Метеостанция на цифровых индикаторах своими руками. Настольная метеостанция на esp8266 с поддержкой wifi своими руками. Общая схема метеостанции

Захотелось иметь свою метеостанцию, которая передает показания с датчиков на карту народного мониторинга (ищется в гугле за 5 секунд). Оказалось это не так сложно, как кажется. Рассмотрим, что было сделано.

Для данного действия я взял себе Arduino Uno и Ethernet Shield w5100 для нее. Все это заказывалось из Китая на Aliexpress.

Так же там заказал себе датчики: DHT22, DHT11, DS18B20, BMP280 (в планах еще датчики газа, дыма…)

Покурив форумы, гугл, яндекс, я нашел неплохой вариант скетча — https://student-proger.ru/2014/11/meteostanciya-2-1/

Там же в комментариях человек выкладывал дописанный скетч с датчиками освещенности, газа. Я взял их за основу.

В тех скетчах не было поддержки 280-го датчика давления, пообщались с автором, он заменил 180 на 280. Все заработало прекрасно (спасибо ему за это огромное)

Ниже приведу пример итогового скетча, что получился у меня.

В данный момент у меня подключены датчики:
DHT22 — 1шт.
DHT11 — 1шт.
BMP280 — 1шт.
DS18B20 — 2шт.

ВНИМАНИЕ! Перед тем как заливать скетч, не забудьте изменить MAC-адрес устройства, чтобы не пересекаться с другими (например взять Mac-адрес вашего мобильного телефона и изменить в нем последние буквы/цифры, что не «будоражило» вашу локальную сеть!

Примерная схема подключения (картинка взята на просторах интернета от данного скетча):

По техническим причинам у меня не получается выложить скетч прямо сюда. Поместил его в архив. Ссылка на него строчкой выше.

Как видно, показания есть, идут исправно, для примера выложу пару скриншотов со своих датчиков:

Вспомнил на досуге о простой самоделке, которую встречал в журнале «Юный натуралист» и делал в восьмидесятых годах прошлого века.

С ее помощью было интересно предсказывать погоду, наблюдать на последующий день за точностью сделанных показаний.

Конечно, сравнивать эту конструкцию с метрологическими приборами не стоит, но в качестве грубого прогноза она вполне работоспособна.

К тому же подобная система позволяет развивать у детей навыки наблюдения и анализа природных явлений.

Поэтому описываю ее в статье как советы домашнему мастеру по изготовлению простого барометра из электрической лампочки и способам расшифровки полученной информации. Текстовый материал дополняется поясняющими картинками, фотографиями и видеороликом.

Как работает самодельный барометр

Для предсказания погоды используется закрытое стеклом лампочки пространство с небольшим отверстием вверху. В эту емкость залита чистая вода. На нее воздействуют:

• атмосферное давление через прорезь в стекле;
• влажность воздуха;
• температура окружающей среды.

Под комплексным действием этих факторов происходит испарение поверхностного слоя с конденсацией паров внутри стеклянного баллона лампочки без выхода через отверстие. По характеру образовавшегося конденсата, его форме и плотности, судят о предстоящей погоде, предсказывают состояние атмосферы на ближайшие 12÷24 часа или чуть дольше.

Необходимые инструменты

В обязательном порядке потребуется:

• перегоревшая или целая лампа накаливания;
• защитные перчатки;
• надфиль или с алмазным сверлом;
• один кристаллик марганцовки либо обломок от грифеля из химического карандаша - не всегда.

Для изготовления крепления барометра потребуется или клей с подставкой.

Технология изготовления

На руки надевают защитные перчатки. Они будут предохранять кожу от порезов и попадания мелких осколков стекла. Лампочка хрупкая, под случайным излишнем усилии она может развалиться на мелкие осколки. Работать с ней следует очень аккуратно.

В верхней части колбы около цоколя необходимо сделать сквозное отверстие с поперечным сечением от одного до нескольких мм кв, не больше. Оно будет сообщать внутреннюю полость баллона с атмосферным воздухом.

Способы создания отверстия

Работа надфилем

Боковой гранью режущей кромки осторожно прорезают отверстие в стекле колбы.

Величину усилия необходимо контролировать: очень легко проточить большую щель или повредить хрупкое стекло. Работу выполняйте над емкостью, в которую будут падать стеклянные опилки. Это обезопасит уборку рабочего места.

Сверление отверстия в стекле

Этот метод позволяет сделать строго калиброванное отверстие круглой формы. Однако он требует практических навыков обработки стекол сверлами мелких диаметров. Работать можно дрелью или шуруповертом.

