IoT стана лесно: Заснемане на отдалечени метеорологични данни: UV и въздушна температура и влажност: 7 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-02-01 14:39

В този урок ще заснемем отдалечени данни като UV (ултравиолетова радиация), температура на въздуха и влажност. Тези данни ще бъдат много важни и ще бъдат използвани в бъдеща цялостна метеорологична станция.

Блоковата диаграма показва какво ще получим в края.

Стъпка 1: BoM - материална сметка

NodeMCU (ESP8266-12E) - 9,00 щ.д.

Сензор за влажност и температура (DHT22) - 10,00 USD

UV сензор - 4,00 щ.д.

OLED USD 12.00

Платформа - USD1.00

Стъпка 2: Аналоговият UV сензор

Този UV сензор генерира аналогов изход, пропорционален на ултравиолетовото излъчване, открито в спектъра на чувствителност към светлина. Той използва UV фотодиод (на базата на галиев нитрид), който може да открие светлинния диапазон 240-370nm (който покрива UVB и по-голямата част от UVA спектъра). Нивото на сигнала от фотодиода е много малко, в нивото на нано-ампера, така че модулът е вградил операционен усилвател за усилване на сигнала до по-четиво ниво на волт (0 до 1V).

Сензорът и оп-усилвателят могат да се захранват чрез свързване на VCC към 3.3VDC (или 5VDC) и GND към захранването. Аналоговият сигнал може да бъде получен от изхода OUT.

Неговият изход ще бъде в миливолта и ще се чете от аналоговия вход на нашия NodeMCU. След като бъде прочетено, трябва да го „преобразуваме“(или „картографираме“), за да може стойностите да се обработват по -добре от кода. Можем да го направим с функцията readSensorUV ():

/ * Прочетете UV сензора в mV и извикайте изчислението на UV индекса */

void readSensorUV () {байт numOfReadings = 5; dataSensorUV = 0; for (int i = 0; i <numOfReadings; i ++) {dataSensorUV+= analogRead (sensorUVPin); забавяне (200); } dataSensorUV /= numOfReadings; dataSensorUV = (dataSensorUV * (3.3 / 1023.0)) * 1000; Serial.println (dataSensorUV); indexCalculate (); }

След като имаме UV данните, можем лесно да изчислим UV индекса, както е дефинирано в горната таблица. Функцията indexCalculate () ще го направи вместо нас:

/ * Изчисляване на UV индекс */

void indexCalculate () {if (dataSensorUV <227) indexUV = 0; иначе ако (227 <= dataSensorUV && dataSensorUV <318) indexUV = 1; иначе ако (318 <= dataSensorUV && dataSensorUV <408) indexUV = 2; иначе if (408 <= dataSensorUV && dataSensorUV <503) indexUV = 3; иначе ако (503 <= dataSensorUV && dataSensorUV <606) indexUV = 4; иначе if (606 <= dataSensorUV && dataSensorUV <696) indexUV = 5; иначе if (696 <= dataSensorUV && dataSensorUV <795) indexUV = 6; else if (795 <= dataSensorUV && dataSensorUV <881) indexUV = 7; иначе if (881 <= dataSensorUV && dataSensorUV <976) indexUV = 8; иначе if (976 <= dataSensorUV && dataSensorUV <1079) indexUV = 9; иначе ако (1079 <= dataSensorUV && dataSensorUV <1170) indexUV = 10; else indexUV = 11; }

Стъпка 3: Инсталиране на дисплей: OLED

За целите на теста ще включим OLED на нашия UV метър (Тази стъпка е напълно незадължителна).

По време на тестовете е добре да използвате серийния монитор, но какво се случва, когато използвате прототипите си далеч от компютъра си в самостоятелен режим? За целта нека да инсталираме OLED дисплей, SSD1306, чиито основни характеристики са:

• Размер на дисплея: 0.96"
• I2C IIC SPI сериен
• 128X64
• Бял OLED LCD LED

Следвайте електрическата схема и свържете 4 -те пина на нашия OLED:

• VCC преминава към 3.3V
• GND отива на земята
• SCL отива в NodeMCU (GPIO 2) ==> D4
• SDA отива в NodeMCU (GPIO 0) ==> D3

След като свържем дисплея, нека изтеглим и инсталираме неговата библиотека в нашата Arduino IDE: „ESP8266 OLED драйвер за SSD1306 дисплей“, разработен от Daniel Eichhorn (Уверете се, че използвате версия 3.0.0 или по -нова!).

