Mapa de la estación meteorológica. Módulo sensor de presión barométrica BMP085 para arduino (o cómo hacer una estación meteorológica con tus propias manos). Medidor de velocidad y dirección del viento

MBOU escuela secundaria asentamiento rural Selikhinsky

tema del proyecto

"Estación meteorológica en casa"

Terminado:

Puvi Rainis, estudiante de 5to grado

Supervisor:

Bessmertnaya O.A.

2016

Tema : "Estación meteorológica en casa".

Hipótesis: ¿Es posible crear una estación meteorológica en casa?

Objetivo: Hacer una estación meteorológica en casa y monitorear los cambios climáticos.

Tareas:

Descubre qué es una estación meteorológica.

Estudia la historia de la fenología.

Estudia la estructura de la estación meteorológica.

Haz una estación meteorológica en casa;

Observar el clima y registrar los resultados de las observaciones en una tabla;

Métodos de búsqueda:

búsqueda (recopilación de información sobre el tema)

observaciones

práctico (fabricación de dispositivos)

analítico (comparación de resultados)

Introducción.

Al estudiar el tema "El tiempo y las observaciones meteorológicas" en una lección de geografía, se nos pidió que hiciéramos un dispositivo meteorológico con nuestras propias manos y que hiciéramos observaciones meteorológicas de acuerdo con este dispositivo. Tenía una duda: “¿Es posible crear una estación meteorológica en casa y realizar observaciones meteorológicas en ella?”.

Nuestro antepasado lejano dependía en gran medida de las vicisitudes del clima. No entendió la esencia y los patrones de los fenómenos naturales y explicó todo lo incomprensible por la presencia del poder sobrenatural, "divino". Por "voluntad de los dioses" salió el sol, llovió, los ríos se secaron, sopló el viento.

Todos los pueblos deificaron al Sol, la Luna, el viento, el relámpago y el trueno. Los eslavos orientales, antes de adoptar el cristianismo, veneraban especialmente a Perun, el dios agrícola, el dador de la lluvia, el creador del relámpago y el trueno, en su poder estaba la aparición de la vegetación primaveral en el suelo y los árboles. Habiendo adoptado una nueva fe, nuestros antepasados ​​​​comenzaron a honrar a Ilya the Thunderer.

Muchos pueblos consideraban al Sol como la principal fuente de vida en la Tierra. Lo llamaban "Príncipe de la Tierra y Rey del Cielo". La luna fue venerada como una princesa.

Antes de la llegada de los instrumentos especiales, la predicción meteorológica se basaba únicamente en observaciones visuales de los fenómenos atmosféricos, lo que permitía establecer algunas regularidades incluso en la antigüedad. La experiencia adquirida continuó desarrollándose y acumulándose y se transmitió de generación en generación durante muchos siglos.

De la historia de la fenología.

Fenología - la ciencia de los patrones de desarrollo estacional de la naturaleza. El desarrollo de la fenología está determinado por las demandas de la práctica (agricultura, pesca, caza, silvicultura, conservación de la naturaleza, cuidado de la salud, etc.).

La fenología permite predecir los fenómenos estacionales y planificar las actividades económicas (medidas de protección ambiental, calendario de las labores agrícolas, etc.) de acuerdo con el calendario de estos fenómenos.

(№1.)

Existe evidencia de que los pueblos más antiguos de la tierra, los chinos y los egipcios, en su práctica agrícola pudieron seguir el desarrollo estacional de la naturaleza. Los fenómenos estacionales se reflejan en varias obras de autores antiguos (por ejemplo, el filósofo griego Teofrasto (372-287 a. C.) y el escritor romano Plinio el Joven (62-114 d. C.)).

En la Edad Media, en crónicas y crónicas rusas y extranjeras, a veces se guardaban registros sobre el momento del inicio de los fenómenos estacionales más importantes (por ejemplo, en el monasterio de Cracovia para 1490-1527, en el palacio mikado japonés desde 812, etc.). Sin embargo, estos materiales quedaron sin sistematización y procesamiento científico.

En Rusia, se considera que el más antiguo es un calendario escrito a mano con fecha de 1670, y el primer calendario impreso debe considerarse los "Santos o el calendario publicado por Kopievsky en Amsterdam y fechado en 1702.

La primera idea sobre la necesidad de realizar observaciones de fenómenos naturales estacionales en Rusia perteneció a Peter I.

En 1721, Pedro I escribió a A.D. desde Moscú a San Petersburgo. Menishkov: "Cuando los árboles comiencen a dispersarse, entonces pídales que nos envíen noticias de estos, semanalmente, pegadas en papel con números firmados, para averiguar dónde comenzó la primavera antes". Y por decreto del soberano, emitido el 28 de marzo de 1722, se ordenó al almirante Kruys que mantuviera registros sistemáticos del clima en San Petersburgo.

En la segunda mitad del siglo XVIII, los guardias de las murallas del Kremlin tenían el deber de observar el estado de las heladas, el inicio de una tormenta de nieve, el espesor de la capa de nieve, la naturaleza del viento, el granizo, las tormentas eléctricas y otros. indicadores meteorológicos.

Desde 1864, el Calendario Popular de Kyiv comenzó a publicarse con pronósticos meteorológicos para cada mes. Su finalidad era "dar a conocer al pueblo en forma popular en artículos estrictamente científicos y en un departamento de referencia adaptado a las necesidades del pueblo". Ahora bien, esta tarea es la meteorología, la ciencia del clima. Obtuvo su nombre de la palabra griega "meteora" - "algo en el cielo".

