Делаем прототип домашней метеостанции за 10 долларов
Текст может содержать и наверняка содержит грамматические, орфографические, пунктуационные и другие виды ошибок, включая смысловые. Я всячески прошу читателей указывать на эти ошибки и поправлять меня посредством личных сообщений.
Базовый набор комплектующих
Основой нашего будущего устройства является отладочная плата NodeMCU на базе модуля ESP8266. Я взял ее на Gearbest, но при желании вы можете поискать оную и на других площадках.
ESP8266 — это микроконтроллер китайского производителя Espressif с интерфейсом Wi-Fi. Модули на базе этого микроконтроллера в последнее время попросту взорвали DIY сообщество, в первую очередь из-за низкой цены (от 2-х долларов) и легкой доступности. Используемая нами NodeMCU содержит на борту необходимый для прошивки USB-UART преобразователь и стабилизатор питания, который понижает 5 Вольт от USB-порта до необходимых модулю 3.3 Вольт.
DHT22 — цифровой датчик температуры и влажности. Является вторым необходимым компонентом для создания базового прототипа. Способен измерять температуру в пределах от -40 до 80 градусов по Цельсию с погрешностью в 0.5° и влажность с точностью 2%.
Для соединения модулей можно использовать шлейф с BLS-разъемами ($0.9) или беспаечную макетную плату с набором соединительных проводов ($3.74).
Подключение и настройка
Несмотря на доступные 4 вывода, подключается наш датчик всего по 3 проводам: питание +5В (1 вывод), земля (4) и линия передачи данных (2). Питание для датчика берем либо с пина VUSB, либо с 3V, если первого на вашей плате не оказалось. Линию данных подключаем к порту GPIO14 (пин D5).
Напомню, что навыков программирования в нашем случае не нужно абсолютно никаких. Прошивку для модуля будем генерировать с помощью сайта WiFi-IoT.ru, автором которого является Максим Малкин, также известный по проекту домашней автоматизации homes-smart.ru. Для начала попросту регистрируемся на WIFi-IoT и подтверждаем почту.
Перед сборкой прошивки необходимо подготовить приобретенный модуль к работе и очистить его от возможного предустановленного китайского ПО. Для этого нам понадобится рабочий USB-microUSB кабель и компьютер или виртуальная машина с Windows. После регистрации на сайте вы попадете на англоязычную страницу «Getting started» с пояснениями по подготовке модуля к работе. Скачивайте файлы с ПО из первых двух пунктов инструкции.
Снимок экрана 2016-07-26 в 21.35.58
Теоретически, после подключения модуля к компьютеру, Windows должна сама отыскать драйвера и установить их. На случай, если этого не произойдет, попробуйте идентифицировать на плате микросхему (отличается большим количеством «ножек») возле microUSB порта. Вероятнее всего это будут CP2102 или CH340 (драйвера к ним доступны по ссылкам).
После установки драйверов повторно подключаем нашу плату к компьютеру и запускаем программу NodeMCU Flasher, которую скачали ранее. В выпадающим списке выбираем присвоенный нашему устройству COM-порт. Скорее всего он будет один, в противном случае его номер можно уточнить в диспетчере устройств Windows. Во вкладке Config указываем расположение загруженного ранее blank-файла с расширением .bin.
Для NodeMCU параметры во вкладке Advanced необходимо выставить в соответствии с нижеприведенным скриншотом, после чего возвращаемся на стартовую страницу и нажимам кнопку Flash. О завершении процесса прошивки программа просигнализирует зеленой галочкой в левом нижнем углу.
После данных манипуляций модуль готов к загрузке прошивки, которую нам еще предстоит скомпоновать. Идем в конструктор и отмечаем необходимые нам пункты:
- «DHT22» — это наш датчик температуры и влажности;
- «Время и NTP» — для отображения времени в веб-интерфейсе;
- «Настройки по умолчанию». Нажимаем шестеренку возле этого пункта и вводим логин и пароль от точки доступа, к которой будет подключен модуль. Остальные пункты пока не трогаем.
