RadioCat: Jednoduchá domácí meteorologická stanice
Autor: Dmitrij Volkov
Zveřejněno 31.10.2022
Vytvořeno pomocí KotoRed.
Dlouho jsem chtěl vědět, jak čistý je vzduch v mém domě. Vím, že na internetu je poměrně hodně schémat a řešení ohledně regulace domácího mikroklimatu, například tento. Ale z řady důvodů jsem tato obvodová řešení neopakoval, některé z těchto důvodů byly: objemnost provedení, výrazně větší rozměry skříně a desky, použití mikrokontrolérů, sice levných, ale pro začátečníky těžko opakovatelných.
Můj obvod je založen na mikrokontroléru založeném na Arduinu, konkrétně na Arduino Pro-Mini; 3.3 V; 8 MHz. Levný, malý mikrokontrolér, který úspěšně zvládá nastavené úkoly, jmenovitě: měření teploty, vlhkosti, atmosférického tlaku, měření úrovně eCO2 ve vzduchu, stejně jako vytváření denních grafů změn těchto parametrů s výstupem na displej a sledování překročení úrovně eCO2 ve vzduchu s alarmem.
Obvod je postaven na základě hotových desek, objednaných samozřejmě z AliExpress, které jsou sdruženy na jedné společné desce. Tato obvodová konstrukce značně usnadňuje opakování „Meteostanice“ i začínajícím radioamatérům.
K získání informací byly použity následující senzory:
Snímač BMP280 měří teplotu, vlhkost a atmosférický tlak, napájení snímače 3,3v;
Senzor CCS811 se používá k detekci oxidu uhelnatého (CO) a široké škály těkavých organických sloučenin ve vnitřním vzduchu, inteligentní algoritmus vypočítává hodnoty TVOC/eCO2, napájení senzoru je 3,3 V.
Oba senzory „komunikují“ s MC přes I2C sběrnici.
Informace se zobrazují na 3,5palcovém TFT LCD displeji založeném na čipu ILI9488 s velikostí obrazovky 480×320 pixelů. Komunikační rozhraní s MC – SPI, napájení – 3.3v. Hned řeknu, že bez většího předělání firmwaru můžete použít jakýkoli displej s velikostí obrazovky 480×320, pouze knihovnu pro práci s displejem budete muset vyměnit na jiném čipu.
Protože je tedy k napájení displeje a senzorů potřeba 3.3 V, byl to rozhodující faktor při výběru mikrokontroléru založeného na Arduino Pro-Mini 3.3 V, aby se nepoužívaly složité obvody nebo mikroobvody pro přizpůsobení úrovně 5v-3.3V.
K „provětrávání“ senzorů, tedy k zajištění toho, aby poskytovaly skutečné hodnoty, se používá chladicí ventilátor z notebooku s 5V napájením; 2,25W (zdarma, převzato od dárce). Tento ventilátor velmi dobře sedí na desce, má malé rozměry a pracuje velmi tiše. I když můžete použít jakýkoli jiný s 5V napájením.
Jako alarm hladiny eCO2 se používá aktivní piezoelektrický emitor s napájením 5V. Vzhledem k tomu, že logika MK pracuje na 3.3v, a odběr ventilátoru je (dle měření, bez proudově omezujícího rezistoru) 0,35A, tak pro ovládání ventilátoru a piezozářiče je použit mikroobvod ULN2803, ten nemám v DIP pouzdře, ale v SO (právě jsem nějaké měl k dispozici). Použití tohoto mikroobvodu značně zjednodušuje ovládání zátěže, a přestože je navržen pro práci s 5V logikou, funguje perfektně i s 3.3V logikou. Mikroobvod má malé rozměry a lze jej velmi snadno integrovat do obvodu bez dodatečného páskování, kromě rezistorů, které omezují proud do zátěže. Mikroobvod má navíc ještě 6 volných portů, což umožňuje jeho využití pro rozšíření možností zařízení např. pro ovládání ventilace apod. Pro napájení MK, displeje a senzorů byl použit DC-DC převodník MINI-360, prostě proto, že tam byl. Při opakování obvodu nezapomeňte nastavit výstupní napětí na něm v rozmezí 3.3-3.6V. Do převodníku je přivedeno napětí 5v, které slouží také k napájení ventilátoru a detektoru. Místo toho můžete použít lineární stabilizátor LM1117-3.3 nebo podobný. Celková maximální spotřeba okruhu je 0,17A (při běžícím ventilátoru), v pohotovostním režimu – 0,07A. „Meteostanice“ nemá hodiny, jen nevidím potřebu, chybí ovládací tlačítka ze stejného důvodu. Všechny komponenty jsou namontovány na 2-stranné prkénko o rozměrech 8×12 cm Vzhledem k tomu, že spoje prvků jsou velmi jednoduché a není jich mnoho, deska pro projekt nebyla nakreslena. Na horní straně desky jsou namontovány: MK, displej, DC-DC měnič, piezo emitor a mikroobvod ULN2803; Na spodní straně jsou oba senzory a ventilátor.
