (хронометр, датчик атмосферного давления, датчик влажности и температуры). Ключ на транзисторе VT7 обеспечивает инверсию сигнала датчика движения для согласования с МК. Переключатель «Движение» позволяет отключить датчик движения, для еще большей экономии энергии батарей. В этом случае альтернативную команду на пробуждение МК можно подать нажатием кнопки «Установка».

Питание станции осуществляется от двух альтернативных типов источников: от трех батарей типа АА или от сетевого источника питания 5 Вольт по шине USB. Для переключения между источниками питания необходимо установить переключатель «Питание» в одно из положений: «USB» или «Батарея». При питании от батарей ток потребления станции в режиме сна составляет не более 200мкА, что при емкости батареи 2000мАч соответствует 10000 часам (более одного года) непрерывной работы.

При выборе сетевого источника питания следует учитывать, что пиковый ток потребления станции (во время измерения и при включенном дисплее) не превышает 100мА. Поэтому можно использовать практически любое зарядное устройство.

При питании от шины USB иногда целесообразно обеспечить постоянное измерение значений датчиками и отображение данных на дисплее. Для этого необходимо установить переключатель «Дисплей» в положение «Вкл». В этом случае МК не будет переводится в состояние сна.

Печатные платы.

Печатные платы разработаны в программе Dip Trace. Они выполнены на одностороннем фольгированном стеклотекстолите. Расположение деталей на основной печатной плате показано на рисунке (Рисунок 4). На рисунке перемычки со стороны монтажа выделены цветными ломаными линиями. Печатная плата со стороны дорожек показана на рисунке (Рисунок 5).

Рисунок 4.
Печатная плата (вид со стороны радиодеталей).

Рисунок 5.
Печатная плата (вид снизу, зеркальное отображение).

Кнопки и переключатели пульта управления станцией установлены на отдельной печатной плате (Рисунок 6 и Рисунок 7).

Рисунок 6.
Печатная плата Пульта управления (вид сверху).

Рисунок 7.
Печатная плата Пульта управления (вид со стороны дорожек).

Гнездо для подключения USB кабеля установлено на отдельной плате, купленной на AliExpress (Рисунок 8).

Рисунок 8.
Плата с гнездом USB.

Монтаж.

Станция смонтирована в корпусе универсальной коробки для кабельных каналов «Промрукав» — IP42; 400V; полистирол ГОСТ Р 50827.1-2009 ТУ 3464-001-97341529-2012 Артикул 40-0460.

На передней стороне корпуса прорезаны окна для дисплея и датчика движения. На тыльной стороне корпуса размещен датчик влажности и температуры DHT11, кнопки и переключатели пульта управления.

Батарея питания – три элемента AA 1.5 Вольт каждый размещены в специализированном держателе – «кроватке» .

Размещение радиодеталей на печатной плате показан на рисунке (Рисунок 9).

Рисунок 9.
Внешний вид размещения деталей на плате.

Архив к статье «CTBH.rar» содержит:

     1.   Папку CTBH – файлы проекта на Си в среде Atmel Studio 7.
     2.   CTBH.dch – схема электрическая принципиальная в формате Dip Trace.
     3.   CTBH.dip – печатная плата устройства в формате Dip Trace.
     4.   CTBH_Buttons.dip – печатная плата Пульта управления в формате Dip Trace.
     5.   CTBH.hex – загрузочный файл для МК.

Удачи Вам в творчестве и всего наилучшего!

Скачать архив.

Оборудуем домашнюю метеостанцию. Дождемер своими руками :: Это интересно!

Каждый день мы с Катей слышим в прогнозе погоды по радио: «выпало столько-то миллиметров осадков». И как-то она у меня спросила: что это значит? А заначит это то, что метеорологи (ученые, изучающие состояние погоды) посчитали, сколько килограммов воды выпало на поверхность земли площадью 1 квадратный метр. Сделали они это с помощью прибора — осадкометра. Вот мы с Катей и решили сделать упрощенный вариант осадкометра — дождемер, — своими руками прямо на балконе. Мы тоже будем изучать количество выпавших осадков! Благо погода сейчас стоит самая подходящая — в один день и дождь, и солнце и даже снег идет! Такое раздолье для метеорологических наблюдений!