Después de la revolución de 1917, la meteorología siguió mejorando. Actualmente, el servicio hidrometeorológico cuenta con miles de estaciones de observación, muchos observatorios y varias instituciones de investigación. Los trabajadores de los servicios meteorológicos se esfuerzan por proporcionar información no solo para el futuro cercano, sino también a largo plazo.

№2.

El concepto de una estación meteorológica, su composición.

Estación meteorológica: un conjunto de varios instrumentos para mediciones meteorológicas (observaciones meteorológicas).

En sentido estricto, una estación meteorológica es una institución que realiza observaciones meteorológicas. Se han asignado índices sinópticos a las principales estaciones meteorológicas oficiales del mundo. En Rusia, la mayoría de las estaciones meteorológicas son operadas por Roshydromet. Dependiendo del volumen establecido de observaciones, las estaciones meteorológicas tienen una categoría determinada. Los datos de las estaciones meteorológicas de la URSS se publicaron en el Meteorological Monthly.

Hay estaciones meteorológicas analógicas y digitales.

La estación meteorológica clásica (analógica) tiene:

1. Termómetro para medir la temperatura del aire y del suelo.

2. Barómetro para medir la presión.

3. Anemómetro para la dirección del viento.

4. Pluviómetro (pluviógrafo) para medir la precipitación.

5. Higrómetro para medir la humedad del aire.

6. Medidor de nieve: un riel diseñado para medir el espesor de la capa de nieve durante las observaciones meteorológicas.

7. Termógrafo - registrador, registrando continuamente la temperatura del aire.

№3.

4. Instrumentos meteorológicos:

Termómetro (Griego θέρμη - calor; μετρέω - Yo mido) - un dispositivo para medir la temperatura del aire, el suelo, el agua, etc. Hay varios tipos de termómetro: líquido; mecánico; electrónico;

Barómetro (Griego antiguo βάρος - "gravedad" y μετρέω - "Yo mido") - un dispositivo para medir la presión atmosférica. El barómetro de mercurio fue inventado por el matemático y físico italiano Evangelista Torricelli en 1644, era un plato con mercurio vertido en él y un tubo de ensayo (matraz) colocado con el orificio hacia abajo. Cuando la presión atmosférica aumentaba, el mercurio subía en el tubo de ensayo, y cuando disminuía, el mercurio bajaba. Debido a las molestias, este diseño dejó de usarse y dio paso a un barómetro aneroide, pero el método por el cual se fabricaba dicho barómetro comenzó a usarse en termómetros.

AUTOMÓVIL CLUB BRITÁNICO. Letyagin. Geografía. Curso inicial: Grado 5: un libro de texto para estudiantes de organizaciones educativas / A.A. letyagin; edición vicepresidente Dronova.-3ª ed., finalizada. y adicional - M .: Ventana-Graf, 2015 - 160s.

GUÍA DE BRICOLAJE PARA UNA ESTACIÓN METEOROLÓGICA CASERA SENCILLA

Si la computadora está encendida todo el día o incluso durante todo el día, se puede usar para operar una estación meteorológica doméstica. El objetivo es crear una estación meteorológica simple y económica, que involucrará una computadora personal (PC). El PC actúa como lector, procesador y remitente de datos meteorológicos medidos al sitio web de Meteopost. La comunicación entre el ordenador y la unidad de medida se realizará a través de la red 1-Wire.

Composición del complejo de medición
1. Computadora personal con sistema operativo Windows XP y superior y un puerto COM libre.
2. Adaptador para puerto COM (1 cable - convertidor RS232)
3. Cable Ethernet de par trenzado de 4 hilos, la longitud debe ser suficiente desde el puerto COM hasta la unidad de medida
4. Fuente de alimentación de 5 V CC con buena regulación de voltaje
5. Unidad de medida (instalada al aire libre)
6. Software para PC - Aplicación "Estación meteorológica".

OPCIÓN #1 - UN SENSOR

Primero, considere la opción más simple: una estación meteorológica con un sensor de temperatura. Esto no requiere una fuente de alimentación adicional (elemento 4). Y el sistema es muy simplificado. El adaptador para el puerto COM (elemento 2) se puede hacer de acuerdo con este esquema. El adaptador consta de dos diodos zener para 3,9V y 6,2V, dos diodos Schottky y una resistencia.

Diagrama del adaptador de puerto COM

Adaptador en carcasa D-SUB

El punto de soldadura del cable y del sensor de temperatura, inclusive, y los cables del sensor deben estar bien protegidos de la humedad. Lo mejor es utilizar un adhesivo a base de poliuretano.

Cables de sensor de impermeabilización

Este sistema proporcionará monitoreo de temperatura con una precisión de décimas de grado. Al mismo tiempo, se verá un gráfico de la dependencia de la temperatura del aire con el tiempo en la ventana de la aplicación, y el ícono de la bandeja siempre mostrará la temperatura actual. La aplicación le permite establecer el intervalo de medición.

EL COSTO DE LAS PIEZAS DE RADIO - no más de 50 UAH.