Toto uspořádání prvků umožňuje minimalizovat vliv rádiových prvků na snímače. Celková tloušťka desky s osazenými prvky je 35 mm.
Obrazovka přístroje je rozdělena na 4 části, podle počtu měřených parametrů. V levé části jsou zobrazeny aktuální hodnoty měřených parametrů a v pravé části je vykreslen graf změny hodnot. Uprostřed každého grafu (kromě posledního) je zelená čára, nad kterou je pro každý parametr uvedena „normální“ hodnota (pro teplotu je to například 18 stupňů C), u grafu eCO2 je červená čára zobrazující maximální přípustnou hodnotu znečištění ovzduší (1500 ppm). Předchozí naměřená hodnota je zobrazena vpravo nahoře, hodnota před 24 hodinami je zobrazena vpravo dole (kromě eCO2). Měření parametrů se provádí každých 10 minut během dne, tedy 144x denně, na základě těchto 144 odečtů je sestaven graf. Provozní algoritmus spočívá v tom, že po posledním měření je „meteostanice“ nečinná po dobu 8 minut, poté „fouká“ senzory po dobu 1 minuty, čeká další 1 minutu, dotazuje se senzorů, zobrazuje aktuální hodnoty na obrazovce, znovu sestavuje graf, aktualizuje předchozí a denní hodnoty na obrazovce. Senzor CCS811 je dotazován 10x, průměrná hodnota je vyhodnocena na MAC, pokud je hodnota větší nebo rovna 1000, zobrazí se na obrazovce na červeném pozadí, pokud je hodnota také větší než 1500, zazní jeden signál, pokud je hodnota větší než 2000, signál zní 10 sekund. Poté se algoritmus opakuje.
Původní text náčrtu je přiložen k článku, k bodům jsou uvedeny komentáře, pro ovládání činnosti snímačů jsou v textu ponechány komentované řádky výstupu odečtů snímačů na monitor portu. Jediné nastavení, které je potřeba v programu provést, je zadat v parametru #define SEALEVELPRESSURE_HPA (1016.8) hodnotu tlaku v GPa v nadmořské výšce (vaše město nad mořem), pro město Kotlas je to 1016,8 GPa, hodnotu lze dohledat na internetu.
Fotku hotového zařízení můžete vidět níže:
Domácí meteostanice je zpravidla elektronické zařízení určené k měření atmosférických parametrů (teplota, vlhkost, atmosférický tlak atd.), jakož i k předpovědi počasí na základě těchto údajů.
Je důležité rozlišovat mezi domácí meteostanicí a elektronickým termohygrometrem. Navenek mohou být zařízení velmi podobná, ale termohygrometr zobrazuje pouze údaje o teplotě a vlhkosti, zatímco domácí meteostanice přidává parametry a vytváří předpověď počasí na dalších 12/24 hodin. Nicméně termohygrometry nejsou v každodenním životě o nic méně běžné než meteostanice, protože mnoho lidí prostě potřebuje znát teplotu a vlhkost ve svých místnostech a úkoly různých kupujících se liší.