Обычное сверло для обработки металла должно быть хорошо заточено, а место сверления отмечено и очищено. Лампочку необходимо надежно зафиксировать, а дрель использовать на средних оборотах и постепенно снижать их величину. Отклонение сверла от вертикали, как и нажим, не допускается. Даже при выполнении этих требований высока вероятность повреждения колбы.

Поэтому для сверления отверстия подбирают специальные сверла с алмазным напылением наконечника. Работают ими очень осторожно.

Наполнение колбы водой

Внутрь лампочки через прорезанное отверстие необходимо налить чистой отстоявшейся или лучше кипяченной воды чуть меньше трети ее внутреннего объема.

Самодельный барометр из лампочки в принципе готов к эксплуатации. Но для удобства использования его можно:

• подкрасить воду прибора, например, раствором марганцовки. Конденсат станет лучше виден;
• снабдить устройством подвешивания или подставкой.

О креплении самодельного барометра

Крепежный узел прибора изготавливают для эксплуатации в одном из двух вариантах:

1. подвешивании на ручку или крючок;
2. стационарной установке на подоконнике.

Петля для подвешивания

Используют отрезок медной проволоки, сгибают его петлей, а свободные концы впаивают внутрь контакта цоколя.

Остается подвесить самодельный барометр на подготовленный крючок или ручку.

Подставка

Можно использовать подходящий по диаметру колпачок от бутылочки с косметикой или моющих средств.

В него вклеивают лампочку либо ее крепят другим доступным способом, например, на пластилин или замазку. Такую самодельную конструкцию прибора удобно ставить на подоконник в любом свободном месте.

Главное условие безопасности - ограничить доступ к прибору малолетних детей и домашних животных, которые могут легко опрокинуть или разбить стеклянную колбу.

Как расшифровать информацию и пользоваться прибором

Наблюдение за конденсатом

Анализировать состояние влажности в колбе, предсказывать по ней погоду поможет следующая таблица.

Эту таблицу можно распечатать на принтере и разместить поблизости от самодельного прибора. Помнить все эти сведения не обязательно. Дети же, когда будут вовлечены в игру по метеорологии, очень быстро станут держать всю информацию в уме.

Особенности эксплуатации

Пользоваться самодельным барометром придется только в отапливаемом помещении. При отрицательной температуре вода и конденсат просто замерзнут. Располагают его на окне либо подоконнике. Желательно, чтобы оно было установлено с северной стороны здания. Считается, что так обеспечиваются более точные показания.

Объяснить это можно только тем, что такое окно меньше подвергается нагреву солнечными лучами, работает в более холодной части дома, точнее моделирует состояние погоды на улице.

О точности показаний

Наш организм, как и все живое, реагирует на изменения погоды. Особенное влияние на него оказывают давление и влажность воздуха. Поскольку они сменяются не мгновенно, а постепенно, то возникает возможность ее прогнозирования.

Для их отслеживания метеорологи используют:

Мы же значительно искажаем все эти процессы.

Исторически сложилось так, что под термином «барометр» люди стали понимать прибор, который позволяет предсказывать погоду по изменению атмосферного давления. Этому способствовало нанесение на анероидной шкале таких обозначений, как «Ясно», «Сухо», «Дождь» и других природных явлений.

Это довольно упрощенное представление о прогнозе метеорологических событий, но даже этот уровень наш самодельный прибор не сможет полностью охватить:

• атмосферное давление в колбе немного изменяется при прохождении через строительные конструкции и отверстия;
• на показаниях сказываются условия влажной среды комнаты, которые созданы системой вентиляции, .

К тому же в последнее время в быту стали массово использоваться . А они тоже регулируют влажность в помещениях, влияют на работу самодельного барометра.

Однако даже с учетом этих условий в летнее время можно уверенно предсказывать поведение погоды с точностью до 70%. Зимой, благодаря действию отопления, этот показатель снижается, но не критично.

Во всяком случае, его всегда можно сравнить с профессиональными расчетами метеорологических программ, выложенных в интернете, использовать для привития детям наблюдательности, развития склонности к анализу сложных природных явлений.

Этим не стоит пренебрегать, ведь изготовление самодельного барометра не составляет труда, занимает порядка десятка минут. Дети оценят вашу работу, получив обучающую игрушку-базу в виде развивающей внимание домашней метеостанции.

Сейчас предлагаю посмотреть видеоролик владельца MrSam0delkin «Барометр из лампочки».