Инсталирайте библиотеката на вашата Arduino IDE, която може да бъде намерена на SSD1306Wire.h

След като рестартирате IDE, библиотеката трябва да е вече инсталирана.

Библиотеката поддържа I2C протокол за достъп до OLED дисплея с помощта на вградената библиотека Wire.h:

/ * OLED */

#include "SSD1306Wire.h" #include "Wire.h" const int I2C_DISPLAY_ADDRESS = 0x3c; const int SDA_PIN = 0; const int SCL_PIN = 2; SSD1306Wire дисплей (I2C_DISPLAY_ADDRESS, SDA_PIN, SCL_PIN);

Нека изброим някои важни API, които ще се използват с нашия OLED дисплей. Пълният списък може да бъде намерен в GITHub, предоставен по -горе.

A. Контрол на дисплея:

void init (); // Инициализиране на дисплея

void displayOn (void); // Включете дисплея на void displayOff (void); // Изключване на дисплея void clear (void); // Изчистване на локалния пикселен буфер void flipScreenVertical (); // Обърнете дисплея с главата надолу

Б. Текстови операции:

void drawString (int16_t x, int16_t y, текст на низ); // (xpos, ypos, "Текст")

void setFont (const char* fontData); // Задава текущия шрифт.

Налични шрифтове по подразбиране:

• ArialMT_Plain_10,

• ArialMT_Plain_16,

• ArialMT_Равнина_24

След като самите OLED и неговата библиотека са инсталирани, нека напишем проста програма, която да го тества. Въведете с долния код на вашата IDE, резултатът трябва да бъде дисплей, както е показано на горната снимка:

* OLED */

#include "SSD1306Wire.h" #include "Wire.h" const int I2C_DISPLAY_ADDRESS = 0x3c; const int SDA_PIN = 0; const int SCL_PIN = 2; SSD1306Wire дисплей (I2C_DISPLAY_ADDRESS, SDA_PIN, SCL_PIN); void setup () {Serial.begin (115200); displaySetup (); } void loop () {} / * Иницииране и показване на настройка на OLED * / void displaySetup () {display.init (); // инициализира дисплея display.clear (); // Изчистване на дисплея.flipScreenVertical (); // Обърнете дисплея с главата надолу display.display (); // Поставете данни на дисплея Serial.println ("Иницииране на тест за показване"); display.setFont (ArialMT_Plain_24); display.drawString (30, 0, "OLED"); // (xpos, ypos, "Text") display.setFont (ArialMT_Plain_16); display.drawString (18, 29, "Тестът е започнат"); display.setFont (ArialMT_Plain_10); display.drawString (10, 52, "Serial BaudRate:"); display.drawString (90, 52, String (11500)); display.display (); // Поставяне на данни за забавяне на дисплея (3000); }

Горната програма може да бъде изтеглена от моя GitHub:

NodeMCU_OLED_Test

Стъпка 4: Местен UV измервател

Сега, с инсталиран OLED дисплей, можем да свържем батерия и да направим някои дистанционни тестове, използвайки нашия „UV метър“

#define SW_VERSION "UV_Sensor_V.1"