Как сделать дождемер

Настоящий метеорологический прибор осадкометр представляет собой укрепленное на вертикальном столбе специальное дождемерное ведро, закрытое от ветра с помощью планочной защиты. Плюс дождемерный стакан для измерения количества осадков. Если защиты от ветра нет, то этот более простой по конструкции прибор называют дождемер. Именно его мы и решили сделать.

Для этого мы использовали пластиковый стаканчик из-под сметаны, который укрепили на проволоке для сушки белья — она у нас выступает далеко за лоджию, поэтому ни козырек лоджии, ни крыша не мешают дождю свободно туда попадать. Конечно, есть у нашего прибора существенные недостатки. Главный — это то, что при боковом ветре от дома дождя в него попадает меньше, чем при ветре на дом. Но с этим пришлось смериться — у нас пока нет возможности поставить стакан где-нибудь на открытом месте, где измерения будут более объективными. А второй недостаток — у нас стаканчик маленький, меряет он не квадратный метр площади, а гораздо меньше. Но тут можно или вычислить его площадь и умножать на соответствующий коэффициент. Или поступить еще проще — нам же не надо точное значение осадков, — поэтому можно измерять относительное их количество: какой день принес их больше, а какой меньше. Поэтому для домашних наблюдений такой прибор вполне подойдет.

Вот так выглядит наш дождемер

Итак, мы прикрепили наше дождемерное ведерко как можно дальше за окно и стали ждать, что будет. Метеорологи измеряют количество осадков каждые 12 часов — в 9 и в 21 час по Гринвичу. Мы не стали делать это так строго и просто проверяли утром количество воды, которое собралось в стакане за сутки. Для этого воду переливали в мерный стаканчик, определяли показания и Катя записывала результаты на бумаге.

Кажется, что дождь шел так долго, а воды в стакане совсем немного!

Если ее перелить в мерный стакан, то в нем будет 15 мл осадков

Когда таких результатов наберется достаточное количество, то по ним мы сможем найти ответы на различные вопросы о погоде: какой день в неделе (месяце, годе) был самым дождливым? Как отличаются разные месяцы и годы по количеству осадков? Сколько осадков в среднем за неделю (месяц, год) получает почва в нашей местности? И т.п. и т.д.

Год мы с Катей, конечно, не продержимся 🙂 Но пару недель наблюдения вести будем.

Это поможет почувствовать себя настоящими учеными-метеорологами и понять, какая непростая у них профессия, сколько она требует труда и терпения.
А здесь можно почитать других занятиях для детей по профессиям: о том, как Катя на собственном опыте изучала профессии манекенщицы и моряка, и как сделать ЛЭПБУК «ПРОФЕССИИ» для детей.

Погодная станция своими руками

Интерактивную погодную станцию из старого монитора решил сделать автор самоделки.

Инструменты и материалы:
-ЖК-монитор;
-VGA кабель;
-Клеевой пистолет;
-Отвертка;

Сначала автор разбирает старый монитор и извлекает из него LCD панель и плату управления, также понадобиться кабель соединяющий их. Автор обращает внимание что для самоделки подойдет только та панель на которой кабель сзади не проходит через всю панель .

С помощью клеевого пистолета закрепляет дисплей в правом углу окна разъёмом вверх.

Удлинил провода и подключил их (можно использовать любое оборудования для выхода в интернет).

В качестве программного обеспечения был установлен браузер гугл с расширениями. Для того что бы погода была актуальной, установил автоматическое обновление. Увеличил яркость и масштаб для лучшей читабельности.

По утверждению автора панель у него работает уже около пяти месяцев и нареканий, в работе, нет.