РУКОВОДСТВО ПО СОЗДАНИЮ ПРОСТОЙ ДОМАШНЕЙ МЕТЕОСТАНЦИИ СВОИМИ СИЛАМИ

Если целый день или вообще круглосуточно включен компьютер, его можно использовать для работы домашней метеостанции. Поставлена цель создать простую и недорогую метеостанцию, в которой будет задействован персональный компьютер (ПК). ПК выступает в роли считывателя, обработчика и отправителя на сайт "Метеопост" измеренных метеорологических данных. Связь между компьютером и измерительным блоком будет осуществляться по сети 1-Wire.

Состав измерительного комплекса
1. Персональный компьютер с операционной системой Windows XP и выше и наличием свободного COM порта.
2. Адаптер для COM порта (преобразователь 1wire - RS232)
3. 4-х жильный Ethernet кабель типа "витая пара", длины должно хватить от COM порта до измерительного блока
4. Блок питания на 5В постоянного тока с хорошей стабилизацией напряжения
5. Измерительный блок (установлен на улице)
6. Программное обеспечение для ПК - приложение "Метеостанция".

ВАРИАНТ №1 - ОДИН ДАТЧИК

Сначала рассмотрим самый простой вариант - это метеостанция с одним датчиком температуры. Для этого не нужен дополнительный блок питания (п.4). И система очень упрощается. Адаптер для COM порта (п.2) можно выполнить по такой схеме. Адаптер состоит из двух стабилитронов на 3.9В и 6.2В, двух диодов Шотки и одного резистора.

Схема адаптера для COM порта

Адаптер в корпусе D-SUB

Место пайки кабеля и датчика температуры, включительно и выводы датчика нужно хорошо защитить от влаги. Лучше всего применить клей на полиуретановой основе.

Гидроизоляция выводов датчика

Эта система обеспечит мониторинг температуры с точностью до десятых градуса. При этом в окне приложения будет виден график зависимости температуры воздуха от времени и иконка в трее будет всегда показывать текущую температуру. Приложение позволяет задавать интервал измерений.

СТОИМОСТЬ РАДИОДЕТАЛЕЙ - не выше 50 грн.

ВАРИАНТ №2 - ЧЕТЫРЕ ДАТЧИКА

Более сложная метеостанция с четырьмя датчиками: температура, влажность, освещенность, давление. Поскольку только датчик температуры будет цифровой, а остальные аналоговые - в системе используется четырехканальный АЦП ds2450. Этот АЦП поддерживает протокол 1-wire. Схема требует дополнительного источника питания. Источник питания должен обеспечивать высокую стабильность напряжения. Но поскольку схема выше описанного адаптера имеет недостаток - невозможность подключения к датчикам внешнего источника питания из-за отсутствия реальной массы (-), используем другую схему адаптера. Этот адаптер также умещается в корпусе разъема COM порта типа D-SUB. Теперь в кабеле задействованы три провода: масса (-), +5в и данные.

Схема адаптера для COM порта с внешним питанием

Схема измерительного блока вполне может быть выполнена даже на макетной плате. Нужно только уделить особое внимание гидроизоляции контактов. Самый простой способ это расплавить парафин и кисточкой нанести его во все оголенные места на плате. Если плата будет незащищенной от воды, будут утечки напряжения и будет много ошибок в измерениях. В нашем случае даже сотые доли Вольта существенно влияют на результаты.

Схема измерительного блока

Измерительный блок нужно разместить в корпусе и таком, чтобы плата и датчики были защищены от прямого воздействия осадков и солнечного излучения. Для этих целей хорошо подходит коробка из плотного пенопласта. В стенках коробки (дно и стенка с теневой стороны) нужно сделать побольше отверстий для вентиляции. Стенки коробки изнутри желательно обклеить алюминиевой фольгой для дополнительной защиты от инфракрасного излучения, иначе будет погрешность измерения температуры. Все датчики, кроме освещенности, размещаются прямо на плате. Датчик освещенности (фоторезистор) выносится из платы на проводах и устанавливается в отверстии дна пенопластового корпуса. Так, чтобы поверхность датчика смотрела вниз. В таком случае на датчик не будут попадать осадки и особенно зимой это убережет его от обледенения. Датчик освещенности для гидроизоляции нужно обработать, например, прозрачным клеем на полиуретановой основе (силиконовый герметик тест не прошел, он давал утечку тока). Обработать включительно (!) и светочувствительную зону фоторезистора. Выводы датчика залить клеем и разместить их можно в изоляционной трубочке. Концы выводов припаять к маленькой плате. А уже провода от измерительного блока припаять к этой плате. Места пайки залить парафином. Иначе, когда идет проливной дождь с ветром, метеостанция может оказаться неработоспособной и придется разбирать ее и все высушивать. Блок можно соединить с кабелем с помощью разъема. Но нужно использовать специальный влагозащитный разъем - система будет работать в сложных погодных условиях.