/ * UV сензор */ #дефинира сензорUVPin A0 int dataSensorUV = 0; int indexUV = 0; / * OLED */ #include "SSD1306Wire.h" #include "Wire.h" const int I2C_DISPLAY_ADDRESS = 0x3c; const int SDA_PIN = 0; const int SCL_PIN = 2; SSD1306Wire дисплей (I2C_DISPLAY_ADDRESS, SDA_PIN, SCL_PIN); void setup () {Serial.begin (115200); displaySetup (); } void loop () {readSensorUV (); displayUV (); забавяне (1000); } / * Иницииране и показване на данни за настройка на OLED * / void displaySetup () {display.init (); // инициализира дисплея display.clear (); // Изчистване на дисплея.flipScreenVertical (); // Обърнете дисплея с главата надолу display.display (); // Поставете данни на дисплея Serial.println ("Иницииране на тест за UV сензор"); display.setFont (ArialMT_Plain_24); display.drawString (10, 0, "MJRoBot"); display.setFont (ArialMT_Plain_16); display.drawString (0, 29, "Тест за UV сензор"); display.setFont (ArialMT_Plain_10); display.drawString (0, 52, "SW Ver.:"); display.drawString (45, 52, SW_VERSION); display.display (); забавяне (3000); } / * Прочетете UV сензора в mV и извикайте изчислението на UV индекс * / void readSensorUV () {байт numOfReadings = 5; dataSensorUV = 0; for (int i = 0; i <numOfReadings; i ++) {dataSensorUV+= analogRead (sensorUVPin); забавяне (200); } dataSensorUV /= numOfReadings; dataSensorUV = (dataSensorUV * (3.3 / 1023.0)) * 1000; Serial.println (dataSensorUV); indexCalculate (); } / * Изчисляване на UV индекс * / void indexCalculate () {if (dataSensorUV <227) indexUV = 0; else if (227 <= dataSensorUV && dataSensorUV <318) indexUV = 1; иначе ако (318 <= dataSensorUV && dataSensorUV <408) indexUV = 2; иначе if (408 <= dataSensorUV && dataSensorUV <503) indexUV = 3; иначе if (503 <= dataSensorUV && dataSensorUV <606) indexUV = 4; иначе if (606 <= dataSensorUV && dataSensorUV <696) indexUV = 5; иначе if (696 <= dataSensorUV && dataSensorUV <795) indexUV = 6; иначе if (795 <= dataSensorUV && dataSensorUV <881) indexUV = 7; иначе if (881 <= dataSensorUV && dataSensorUV <976) indexUV = 8; иначе if (976 <= dataSensorUV && dataSensorUV <1079) indexUV = 9; иначе ако (1079 <= dataSensorUV && dataSensorUV <1170) indexUV = 10; else indexUV = 11; } /* Показване на UV стойностите на локалния OLED* / void displayUV () {display.clear (); display.setFont (ArialMT_Plain_16); display.drawString (20, 0, "UV сензор"); display.drawString (0, 23, "UV (mV):"); display.drawString (80, 23, String (dataSensorUV)); display.drawString (0, 48, "UV индекс:"); display.setFont (ArialMT_Plain_24); display.drawString (82, 42, String (indexUV)); display.display (); }

Горният код може да бъде изтеглен от моя GitHun: NodeMCU_UV_Sensor_OLED.ino

Стъпка 5: Инсталиране на DHT22 за измерване на температурата и влажността на въздуха

Един от най -използваните сензори за улавяне на метеорологични данни е DHT22 (или неговият брат DHT11), цифров сензор за относителна влажност и температура. Той използва капацитивен сензор за влажност и термистор за измерване на околния въздух и изплюва цифров сигнал върху извода за данни (не са необходими аналогови входни щифтове).

Сензорът трябва да се захранва между 3.3V и 5V и ще работи от -40oC до +80oC с точност от +/- 0.5oC за температура и +/- 2% за относителна влажност. Важно е също така да се има предвид, че периодът му на наблюдение е средно 2 секунди (минимално време между показанията). Сайтът на Adafruit предоставя много информация както за DHT22, така и за неговия брат DHT11. За повече подробности, моля, посетете страницата с уроци DHT22/11.

DHT22 има 4 пина (обърнат към сензора, щифт 1 е най -ляв):

1. VCC (ще се свържем към 3.3V от NodeMCU);
2. Излизане на данни;
3. Не са свързани и
4. Земя.

След като обикновено ще използвате сензора на разстояния, по -малки от 20 m, трябва да бъде свързан 10K резистор между пиновете Data и VCC. Изходният щифт ще бъде свързан към NodeMCU щифт D3 (вижте диаграмата по -горе). След като сензорът е инсталиран в нашия модул, изтеглете DHT библиотеката от хранилището на Adafruit GitHub и я инсталирайте във файла на вашата библиотека Arduino. След като презаредите вашата Arduino IDE, "DHT сензорната библиотека" трябва да бъде инсталирана.

В началото на кода трябва да включим редовете:

/* DHT22*/

#include "DHT.h" #deteine DHTPIN D2 #deteine DHTTYPE DHT22 DHT dht (DHTPIN, DHTTYPE); плаващ шум = 0; плаваща температура = 0;

Ще бъде създадена нова функция за четене на сензора:

/ * Вземете DHT данни */

void getDhtData (void) {float tempIni = temp; float humIni = бучене; temp = dht.readTemperature (); hum = dht.readHumidity (); if (isnan (hum) || isnan (temp)) // Проверете дали четенето е неуспешно и излезте рано (за да опитате отново). {Serial.println ("Неуспешно четене от DHT сензор!"); temp = tempIni; бум = хумини; връщане; }}

Пълният код, включително UV и DHT сензорите, може да бъде изтеглен от моя GitHub: NodeMCU_UV_DHT_Sensor_OLED

Стъпка 6: Изпращане на данни до ThingSpeak.com

Досега използвахме само NodeMCU ESP12-E като обикновена и обикновена платка Arduino. Разбира се, ние само „надраскахме“реалния потенциал на този грандиозен малък чип и сега е моментът да излетим в небето! Или по -добре към звездите! Ех… към облака!;-)

Нека да започнем!