Нажимаем клавишу «Скомпилировать» внизу страницы и на выходе получаем готовое к установке ПО. Скачиваем одним файлом.
Далее повторяется процесс с прошивкой blank-файла, только вместо него выбираем уже загруженную на компьютер прошивку. После завершения процесса полностью перезагружаем модуль (отключаем и подключаем заново USB-кабель) и отправляемся в админ-панель роутера в поисках модуля. Так как мы не использовали предварительное присвоение статического IP, роутер должен сам выдать ему адрес. Напомню, что админ-панель обычно находится по адресу 192.168.0.1 или 192.168.1.1. Моему модулю роутер выдал адрес 192.168.1.142. После перехода по этому IP попадаем в веб-интерфейс нашей метеостанции. Предварительно необходимо будет ввести стандартный логин «esp8266» и пароль «0000» во всплывающем окне.
Теперь нужно указать модулю к какому порту подключен датчик, чтобы первый смог считывать его показания. Делается это на странице «Hardware». Соответствующей отметкой активируем первый датчик, а в строке GPIO указываем 14-й порт. Произойдет инициализация и на главной странице интерфейса появится отображение температуры и влажности. Ура!
Напоследок не забудьте на странице «Main» изменить пароль для входа в систему и часовой пояс для отображения времени. Также необходимо перевести модуль на статический IP-адрес (кнопка внизу страницы), чтобы после перезагрузки роутера ваша метеостанция не «потерялась». Если разбираетесь в настройках своего роутера, то лучше сделать бессрочную аренду IP-адреса для модуля, вместо установки статического IP.
Прототип готов, теперь перейдя по установленному IP-адресу можно посмотреть температуру и влажность в месте, где вы установили датчик.
Подключение метеостанции к сервису метрик Thingspeak.com
Но просто смотреть температуру не интересно. Необходима визуализация данных, чтобы можно было проследить какие-то тенденции в изменении показаний. Для этого регистрируемся в сервисе метрик Thingspeak.com и в своем профиле создаем новый канал.
На открывшееся странице заполняем название канала, отмечаем первых два поля field и записываем туда значения «temp» (первое поле) и «humidity / temp» (второе).
Теперь снова займемся модулем. В конструкторе прошивок в дополнение ко всем предыдущим отметкам добавляем «Thingspeak.com», компилируем прошивку и прошиваем по аналогии. К сожалению, все настройки на модуле придётся произвести заново, т.к. OTA-обновления с сохранением оных доступны только в платной версии ПО (цена вопроса всего 100 рублей на модуль).
Возвращаемся на страницу созданного нами канала в сервисе Thingspeak.com и открываем вкладку «Api Keys». Нам понадобится код из поля «Write Api Key». Его нужно скопировать и вставить в соответствующее поле на странице «Servers» в веб-интерфейсе нашей метеостанции, предварительно не забыв установить отметку на «Enable Thingspeak.com send.».
Показания будут отправляться каждые 5 минут. А выглядеть это в итоге будет следующим образом:
Внешний вид графиков поддается редактированию, так что вы вольны творить! 🙂
Итоги
Наверное кто-то спросит: «Почему итоговый результат отличается от представленного на приведенной выше и заглавной картинках?». Как минимум потому, что информации в этом материале новичкам в теме точно хватит на вечер-другой, а подключение дисплея и барометра потребуют наличия базовых навыков пайки и соответствующего оборудования. Если вы заинтересованы в дальнейшем совершенствовании метеостанции и моих заметках по этой теме, то обязательно напишите об этом в комментариях. Советую также периодически заглядывать в мой личный блог, где, возможно, материалы по данной тематике будут появляться раньше.