Если приходится размещать корпус за окном многоэтажки (нет возможности установить на стойке у земли) то коробку нужно удалить от стены дома насколько это возможно, на кронштейне. Иначе нагрев воздуха от стены дает очень искаженные данные о температуре. В условиях частного дома лучше конечно изготовить настоящую метеобудку. Нужно позаботиться о надежном креплении корпуса, иначе сильные порывы ветра могут оторвать нашу конструкцию.

Измерительный блок на кронштейне

Выходное напряжение блока питания (БП) должно быть в пределах 4.8-5.3В. Подойдет и зарядка от старого телефона. Однако если в блоке питания нет стабилизатора - нужно добавить его в блок питания, т.к. для точности измерений очень важно наличие стабильного напряжения. Можно хотябы проверить тестером - изменяются ли десятые или сотые волта на выходе БП. Скачки десятых волта не допускаются. Простая схема стабилизатора на 5в приведена ниже. На входе БП может быть от 7 до 17В. На выходе будет около 5В. После этого нужно подключить наш кабель (который идет к измерительному блоку) к БП и измерить напряжение тестером на другом конце кабеля. Это напряжение может быть несколько ниже, чем непосредственно на выходе БП, из-за сопротивления кабеля. Это измеренное напряжение нужно ввести в настройках приложения как "Напряжение питания датчиков".

Типичная схема стабилизатора напряжения

СТОИМОСТЬ КОМПЛЕКТУЮЩИХ ДЛЯ МЕТЕОСТАНЦИИ

Примерная стоимость радиодеталей (цены 2015 года по магазину ).
1. Датчик температуры ds18b20 - 25 грн
2. АЦП ds2450 - 120 грн
3. Фоторезистор LDR07 - 6 грн
4. Датчик влажности HIH-5030 - 180 грн
5. Датчик давления MPX4115A- 520 грн.
ВСЕГО: 850 грн или 37$

Остальные элементы в сумме стоят не выше 50 грн, блок питания можно взять, например, со старой "зарядки" для телефона.

Маркировка радиоэлементов

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ МЕТЕОСТАНЦИИ

Мы разработали приложение для Windows, которое предоставим бесплатно любому желающему собрать такую метеостанцию. Оно позволит вам на своем ПК наблюдать за погодой.

Окно приложения для ПК

В системном трее отображается температура воздуха

Все измеренные данные приложение может отправлять на наш сервер "Метеопост" и на специальной странице (пример) можно просматривать все метеоданные с браузера ПК. Также страница адаптирована и для браузера мобильного телефона.

Снимок экрана браузера мобильного телефона

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Можно сэкономить на стоимости деталей, если покупать их у китайцев на AliExpress. Возможно собрать метеостанцию без любого из датчиков, за исключением датчика температуры. У нашего АЦП остался один свободный вход, поэтому на него можно еще подать сигнал от датчика ветра. Но поскольку мы находимся в городе - установить и протестировать такой датчик нам попросту негде. В городской застройке не будет адекватного измерения скорости и направления ветра. Способы самостоятельного изготовления датчика скорости ветра подробно описаны многими энтузиастами в сети. Заводской датчик стоит довольно дорого.

Собрать такую метеостанцию под силам радиолюбителю со средними навыками. Для еще большего упрощения можно не разводить печатную плату, а собрать навесным монтажом на макетной плате. Проверено - работает.

Мы попытались создать именно доступную, дешевую метеостанцию. В частности для этого в системе задействован компьютер. Если его исключить, то нужно делать еще блок индикации, блок передачи данных в сеть и т.д, что существенно прибавит в цене. Например, сейчас популярная "Netatmo Weather Station" с подобными измеряемыми параметрами стоит около 4000 грн (200$).

Всем желающим сделать себе такую метеостанцию готовы помочь консультациями. Также предоставим необходимое программное обеспечение и подключим вашу станцию к нашему сайту.

Из завалявшихся деталей решил сделать небольшую метеостанцию. На сборку и написание прошивки для контроллера ушло два дня выходных. Еще пара дней ушла на написание, тестирование и отладку остального программного обеспечения. Текущая версия метеостанции измеряет температуру, влажность, давление, имеется связь с компьютером через USB порт от него же и питается, резервное питание от батареи 9 В. Данные отображает на LCD. Еще есть часы. Поскольку, не нашлось подходящего кварца (а покупать принципиально не хотел), сделал синхронизацию времени с компьютером.