OPCIÓN #2 - CUATRO SENSORES

Una estación meteorológica más compleja con cuatro sensores: temperatura, humedad, luz, presión. Dado que solo el sensor de temperatura será digital y el resto será analógico, el sistema utiliza un ADC ds2450 de cuatro canales. Este ADC es compatible con el protocolo de 1 cable. El circuito requiere una fuente de alimentación adicional. La fuente de alimentación debe proporcionar estabilidad de alto voltaje. Pero dado que el circuito del adaptador anterior tiene un inconveniente: la imposibilidad de conectar una fuente de alimentación externa a los sensores debido a la falta de una masa real (-), usamos un circuito adaptador diferente. Este adaptador también cabe en la carcasa del puerto COM D-SUB. Ahora hay tres hilos involucrados en el cable: tierra (-), + 5v y datos.

Esquema de un adaptador para un puerto COM con fuente de alimentación externa

El circuito del bloque de medición se puede realizar incluso en una placa de prototipos. Solo es necesario prestar especial atención a la impermeabilización de los contactos. La forma más fácil es derretir la parafina y aplicarla con un cepillo en todos los puntos desnudos del tablero. Si la placa se expone al agua, habrá fugas de voltaje y muchos errores de medición. En nuestro caso, incluso las centésimas de voltio afectan significativamente los resultados.

Esquema de bloques de medición

La unidad de medición debe colocarse en una carcasa y de manera que la placa y los sensores estén protegidos de la exposición directa a la precipitación y la radiación solar. Para estos fines, una caja hecha de espuma densa es muy adecuada. En las paredes de la caja (parte inferior y pared del lado sombreado) debe hacer más agujeros para la ventilación. Es deseable pegar las paredes de la caja desde el interior con papel de aluminio para una protección adicional contra la radiación infrarroja, de lo contrario habrá un error en la medición de la temperatura. Todos los sensores, excepto el de iluminación, se colocan directamente en la placa. El sensor de luz (fotorresistencia) se retira de la placa con cables y se instala en el orificio en la parte inferior de la carcasa de espuma. Para que la superficie del sensor mire hacia abajo. En este caso, la lluvia no caerá sobre el sensor y, especialmente en invierno, lo protegerá de la formación de hielo. El sensor de luz para la impermeabilización debe tratarse, por ejemplo, con un adhesivo transparente a base de poliuretano (el sellador de silicona no pasó la prueba, perdió corriente). Tratar inclusive (!) Y la zona sensible a la luz de la fotorresistencia. Vierta los cables del sensor con pegamento y colóquelos en un tubo aislante. Suelde los extremos de los cables a una placa pequeña. Y suelde los cables de la unidad de medición a esta placa. Rellene los puntos de soldadura con parafina. De lo contrario, cuando llueva mucho con viento, la estación meteorológica puede no funcionar y tendrás que desmontarla y secar todo. La unidad se puede conectar al cable mediante un conector. Pero debe usar un conector impermeable especial: el sistema funcionará en condiciones climáticas difíciles.

Si tiene que colocar la caja fuera de la ventana de un edificio de gran altura (no hay forma de instalarla en un estante cerca del suelo), entonces la caja debe retirarse de la pared de la casa en la medida de lo posible, en un soporte De lo contrario, calentar el aire de la pared arroja datos de temperatura muy distorsionados. En las condiciones de una casa privada, es mejor, por supuesto, hacer una cabina meteorológica real. Debemos cuidar la fijación confiable del casco, de lo contrario, las fuertes ráfagas de viento pueden arrancar nuestra estructura.

Unidad de medida en soporte

El voltaje de salida de la fuente de alimentación (PSU) debe estar entre 4,8 y 5,3 V. Un cargador de teléfono viejo también funcionará. Sin embargo, si no hay estabilizador en la fuente de alimentación, debe agregarlo a la fuente de alimentación, porque. Un voltaje estable es muy importante para la precisión de la medición. Al menos puede verificar con un probador si cambian décimas o centésimas de voltio en la salida de la fuente de alimentación. No se permiten saltos de décimas de voltio. A continuación se muestra un circuito estabilizador simple de 5v. En la entrada de la fuente de alimentación puede ser de 7 a 17V. La salida será de unos 5V. Después de eso, debe conectar nuestro cable (que va a la unidad de medición) a la fuente de alimentación y medir el voltaje con un probador en el otro extremo del cable. Este voltaje puede ser ligeramente más bajo que directamente en la salida de la fuente de alimentación debido a la resistencia del cable. Esta tensión medida debe introducirse en la configuración de la aplicación como "Tensión de alimentación del sensor".

Circuito regulador de voltaje típico

COSTE DE LOS ACCESORIOS DE LA ESTACIÓN METEOROLÓGICA

Costo aproximado de los componentes de la radio (precios de 2015 para la tienda).
1. Sensor de temperatura ds18b20 - 25 UAH
2. ADC ds2450 - 120 UAH
3. Fotorresistencia LDR07 - 6 UAH
4. Sensor de humedad HIH-5030 - 180 UAH
5. Sensor de presión MPX4115A- 520 UAH.
TOTAL: 850 UAH o $37

Los elementos restantes en total no cuestan más de 50 UAH, la fuente de alimentación se puede tomar, por ejemplo, del antiguo "cargo" del teléfono.