Источник
Метеорологические приборы своими руками
- Главная
- Список секций
- Техническое творчество и изобретательство
- Самодельные приборы для измерения изменений погоды
Самодельные приборы для измерения изменений погоды
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Я живу в селе Намцы. Учусь в 3-м классе. Недавно мы всем классом участвовали в проекте «Как составляют прогноз погоды». В ходе проекта мы узнали, что первая метеорологическая станция была построена в Санкт-Петербурге по указу императора Николая II . Также выявили, чем занимаются метеорологи и синоптики, нашли народные приметы, познакомились с приборами для измерения изменений погоды, начали вести дневник наблюдений за погодой. После мы пошли на экскурсию в метеорологическую станцию села Намцы, где мы своими глазами увидели и потрогали приборы, работник метеостанции рассказал и показал, как они работают. Раньше все делали вручную и работать на станции было тяжело, но сейчас уже есть электронное оборудование, которое фиксирует изменения каждую минуту и всё это видно на компьютере.
Как нам сказали, предсказывать погоду сложно, потому что есть много факторов, влияющих на погоду. Не всегда показания синоптиков оказываются верными, зато старики знают много народных примет. Старики говорят, что все деревья реагируют на погоду: перед ненастьем чешуйки шишек хвойных деревьев плотнее прижимаются друг к другу, а в сухую погоду, наоборот, раскрываются, отчего шишка становится ершистой. Также срубленные ветки деревьев могут выпрямиться или наоборот загнуться.
После всего увиденного и услышанного мне захотелось хоть немного научиться предсказывать погоду. Конечно, я мог бы прослушать прогноз погоды, но гораздо интереснее оказалось сделать своими руками прибор, который покажет изменение погоды, и пронаблюдать его действие.
Цель моей работы – наблюдение за погодой с помощью самодельных приборов.
Изучить литературу по данному вопросу;
Изготовить самодельные приборы для измерения погоды;
Понаблюдать за работой самодельных приборов.
Что такое погода?
Ничто не влияет так заметно на жизнь каждого из нас, как погода. От ее капризов не было защиты у наших предков, нет ее и у нас. В повседневной жизни мы видим, что погода влияет на наше самочувствие, обостряет наши болезни, командует, как нам одеваться, выходя из дома, регулирует работу транспорта, определяет урожаи, нарушает ритм жизни целых государств, из-за засух, наводнений и смерчей. Поэтому, уже с древних времен человек искал способы предсказания будущей погоды.
В энциклопедии написано: «Погода – это состояние атмосферы в какой-то физический момент или отрезок времени, характеризующееся совокупностью метеорологических величин и явлений».
Характеризуют погоду или с помощью приблизительных, упрощённых, обобщающих терминов (облачная, дождливая, тёплая, сухая, жаркая, холодная, ветреная, сырая), или всей совокупностью значений метеорологических величин (например: полная облачность, дождь, ветер северный, температура воздуха 10ºС и т.д.
Впервые измерить атмосферное давление удалось итальянскому учёному Эванджелисту Торричелли, ученику Галилея в XVII веке.
Опыт Торричелли состоит в следующем: стеклянную трубку длиной около 1м, запаянную с одного конца, наполняют ртутью. Затем, плотно закрыв другой конец трубки, её переворачивают, опускают в чашку с ртутью и под ртутью открывают конец трубки. Часть ртути при этом выливается в чашку, а часть её остаётся в трубке. Высота столба ртути, оставшейся в трубке, равна примерно 760 мм. Атмосфера давит на поверхность ртути в чашке. Ртуть находится в равновесии. Значит, давление в трубке равно атмосферному давлению. Если, например, атмосферное давление равно 740 мм рт. ст. , то это значит, что воздух производит такое же давление, какое производит вертикальный столб ртути высотой 740 мм.
Повторить опыт Торричелли не можем, т.к. ртуть – ядовитая жидкость, но можно изготовить много разных приборов, реагирующих на изменение атмосферного давления и влажности воздуха.
Из истории наблюдения за погодой
Уже в далеком прошлом человек понял, что наблюдать погоду весьма важно. Однако без научных исследований он был не в состоянии понять процессы, от которых погода зависит. Поэтому метеорология развивается параллельно с развитием метеорологических приборов. Принято считать, что метеорология как наука зародилась в 1643 году, с изобретением барометра. Примерно в то же время, что и барометр, был изобретен (вероятно, Галилеем) первый жидкостный термометр , а также первый гигрометр , в котором использовался человеческий волос (растягивающийся в зависимости от степени влажности воздуха), для измерения атмосферной влажности.