Этот проект абсолютно не коммерческий, поэтому схему метеостанции, прошивку контроллера и все необходимое программное обеспечение можно скачать . Исходный код прошивки .

Станция собрана на макетной плате, поэтому чертеж печатной платы и не просите.

Использовались следующие основные компоненты:
ATMega8 - контроллер
MPX4115A - датчик давления
HIH-4000 - датчик влажности
DS18B20 - датчик температуры
WH1602A - дисплей

Я использовал LCD на PLED технологии, можно обыкновенные типа WH1602A. Датчики температуры и влажности вынесены на улицу в защитную коробочку.

Подключаем к компьютеру

Подключение к порту USB требует отдельного описания.

В принципе, можно было подключить и к COM порту, так проще. Но у меня он занят. Выбора нет - USB. Поскольку станция собиралась с чего было, то в ход пошел завалявшийся огрызок кабеля CA-42 для подключения мобильного телефона к компьютеру. Разъем к мобильному телефону ушел в дело, а тот конец, который подключается к компьютеру остался. В самом этом разъеме уже имеется микросхема для USB порта, а на выходе - стандартный UART, тот, который используется в мобильных телефонах и самый раз для контроллера, поэтому провода запаиваем напрямую, без каких либо преобразователей сигнала. После установки драйверов для этого кабеля, появляется виртуальный COM порт. Далее можем любой программой подключиться к нашей метеостанции, например HyperTerminal . Распайку кабеля специально не привожу, поскольку кабеля разные, могут отличатся. Использовать нужно 3 провода TX, RX, GND. Запитать устройство от кабеля, скорее всего, не получится. Я взял не нужный USB разъем и запитал с другого USB порта.

Для того чтобы можно было из командной строки отправлять команды и принимать ответ от метеостанции, была написана программа getfromcom.exe.

Метеостанция понимает только две команды:

AGOV - Возвращает текущие показания датчиков.

SETTIME [время в секундах с начала суток] - команда устанавливает время в метеостанции

Для получения данных выполняем getfromcom.exe COM6 AGOV

Для установки времени выполняем getfromcom.exe COM6 "SETTIME 72565"

COM6 - порт.
72565 - количество секунд с начала суток.

Автоматизация процесса

Теперь можно любой программой считать, обработать данные, отправить куда надо, синхронизировать время метеостанции. Я это сделал с помощью скриптового языка PHP. Во первых это быстро и всегда можно оперативно подправить скрипт и не искать куда делся исходный код. Во вторых, я постоянно работаю с PHP. Но Вы можете написать свою программу на любом удобном для Вас языке. Разумеется, для работы PHP придется его скачать (http://www.php.net/downloads.php) и установить на компьютере. Под Windows это делается элементарно. Скрипт getfromcom.php запускается из файла get_data.bat опрашивает метеостанцию, обрабатывает данные и отправляет на HTTP-сервер скрипту get_data.php. О скриптах на сервере поговорим чуть позже.

Спящий режим рабочего компьютера

Мой компьютер стоит в спящем режиме. Просыпается каждые 3 часа, опрашивает метеостанцию, отправляет данные на сервер и снова засыпает (можно и не выключать - кому как удобнее.). Делается это так: В планировщике задач указывается пакетный файл get_data.bat для выполнения и устанавливается опция "разбудить компьютер для выполнения этого задания".

Компьютер отправляется в спячку командой fShutdown.exe /hibernate
Теперь по указанному времени компьютер проснется и выполнит get_data.bat

Особенности get_data.bat

Команды:

devcon.exe enable PCIVEN_10EC
ping 127.0.0.1
RASPHONE -d Setilite

Запускают сетевое подключение и подымают VPN к моему провайдеру Интернет.

ping 127.0.0.1 - так я сделал необходимую паузу.

Соответственно, отключаем командами:

RASPHONE -h Setilite
devcon.exe disable PCIVEN_10EC

У Вас будет все по другому, поэтому в файле эти строки закомментированы.

После выхода из спячки компьютер начинал думать, что COM порт занят другой программой. Пришлось виртуальный COM порт перезагружать командой devcon.exe restart "USBVid_6547&PID_0232"
У Вас будет другой ID устройства.

Серверные скрипты:

Теперь о скриптах на сервере. Скрипт, который принимает данные: get_data.php
Скрипт сохраняет данные в файл pogoda.log. Вообще то, данные отправляются и в базу данных MySQL. Но для простоты, рассмотрим работу только с файлом. Принимая данные, скрипт проверяет подходит ли IP адрес отправителя. Разрешенные адреса перечислены в файле ip_allow.lst От "чужого" отправителя данные не принимаются.

(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.