1. Първо, трябва да имате акаунт в ThinkSpeak.com
2. Следвайте инструкциите, за да създадете канал и вземете под внимание идентификатора на канала си и API за запис на ключ
3. Актуализирайте кода по -долу с вашата WiFi мрежа и идентификационни данни на Thinkspeak
4. Стартирайте програмата на IDE

Нека коментираме най -важните части на кода:

Първо, нека да извикаме библиотеката ESP8266, да определим WiFi клиента и да определим вашите локални идентификационни данни за маршрутизатор и Thinkspeak:

/* ESP12-E & Thinkspeak*/

#include WiFiClient клиент; const char* MY_SSID = "ТВОЯТ SSD ID ТУК"; const char* MY_PWD = "ВАШАТА ПАРОЛА ТУК"; const char* TS_SERVER = "api.thingspeak.com"; String TS_API_KEY = "ВАШИЯ КАНАЛ ЗА ЗАПИСВАНЕ НА КЛЮЧ НА API";

Второ, нека включим една много важна библиотека за IoT проекти: SimpleTimer.h:

/ * ТАЙМЕР */

#include SimpleTimer таймер;

Трето, по време на setup () ще инициираме серийна комуникация, ще извикаме функцията connectWiFi () и ще определим таймерите. Обърнете внимание, че редът на кода: timer.setInterval (60000L, sendDataTS); ще извиква функцията sendDataTS () на всеки 60 секунди, за да качва данни в канала ThinkSpeak.

void setup ()

{… Serial.begin (115200); забавяне (10); … ConnectWifi (); timer.setInterval (60000L, sendDataTS); …}

И накрая, но не на последно място, по време на цикъла (), единствената необходима команда е да инициира таймера и това е всичко!

void loop ()

{… Timer.run (); // Инициира SimpleTimer}

По -долу можете да видите двете важни функции, използвани за работа с Thinkspeak комуникация:

ESP12-E връзка с вашата WiFi мрежа:

/***************************************************

*Свързване на WiFi *********************************************** ***/ void connectWifi () {Serial.print ("Свързване към"+*MY_SSID); WiFi.begin (MY_SSID, MY_PWD); while (WiFi.status ()! = WL_CONNECTED) {забавяне (1000); Serial.print ("."); } Serial.println (""); Serial.println ("WiFi свързан"); Serial.println (""); }

ESP12-E изпраща данни към ThinkSpeak:

/***************************************************

*Изпращане на данни към Thinkspeak Channel ****************************************** ******/ void sendDataTS (void) {if (client.connect (TS_SERVER, 80)) {String postStr = TS_API_KEY; postStr += "& field1 ="; postStr += String (dataSensorUV); postStr += "& field2 ="; postStr += Низ (indexUV); postStr += "& field3 ="; postStr += Низ (temp); postStr += "& field4 ="; postStr += Низ (бръмчене); postStr += "\ r / n / r / n"; client.print ("POST /актуализиране на HTTP /1.1 / n"); client.print ("Хост: api.thingspeak.com / n"); client.print ("Връзка: затвори / n"); client.print ("X-THINGSPEAKAPIKEY:" + TS_API_KEY + "\ n"); client.print ("Тип съдържание: application/x-www-form-urlencoded / n"); client.print ("Content-Length:"); client.print (postStr.length ()); client.print ("\ n / n"); client.print (postStr); забавяне (1000); } изпратен ++; client.stop (); }

Пълният код може да бъде намерен на моя GitHub: NodeMCU_UV_DHT_Sensor_OLED_TS_EXT

След като качите кода във вашия NodeMCU. Нека свържем външна батерия и направим известно измерване под слънцето. Слагам Remote Station на покрива и започвам да записвам данни на ThingSpeak.com, както е показано на снимките по -горе.

Стъпка 7: Заключение

Както винаги, надявам се този проект да помогне на другите да намерят своя път във вълнуващия свят на електрониката!

За подробности и окончателен код, моля, посетете моя депозитар на GitHub: RPi-NodeMCU-Weather-Station

За повече проекти, моля, посетете моя блог: MJRoBot.org

Останете на линия! Следващият урок ще изпратим данни от отдалечена метеорологична станция до централна, базирана на уеб сървър на Raspberry Pi:

Поздрави от юга на света!

Ще се видим в следващата ми инструкция!

Благодаря ти, Марсело