Marcaje de radioelementos

SOFTWARE ESTACIÓN METEOROLÓGICA

Hemos desarrollado una aplicación para Windows, que proporcionaremos de forma gratuita a cualquier persona que desee montar una estación meteorológica de este tipo. Te permitirá ver el tiempo en tu PC.

ventana de la aplicación para PC

Temperatura del aire mostrada en la bandeja del sistema

La aplicación puede enviar todos los datos medidos a nuestro servidor "Meteopost" y en una página especial (ejemplo) puede ver todos los datos meteorológicos desde un navegador de PC. La página también está adaptada para el navegador del teléfono móvil.

Captura de pantalla del navegador del teléfono móvil

CONCLUSIÓN
Puede ahorrar en el costo de las piezas si las compra a los chinos en AliExpress. Es posible montar la estación meteorológica sin ninguno de los sensores excepto el sensor de temperatura. Nuestro ADC tiene una entrada libre, por lo que aún puede enviarle una señal desde el sensor de viento. Pero como estamos en la ciudad, simplemente no tenemos dónde instalar y probar dicho sensor. En áreas urbanas, no habrá una medición adecuada de la velocidad y dirección del viento. Muchos entusiastas en la red describen en detalle las formas de hacer un sensor de velocidad del viento usted mismo. El sensor de fábrica es bastante caro.

Montar una estación meteorológica de este tipo está al alcance de un radioaficionado con habilidades medias. Para una simplificación aún mayor, no puede reproducir la placa de circuito impreso, sino ensamblarla mediante el montaje superficial en una placa de prueba. Comprobado - funciona.

Intentamos crear una estación meteorológica económica y asequible. En particular, una computadora está involucrada en el sistema para esto. Si se excluye, entonces debe hacer otra unidad de visualización, una unidad de transferencia de datos a la red, etc., lo que aumentará significativamente el precio. Por ejemplo, ahora la popular "Estación meteorológica Netatmo" con parámetros medidos similares cuesta alrededor de 4000 UAH ($ 200).

Todos los que quieran hacer una estación meteorológica de este tipo están listos para ayudar con consultas. También le proporcionaremos el software necesario y conectaremos su estación a nuestro sitio web.

Observar el clima es una actividad muy emocionante. Decidí construir mi estación meteorológica basada en el popular .

El prototipo de la estación meteorológica se ve así:

Funciones de mi estación meteorológica:

• medición y visualización de la temperatura ambiente y exterior;
• visualización de la hora actual (horas y minutos);
• visualización de las fases actuales de la luna y el día lunar;
• transferencia de resultados de medición a una computadora a través de una conexión en serie;
• transmisión de resultados de medición por protocolo MQTT usando una aplicación en una computadora.

maleficio-expediente firmware para (versión del 9 de mayo de 2018) - .
como flashear maleficio-archivo a bordo arduino he descrito.

Microcontrolador Arduino Nano 3.0

El "corazón" de mi estación meteorológica es el microcontrolador ebay):

Para controlar la indicación e interrogación de sensores, utilizo el temporizador 1 arduino, causando interrupciones con una frecuencia de 200 Hz (período - 5 ms).

Indicador

Para mostrar las lecturas medidas de los sensores y la hora actual, me conecté a arduino indicador LED de cuatro dígitos Foryard FYQ-5643BH con ánodos comunes (se combinan ánodos de segmentos idénticos de todas las descargas).
El indicador contiene cuatro dígitos de siete segmentos y dos puntos de separación (hora):

Los ánodos del indicador están conectados a través de resistencias limitadoras de corriente a los terminales arduino:

Cátodos de segmento conectados a pines arduino:

El segmento del indicador se enciende si el ánodo de la descarga correspondiente tiene un potencial alto (1) y un potencial bajo (0) en el cátodo.

Utilizo la indicación dinámica para mostrar información en el indicador: solo un dígito está activo a la vez. Las descargas activas se alternan a una frecuencia de 200 Hz (período de visualización de 5 ms). Al mismo tiempo, el parpadeo de los segmentos es imperceptible a los ojos.

Sensor de temperatura DS18x20

Para la posibilidad de medir la temperatura a distancia, conecté un sensor , que proporciona una amplia gama de mediciones de temperatura exterior. El sensor está conectado al bus. 1 cable y tiene tres salidas - potencia ( CCV), datos ( DAT), Tierra ( TIERRA):

entre alfileres CCV y DAT Incluí una resistencia pull-up de 4.7k ohmios.

Para convertir entre grados Celsius y Fahrenheit, puedes utilizar la siguiente placa:

Coloqué el sensor fuera de la ventana de la casa en una caja de plástico de un bolígrafo:

\

Las estaciones meteorológicas profesionales utilizan una pantalla Stevenson para proteger el termómetro de la luz solar directa y permitir que circule el aire. pantalla de stevenson):

Sensor de presión y temperatura BMP280

Los barómetros de mercurio y aneroides se utilizan tradicionalmente para medir la presión atmosférica.

A barómetro de mercurio la presión atmosférica se equilibra con el peso de la columna de mercurio, cuya altura se utiliza para medir la presión:

A barómetro aneroide Se utiliza compresión y estiramiento de la caja bajo presión atmosférica:

Para medir la presión atmosférica y la temperatura ambiente en la estación meteorológica de mi casa, utilizo un sensor - pequeña smd- 2 sensores de 2,5 mm basados ​​en tecnología piezorresistiva:

Se compró un pañuelo con un sensor en el mercado. ebay:

El sensor está conectado al bus. I2C(datos de contacto - SDA/SDI, pin de sincronización - SCL/SCK):

adafruta- archivos Adafruit_Sensor.h, Adafruit_BMP280.h, Adafruit_BMP280.cpp.