Три основные характеристики атмосферы — давление , температура и влажность — можно было теперь измерять. И ученые для начала решили установить связь между ними и другими атмосферными явлениями: ветром, градом, солнечным освещением и облаками.
Метеорологические станции стали появляться лишь в 19 веке. В это же время стала вестись непрерывная регистрация температуры воздуха. В наш век число метеорологических станций составляет десятки тысяч. Сотрудники метеослужб достоверно предсказывают погоду благодаря современным сложным приборам.
Но даже сейчас некоторые метеорологи признают ценность народных примет.
Народные приметы о погоде
По центральным каналам телевидения и в интернете достаточно информации о том, какая ожидается погода в ближайшие сутки, но делать прогноз на то, какая будет погода осенью довольно проблематично, так как даже предположения на длительный срок в конечном итоге меняются. Зато неизменным остаются народные приметы, приносящие достоверную информацию уже не один десяток лет, хотя большая часть наблюдений и примет со временем искажаются из-за глобального потепления, катаклизмов и прочих природных явлений, которые влияют на климат планеты.
Какие бывают приметы о погоде?
Лето дождливое – зима снежная
Тёплая осень – к долгой зиме.
Снежная зима – к затяжной весне.
Вечерняя радуга – к хорошей погоде.
Серенькое утро – красненький денёк
На Казанскую (21 июля) всегда гроза бывает.
На Татьяну (25 января) солнце – к раннему прилёту птиц, если снег – к дождливому лету, а мороз и солнце – к хорошему лету.
Облака. Высокие кучевые облака – к хорошей ясной погоде. Небо в барашках – к ненастью.
Осадки. Пушистый иней – к хорошей ясной погоде, к морозу. Снег идёт большими хлопьями – к ненастью, к оттепели.
Ветер. Сильный ветер днём и прекращение к вечеру – к хорошей ясной погоде. Ветер усиливается к вечеру – к ненастью.
Растения. Одуванчики плотно сжимают свою пушистую шапку – к ненастью.
Животные. Птицы перед теплом садятся на верхушки деревьев. Зайцы держатся около жилья к морозам. Ласточки летают низко над землёй – к дождю.
Скептики могут утверждать, что много старых народных примет о погоде ошибаются. Но этому есть логическое объяснение: наши предки создавали приметы в другие климатические эпохи. В частности, на славянских землях еще несколько столетий назад зимы были более суровые, а лето и весна – не такие жаркие, как сегодня.
Для создания своей домашней метеостанции я решил изготовить и приобрести следующие приборы:
Этот прибор мы приобрели в магазине. В продаже есть различные модели, которые могут показывать самую высокую и самую низкую температуру за сутки. Установили термометр в безопасном месте в тени.
Этот прибор позволял мне измерить количество осадков, выпавших за сутки в миллиметрах. Для этого я разрезал прозрачную пластмассовую бутылку, и, перевернув верхнюю часть, вставил ее в нижнюю. Собранные осадки не будут испаряться.
По нему мы измеряем влажность воздуха. Мы взяли шишку, прикрепили к ней проволоку. Когда она раскрытая — то влажность воздуха ниже (сухая). А когда шишка сжимается, то влажная и скоро пойдет снег или дождь. Это приспособление мне понадобится летом.
Этот прибор для определения давления.
Я взял стеклянную банку, воздушный шарик. Срезал часть шарика с отверстием для надувания. Оставшуюся часть шарика натянул на банку. Плотно закрепил шарик на горловине банки с помощью канцелярской резинки. Взял бамбуковую шпажку и приклеил к шарику так, чтобы край немного не доходил до середины горловины банки. Взял лист картона и сложил его, получилась треугольная фигура. На картоне расчертил графу по которой фиксируются показания. Поставил прибор на ровное место, так чтобы шпажка находилась в строго горизонтальном положении.
Каждый день утром обходил свои приборы и записывал их показания. Делал это весь март, а затем сравнивал с официальным прогнозом погоды.
Наблюдения за показаниями приборов.
Дневник наблюдений за погодой своими приборами.
Источник