Meteorologické přístroje mají obvykle v hlavní jednotce zabudovaná čidla vlhkosti a teploty. Díky tomu přístroj měří parametry mikroklimatu místnosti, ve které se nachází. Kromě toho může hlavní jednotka obsahovat senzor, který měří atmosférický tlak. Hlavní jednotka je také vybavena displejem pro zobrazení naměřených hodnot uživateli. Hlavní jednotka má také ovládací tlačítka, která uživateli umožňují interakci se zařízením, zejména pokud má vestavěné hodiny, budík nebo organizér.
Domácí meteostanice se neomezují pouze na měření teploty a vlhkosti. Dokážou určit sílu a směr větrů a množství srážek. Kromě měření atmosférických parametrů mohou meteorologické stanice umět zobrazit fázi měsíce, východ a západ slunce.
Meteostanice může mít kromě vestavěných i externí čidla, a to hned několik. Spojení těchto senzorů s hlavní jednotkou je zajištěno buď drátově nebo bezdrátově přes rádiový kanál. Není těžké pochopit, že kabelové senzory mají poměrně omezený dosah a také mají některé nepříjemnosti při jejich instalaci. Například, pokud máte termo-vlhkoměr s kabelovým externím čidlem, znamená to, že hlavní jednotka by měla být na parapetu nebo velmi blízko něj a samotné čidlo by mělo být vyjmuto a instalováno mimo okno domu zvenčí. Určité potíže vznikají při pokládání vodiče vedoucího od snímače k hlavní jednotce. Co se týče bezdrátových senzorů, je zcela jasné, že se používají mnohem pohodlněji a mají mnohem větší pracovní vzdálenosti. Například vzdálenost od senzoru k hlavní jednotce může být 30 m nebo dokonce 100 m. Bezdrátové domácí meteostanice navíc mohou podporovat více senzorů. To je velmi výhodné pro řízení mikroklimatu ve vícepokojovém bytě nebo domě. Tito. V každé místnosti lze nainstalovat jedno čidlo a meteostanice bude zobrazovat hodnoty teploty a vlhkosti samostatně pro odpovídající místnost. Nebo máte soukromý dům a vlastní skleník na dvoře. Souhlasíte, bylo by velmi vhodné nainstalovat senzor do skleníku a bez opuštění domova ovládat mikroklima ve skleníku a zároveň včas reagovat, když se změní. Existují také meteostanice, které se mohou připojit k internetu. K takovým meteorologickým stanicím lze přistupovat na velmi velké vzdálenosti. Tito. To je případ, kdy máte velký skleník, který se nachází několik kilometrů od vašeho domova/kanceláře.
Přesnost měření domácích meteostanic je dnes poměrně vysoká. Chyba může být např. 1/10 stupně při měření teploty. Souhlasíte, je to mnohem přesnější než běžný lihový teploměr za oknem. Pokud jde o přesnost zobrazené předpovědi počasí, je třeba si uvědomit, že nemůže dosáhnout 100%. Předpověď počasí je totiž ve své podstatě předpověď očekávaného počasí, tzn. není to spolehlivé tvrzení, ale předpoklad s vysokou mírou pravděpodobnosti. Předpověď počasí poskytovaná domácí meteostanicí však může být přesnější než předpověď počasí poskytovaná například v televizi. Je to dáno tím, že domácí meteostanice využívá atmosférické parametry měřené lokálně, tzn. v oblasti, kde se tato meteorologická stanice nachází. Média obvykle poskytují předpověď počasí na základě globálních dat a tato předpověď je zprůměrována pro konkrétní oblast.
V závislosti na úrovni dovedností designérů mohou být všechny tyto indikátory velmi krásně navrženy v originálním a stylovém pouzdře, které doplní váš interiér. Domácí meteostanici tak lze využít jako univerzální dárek pro přátele a rodinu k jakékoli příležitosti. Bude to velmi stylový a užitečný dárek.
Meteostanici si můžete koupit domů, do kanceláře nebo jako dárek příteli v našem obchodě s doručením do jakéhokoli města na Ukrajině.
Autor článku: Galina Tsekhmistro