Unidades de presión atmosférica

Sensor a través de la función leerPresión da el valor de la presión atmosférica en pascales. La unidad básica para medir la presión atmosférica es hectopascal(hPa) (1 hPa = 100 Pa), cuyo análogo es la unidad fuera del sistema " milibar" (mbar) (1 mbar = 100Pa = 1hPa). Para convertir entre una unidad de presión no sistémica de uso común " milímetro de mercurio(mm Hg) y hectopascales, se utilizan las siguientes relaciones:
1hPa = 0,75006 mmHg Arte. ≈ 3/4 mm Hg; 1 mmHg =1,3332 hPa ≈ 4/3 hPa.

La dependencia de la presión atmosférica de la altitud sobre el nivel del mar

La presión atmosférica se puede representar tanto en forma absoluta como relativa.
Presión absoluta QFE(Inglés) presión absoluta) es la presión atmosférica real, sin tener en cuenta la corrección sobre el nivel del mar.
La presión atmosférica disminuye aproximadamente 1 hPa con un aumento de la altitud de 1 m:

La fórmula barométrica le permite determinar la corrección de las lecturas del barómetro para obtener la presión relativa (en mmHg):
$\Delta P = 760 \cdot (1 - (1 \over (10^ ( (0.0081350 \cdot H) \over (T + 0.00178308 \cdot H) ))))$ ,
donde $T$ es la temperatura media del aire en la escala de Rankin, ° Real academia de bellas artes, $H$ - altura sobre el nivel del mar, pies.
Conversión de grados Celsius a grados Rankine:
$^(\circ)Ra = (^(\circ)C \cdot 1.8) + 491.67$
La fórmula barométrica se utiliza para la nivelación barométrica: determinación de alturas (con un error de 0,1 - 0,5%). La fórmula no tiene en cuenta la humedad del aire y el cambio en la aceleración de la caída libre con la altura. Para pequeñas diferencias de altura, esta dependencia exponencial se puede aproximar con suficiente precisión mediante una dependencia lineal.
Presión relativa QNH(Inglés) presión relativa, Altura náutica del código Q) es la presión atmosférica ajustada al nivel medio del mar. Nivel medio del mar, MSL) (por ES UN y una temperatura de 15 grados centígrados), y se fija inicialmente teniendo en cuenta la altitud a la que se encuentra la estación meteorológica. Se puede encontrar a partir de los datos del servicio meteorológico, las lecturas de instrumentos calibrados en lugares públicos, el aeropuerto (a partir de informes METAR), desde Internet.
Por ejemplo, para el cercano aeropuerto de Gomel ( UMGG) Puedo ver el informe meteorológico actual METAR en ru.allmetsat.com/metar-taf/russia.php?icao=UMGG:
UMGG 191800Z 16003MPS CAVOK M06/M15 Q1014 R28/CLRD//NOSIG ,
dónde Q1014- presión QNH en el aeropuerto es de 1014 hPa.
historia de los boletines METAR disponible en Aviationwxchartsarchive.com/product/metar.
Para presión de aire relativa normal QNH se acepta una presión de 760 mm Hg. Arte. o 1013.25 hPa (a una temperatura de 0ºС, bajo una latitud de 45º del Hemisferio Norte o Sur).
Puse la presión para el barómetro aneroide QNH con el tornillo de ajuste de sensibilidad:

Pronóstico del tiempo

El análisis de los cambios de presión le permite crear un pronóstico del tiempo, y su precisión es mayor cuanto más abruptamente cambia la presión. Por ejemplo, la regla general de un viejo navegante es que una caída de presión de 10 hPa (7,5 mmHg) durante un período de 8 horas significa que se avecinan fuertes vientos.

¿De dónde viene el viento? El aire fluye hacia el centro del área de baja presión, viento- movimiento horizontal del aire desde áreas de alta presión a áreas de baja presión (la alta presión atmosférica comprime masas de aire en áreas de baja presión atmosférica). Si la presión es muy baja, el viento puede alcanzar tormenta. Al mismo tiempo, en la zona reducido presión (depresión bárica o ciclón), el aire caliente se eleva y forma nubes, que a menudo traen lluvia o nieve.

La dirección del viento en meteorología es la dirección desde la que sopla el viento:

Esta dirección se reduce a ocho puntos.

A menudo se utiliza un algoritmo para predecir el clima en función de la presión atmosférica y la dirección del viento. Zambretti.

Sensor de humedad

Para determinar la humedad relativa del aire, utilizo el módulo DHT11(comprado en el mercado ebay):

Sensor de humedad DHT11 tiene tres salidas - potencia ( + ), datos ( afuera), Tierra ( - ):

Para trabajar con el sensor, uso la biblioteca de adafruta- archivos DHT.h, DHT.cpp.

La humedad caracteriza la cantidad de vapor de agua contenida en el aire. Humedad relativa muestra la proporción de humedad en el aire (en porcentaje) en relación con la cantidad máxima posible a la temperatura actual. Se utiliza para medir la humedad relativa :

Para una persona, el rango óptimo de humedad del aire es 40 ... 60%.

Reloj en tiempo real

Como reloj de tiempo real, apliqué el módulo RTC DS1302(un pañuelo con un reloj fue comprado en el mercado ebay):

Módulo DS1302 conectado al autobús 3 hilos. Para utilizar este módulo con arduino biblioteca desarrollada arduino_RTC( de iarduino.ru).

Tablero con módulo DS1302 tiene cinco pines que conecté a los pines de la placa arduino nano:

Para mantener las lecturas correctas del reloj cuando no hay energía, inserté una batería en el zócalo de la placa. CR2032.

La precisión de mi módulo de reloj no era muy alta: el reloj es más rápido aproximadamente un minuto en cuatro días. Por lo tanto, restablecí los minutos a "cero" y la hora al más cercano manteniendo presionado el botón conectado al pin A0 de Arduino después de encender la estación meteorológica. Después de la inicialización, el pin A0 se usa para transferir datos a través de la conexión en serie.

Transferir datos a una computadora y trabajar a través del protocolo MQTT

Para transferir datos a través de una conexión en serie a arduino conecta USB-UART convertidor:

Conclusión arduino utilizado para transferir datos en el formato 8N1(8 bits de datos, sin paridad, 1 bit de parada) a 9600 bps. Los datos se transmiten en paquetes y la longitud del paquete es de 4 caracteres. La transferencia de datos se realiza en " poco explosión Modo ", sin utilizar el puerto serie del hardware arduino.

Formato de los datos transmitidos:

MQTT

vamos aplicación - cliente de protocolo MQTT, que envía la información recibida de la estación meteorológica al servidor ( MQTT-corredor) :

Servicio le permite crear una cuenta con un plan gratuito " " (límites: 10 conexiones, 10 Kbps):

Para controlar las lecturas de la estación meteorológica, puede utilizar Androide-Apéndice :

Alimento

Para alimentar la estación meteorológica, uso un cargador de un teléfono móvil antiguo. motorola, dando salida a una tensión de 5 V con una corriente de hasta 0,55 A y conectado a los contactos 5V(+) y TIERRA (-):

También puede usar una batería de 9 V para alimentación, conectada a los contactos VIN(+) y TIERRA (-).

Funcionamiento de la estación meteorológica

Al inicio, los sensores se inicializan y verifican.

En ausencia de un sensor DS18x20 se emite un error "E1", si no hay sensor - error "E3".

Entonces se inicia el ciclo de trabajo de la estación meteorológica:

• medición y visualización de la temperatura exterior;
• medición y visualización de la temperatura ambiente;
• medición y visualización de la presión atmosférica y la tendencia de su cambio;
• medición y visualización de la humedad relativa del aire;
• visualización de la hora actual;
• visualización de la fase de la luna y el día lunar.

Un video de mi estación meteorológica está disponible en mi -canal: https://youtu.be/vVLbirO-FVU

Pantalla de temperatura

Al medir la temperatura, se muestran dos dígitos de temperatura y para una temperatura negativa, un signo menos (con un símbolo de grado en el dígito más a la derecha);
para la temperatura exterior, el signo de grados se muestra en la parte superior:


para temperatura ambiente - abajo:

Pantalla de presión

Al medir la presión, se muestran tres dígitos de presión en mmHg (con el símbolo " PAGS" en el dígito más a la derecha):

Si la presión cayó bruscamente, entonces en lugar del símbolo " PAGS"el carácter" se muestra en el dígito más a la derecha L"si ha crecido bruscamente, entonces" H". El criterio para la nitidez del cambio es de 8 mm Hg en 8 horas:

Dado que mi estación meteorológica muestra presión absoluta ( QFE), entonces las lecturas resultan algo subestimadas en comparación con la información del resumen METAR(que proporciona QNH) (14 UTC 28 de marzo de 2018):

La relación de presiones (según ATIS) era $(1015 \over 998) = $1.017. Elevación del aeropuerto de Gomel (código OACI UMGG) sobre el nivel del mar es de 143,6 m La temperatura según ATIS fue de 1 ° C.

Las lecturas de mi estación meteorológica casi coincidieron con la presión absoluta QFE de acuerdo a ATIS!

Presión máx./mín. ( QFE) registrado por mi estación meteorológica durante todo el período de observación:

Pantalla de humedad relativa

La humedad relativa del aire se muestra como un porcentaje (el símbolo de porcentaje se muestra en los dos dígitos de la derecha):

Visualización de la hora actual

La hora actual se muestra en el indicador en el formato "HH:MM", con los dos puntos de separación parpadeando una vez por segundo:

Visualización de las fases de la luna y el día lunar

Los dos primeros dígitos del indicador muestran la fase lunar actual y los dos siguientes, el día lunar actual:

La Luna tiene ocho fases (se dan nombres en inglés y ruso (azul - inexacto)):

En el indicador de fase se muestran mediante pictogramas:

fase	pictograma
hoz creciente (media luna)
media luna menguante (media luna)

Transferencia de datos a una computadora

Si conecta la estación meteorológica con USB-UART convertidor (por ejemplo, basado en un microcircuito CP2102) conectado a USB-puerto de la computadora, luego puede usar el programa terminal para observar los datos transmitidos por la estación meteorológica:

Desarrollé en un lenguaje de programación vamos un programa que lleva un registro de observaciones meteorológicas y envía datos al servicio y se puede ver en Androide-smartphone usando la aplicación :

De acuerdo con el registro de observaciones meteorológicas, puede, por ejemplo, construir un gráfico de cambios en la presión atmosférica:
ejemplo de un gráfico con un mínimo de presión perceptible


ejemplo de un gráfico con un ligero aumento de presión

Mejoras previstas:

• añadir sensores de dirección y velocidad del viento

En las estaciones meteorológicas se utiliza un anemómetro de tres cazoletas (1) para medir la velocidad del viento y una veleta (2) para determinar la dirección del viento:

También se utiliza para medir la velocidad del viento. anemómetros de hilo caliente de filamento(Inglés) anemómetro de hilo caliente). Como cable calentado, puede usar un filamento de tungsteno de una bombilla con vidrio roto. En los anemómetros industriales de hilo caliente, el sensor suele estar situado en un tubo telescópico:

El principio de funcionamiento de este dispositivo es que el calor se elimina del elemento calefactor debido a la convección por un flujo de aire: viento. En este caso, la resistencia del filamento está determinada por la temperatura del filamento. La ley de cambio en la resistencia del filamento $R_T$ a partir de la temperatura $T$ tiene la forma:
$R_T = R_0 \cdot (1 + (\alpha \cdot (T - T_0)))$ ,
donde $R_0$ es la resistencia del filamento a la temperatura $T_0$, $\alpha$ es el coeficiente de temperatura de resistencia (para tungsteno $\alpha = 4.5\cdot(10^(-3) (^(\circ)(C^ (-1))))$).

Con un cambio en la velocidad del flujo de aire, la temperatura cambia a una corriente de filamento constante (un anemómetro con corriente continua, ing. CCA). Si la temperatura del elemento calefactor se mantiene constante, entonces la corriente a través del elemento será proporcional a la velocidad del flujo de aire (anemómetro de temperatura constante, ing. llamada a la acción).

Continuará

- Humedad:

Rango de medida 20÷90%.

Precisión ±5%.

Resolución 1%.

- La temperatura:

Rango de medida 0÷50 о С.

Precisión ±2 o C.

Resolución 1 o C.

4. Medición de presión y temperatura con el sensor BMP-180.

- Presión:

Rango de medida 225÷825 mm Hg. Arte.

Precisión ±1 mm Hg. Arte.

Resolución 1 mm Hg. Arte.

- La temperatura:

Rango de medida -40,0÷85,0 о С.

Precisión ±1 o C.

Resolución 0.1 o C.

5. Cambio de lecturas animado cíclico.

6. Modo cuco. Pitido corto cada hora. Si está activado y sólo durante el día.

7. Pulsaciones de botones sonoros. Breve pitido solo durante el día.

8. Guardar la configuración en la memoria no volátil del microcontrolador.

Ajuste.

1. La entrada a la configuración y el desplazamiento por el menú se realizan con el botónMENÚ .

2. Cambiar el parámetro para configurar dentro de una página del menú con el botónESTABLECER .

3. Configuración del parámetro con los botonesMÁS / MENOS . Los botones funcionan con una sola pulsación y, cuando se mantienen pulsados, se realiza una instalación acelerada.

4. El parámetro a configurar parpadea.

5. Después de 10 segundos desde la última vez que presionó los botones, el dispositivo cambiará al modo principal, la configuración se escribirá en la memoria.

6. Páginas de menú.

CLOC :

- Restablecer segundos.

– ajuste de minutos.

- poner en hora el reloj.

– establecer la corrección diaria de la precisión del curso. El símbolo de alto ordenC . Rango de ajuste±25 seg.

Del ala :

- minutos de la alarma.

- despertador.

– activación de alarma. El símbolo de alto ordenA. en júnior En , si el despertador está habilitado,DE - si está prohibido.

– activación del modo "cuco". Los personajes en orden altocu. en júnior En si el trabajo de cuco está habilitado,DE - si está prohibido.

Disp :

– duración de la indicación de tiempo. en el indicadord XX . Rango de ajuste

– duración de la indicación de humedad. en el indicadorH XX . Rango de ajuste 0 ÷ 99 seg. Si se establece en 0, el parámetro no se mostrará.

– duración de la indicación de la temperatura medida por el sensor de humedad. en el indicadortHxx . Rango de ajuste 0 ÷ 99 seg. Si se establece en 0, el parámetro no se mostrará.

– duración de la indicación de presión. en el indicadorPAGS XX . Rango de ajuste 0 ÷ 99 seg. Si se establece en 0, el parámetro no se mostrará.

– duración de la indicación de la temperatura medida por el sensor de presión. en el indicadortPxx . Rango de ajuste 0 ÷ 99 seg. Si se establece en 0, el parámetro no se mostrará.

- velocidad de animación. El símbolo de alto orden S. Rango de ajuste 0 ÷ 99. Cuanto menor sea el valor, mayor será la velocidad.

LUZ :

cerca- Configuración del modo nocturno.

– minutos de activación del modo noche.

– horas de activación del modo noche.

– brillo del indicador en modo noche. El símbolo de alto orden norte. Rango de ajuste 0 ÷ 99. El brillo del indicador corresponde al modo noche.

día- configuración del modo día.

– minutos de funcionamiento diurno.

– horario de funcionamiento diurno.

– brillo del indicador en modo día. El símbolo de alto orden d. Rango de ajuste 0 ÷ 99. El brillo del indicador corresponde al modo día.

Operación del dispositivo.

1. En el modo principal, hay un cambio cíclico de información en el indicador. Se establece la siguiente secuencia de salida: tiempo - humedad (en el orden más alto, el símbolo H) – temperatura medida por el sensor de humedad – presión (en el dígito más significativo el símbolo PAGS) es la temperatura medida por el sensor de presión. Si la duración de visualización de cualquier parámetro se establece en 0, no se mostrará en el indicador.

2. Desde el modo principal, puede cambiar la pantalla con los botones MÁS/MENOS.

3. En caso de error en la lectura de datos del sensor DHT11, se muestran guiones en el indicador al indicar la temperatura y la humedad.

4. Si la alarma está activada (ver configuración), se incluye un punto cuando se muestra la hora en el dígito menos significativo. A la hora establecida, se activa una señal audible: cada segundo, señales dobles durante un minuto. La señal de sonido se puede apagar antes de tiempo presionando cualquier botón. Cuando suena la alarma, la hora se muestra en el indicador durante 30 segundos.

5. Todos los días (a las 0 horas 0 minutos y 30 segundos) la hora se corrige digitalmente., DS1307 .

4. El tipo de indicador (ánodo común o cátodo) se selecciona mediante un puente. Si el puente está configurado, se selecciona el indicador con un ánodo común.

5. El diagrama muestra dos indicadores, solo uno está instalado.

6. El tweeter debe tener un generador incorporado. Dependiendo de su consumo de corriente, puede ser necesario instalar un amplificador (llave de transistores).

Durante las discusiones y mejoras en el tema del foro, aparecieron varias versiones diferentes de este proyecto.

El contenido actualizado se publicará aquí tan pronto como sea posible. Breves descripciones en los archivos.

Gratitud tándem de estudio para preparar materiales y probar el firmware.

Necesitará

• - Placa Arduino o equivalente;
• - sensor de temperatura y humedad DHT11;
• - sensor de presión BMP085;
• - sensor de dióxido de carbono MQ135;
• - Pantalla LCD 1602;
• - potenciómetro 10 kOhm;
• - alojamiento para la estación meteorológica;
• - un trozo de lámina de fibra de vidrio;
• - tornillos para la fijación de componentes;
• - un ordenador;
• - cables de conexión;
• - conector para fuente de alimentación;
• - soldador.

Instrucción

Primero debes elegir el caso correcto. Todos los componentes de la futura estación meteorológica ambiental deberían encajar allí. Estos casos se venden en muchas tiendas de electrónica de radio. O usa cualquier otro caso que puedas encontrar.
Piense en cómo se colocarán todos los componentes en el interior. Corte una ventana para asegurar la pantalla LCD si no hay ninguna. Si coloca un sensor de dióxido de carbono en el interior, que se calienta bastante, colóquelo en el lado opuesto de otros sensores o hágalo remoto. Proporcione un orificio para el conector de alimentación.

Algunas palabras sobre los componentes utilizados.
El LCD 1602 utiliza 6 pines Arduino + 4 para alimentación (retroiluminación y sintetizador de caracteres).
El sensor de temperatura y humedad DHT11 se conecta a cualquier pin digital. Para leer los valores, utilizaremos la biblioteca DHT11.rar, que se puede descargar, por ejemplo, aquí: https://yadi.sk/d/1LiFmQWITGPAY
El sensor de presión BMP085 está conectado a través de la interfaz I2C a dos pines Arduino: SDA, al pin analógico A4 y SCL, al pin analógico A5. Tenga en cuenta que se suministran +3,3 V al sensor para la alimentación.
El sensor de dióxido de carbono MQ135 está conectado a un pin analógico.
En principio, para evaluar la situación meteorológica basta con tener datos de temperatura, humedad y presión atmosférica, siendo opcional un sensor de dióxido de carbono.
Pero usando los 3 sensores, tendremos 7 pines Arduino digitales y 3 analógicos involucrados. Bueno, la comida, por supuesto.

El esquema de la estación meteorológica se muestra en la figura. Todo está claro aquí.

Escribamos un boceto para Arduino. El texto del programa, debido a su considerable tamaño, se incluye como enlace en el apéndice del artículo en la sección "Fuentes". Todo el código se proporciona con comentarios detallados y comprensibles.
Cargue el boceto en la memoria del controlador de la placa Arduino.

Haremos una placa de circuito impreso para colocar componentes dentro de la caja; esta es la solución más conveniente para configurar y conectar sensores. Para la fabricación de una placa de circuito impreso en casa, utilizo la tecnología de "planchado láser" (lo describimos en detalle en artículos anteriores) y grabado con ácido cítrico. Proporcionemos lugares para puentes ("puentes") en el tablero para poder apagar los sensores. Esto será útil si necesita reprogramar el microcontrolador cuando desee modificar el programa.
Usando soldadura, instalaremos sensores de presión y gas.
Para instalar la placa Arduino Nano, es conveniente utilizar adaptadores especiales o enchufes con un paso de 2,54. Pero a falta de estos detalles y por ahorrar espacio dentro de la caja, también instalaré el Arduino por soldadura.
La sonda de temperatura estará situada a cierta distancia del tablero y estará aislada térmicamente del interior de la estación meteorológica mediante una junta aislante especial.
Proporcionemos lugares para conectar energía externa a nuestra placa casera. Usaré un cargador normal de 5 V de un enrutador viejo roto. Más 5 voltios del cargador se aplicarán al pin Vin de la placa Arduino.
La pantalla LCD se atornillará directamente a la carcasa, hacia el frente. Se conectará mediante cables con conectores de conexión rápida tipo Dupont.