iОнлайн
Уличная метеостанция своими руками
Всем привет! Судя по отзывам на 3D today читателям очень понравились мои часики на индикаторах ИН-14 со встроенной самодельной метеостанцией. Народ просит схемы и статью по реализации этого проекта. Но перед тем как писать такую статью я решил поделиться с вами проектом отдельной метеостанции. Хотя бы по тому, что этот проект, пускай и в расширенном варианте стал частью проекта часов.
Проект не претендует на оригинальность. Не является полностью моей разработкой, он является результатом творческого поиска и объединением для решения поставленной задачи проектов других людей, модифицированных и доработаных до состояния, подходящего для реализации моего проекта.
Не буду тянуть кота за хобот. К делу!
Не помню, говорил я раньше или нет, но 3Д печать никогда не была для меня конечной целью, 3Д принтер изначально покупался для того, чтобы упростить мое творчество и автоматизировать часть процессов, например изготовление пластиковых корпусов или других деталей. Но сам процесс менять так увлек, что самоделки начали отходить на второй план. Но тем не менее, они имеют место быть.
Для начала отвечу на вопрос зачем?
Дело в том, что более года назад я переехал жить за город. А загородная жизнь не только существенно расширила площадь моей мастерской, но и обременила цкрым рядом задач.
Например, если раньше, мне достаточно было взглянуть на метеостанцию, чтобы понять как лучше одеться, то теперь такой фокус не проходит. Удобное расположение метеостанции и удобное расположение датчиков никак не вязались. Да и метеостанция с тремя датчиками для загородного дома, в котором нужно мониторить климат для настройки отопления, была слишком ограничена.. Просто мало датчиков. Тем кто живет в квартирах, будет сложно понять цель данного проекта, а вот те у кого есть свой дом, либо по долгу службы занимаются мониторингом климатических условий, меня поймут.
В итоге хочешь, не хочешь, а для комфорта и экономии энергоресурсов стало необходимо строить некое подобие умного дома, одной из задач которого стал бы мониторинг климата как в доме так и снаружи.
В виду того, что по сути, за исключением некоторых нюансов, сбор информации о климате как в доме, так и за его пределами в принципе одинаков, то я начал с простого – с уличной метеостанции.
Естественно, велосипед изобретать во второй-третий… хрен знает какой раз бессмысленно, то задачу я решил решать с минимальным количеством сил, нервов и денег. Но чтобы это было качественно.
Аппаратная часть
И так, в современном мире, практически все “умные” устройства у нас общаются по Wifi, а в довесок к тому, что к месту установки тащить какие-либо сети связи мне крайне не хотелось, то выбор в пользу WiFi стал очевиден, да и использовать какие-либо другие беспроводные сети нецелесообразно, т.к. у меня весь у. Соответственно базой для нашей платформы должен стать микроконтроллер, который уже имеет на борту этот самый wifi. А что приходит на ум? Правильно, ESP8266. Можно и ESP32 использовать. Вот только смысла в более мощном микроконтроллере нет.
Самым бюджетным и безгеморойным решением в данном случае является использование модулей WEMOS D1 Mini. Необходимое количество выводов есть и отлично. Для данного проекта я использовал модуль Wemos D1 mini от продавца Greatwall (резерв). Можно было бы использовать модули от RobotDyn. Но у меня с ними что-то не срослось. Ну и ладно. Экономия – это всегда приятно 🙂
Можно было заморочиться и вообще взять модуль ESP-12E, однако, сэкономить ни деньги, ни время таком извращении не получилось бы, да и вопрос компактности устройства стоит не так остро. точнее не стоит никак 🙂
Мозги есть. Теперь давайте определимся что мы будем измерять? Необходимо измерять температуру и влажность на улице. А так как мы делаем не комнатный датчик, а уличный, то пускай диапазон измеряемых температур будет лежать в пределах от – 35 градусов до +40 градусов и диапазон измерения вражности от 0 до 100. не хотелось усложнять схему и использовать несколько датчиков, поэтому хотелось использовать один датчик для измерения и температуры и влажности. Но среди всех известных мне датчиков, только один удовлетворяет нашим требованиям, это датчик DHT22. Внимание, датчик DHT11 не подойдет, т.к. не измеряет отрицательные температуры!
Ну собственно по основному функционалу и все. Устройство практические примитивное. Остался только один вопрос. А как запитать это устройство? На святом духе оно работать не станет. В виду того что с местом размещения метеостанции был электрощит, то оказалось проще всего питать его от напряжения в 220 вольт через миниатюрный блок питания.
Относительно блоков питания, было два варианта
Из этих двух блоков питания я выбрал модель от MeanWell. Да он дороже. Но диапазон температур эксплуатации у него шире. Соответственно шансов выжить в жестких условиях эксплуатации у него намного больше. Да и опять таки MeanWell это хороший качественный бренд за адекватные деньги. тем более, мы имеем дело с высоким напряжением и перестраховаться не повредит. Пожар нам точно не нужен.
Схема электрическая
С основными компонентами мы разобрались. В виду того, что предполагается использовать готовые модули, то схема самого устройства будет довольно простой и потребует минимум рассыпухи.
Схема настолько простая, что думаю, лучше не тратить много времени на ее описание. Делать я все решил надежно. На печатной плате, тем более что к этому обязывает применение блоков питания, предназначенных для монтажа на плату. Плата выглядит следующим образом:
Плата проектировалась в программе SprintLayout.
Если кратко описать саму плату то получается следующее:
- Напряжение притания через предохранитель попадает на блок питания (AC/DC) преобразователь. Где преобразуется в постоянное напряжение 5 Вольт.
- С блока питания напряжение питания подается к модулю Wemos DiMini
- К модулю Wemos D1 Mini подключен датчик DHT22 к выводу D5. При этом, для защиты в цепь установлен резистор на 100 ом.
- Вывод данных датчика DHT22 подтянут к напряжению 3,3 В через резистор 10 кОм.
- В цепи питания датчика установлен керамический конденсатор на 0,1 мкФ.
- К выводу c напряжением 3,3 В на модуле Wemos D1 mini через резистор 330 ОМ подключен светодиод LED1. Его свечение свидетельствует о нормальной работе стабилизатора на модуле D1 mini.
- К выводу D6 через резистор 330 ОМ подключен светодиод LED2. Логика диода настраивается программно в прошивке.
- К выводу D7 через резистор 330 ОМ подключен светодиод LED3. Логика диода настраивается программно в прошивке.
- К выходу с блока питания через резистор 330 ОМ подключен светодиод LED3. Его свечение свидетельствует о нормальной работе блока питания и о том, что устройство подключено к сети 220 вольт.
- Неиспользуемые выводы D1 и D2 подтянуты к напряжению питания 3,3в через резисторы 10 кОм
Таким образом, кроме описанных модулей для реализации схемы нам понадобится следующее:
| Наименование | Количество | Резервная ссылка |
| Стеклотекстолит фольгированный | 1 лист | Стеклотекстолит фольгированный |
| Резистор 10 кОм | 3 шт | Резистор 10 кОм |
| Резисторы 330 ОМ | 4 шт | Резисторы 330 ОМ |
| Резисторы 100 ОМ | 1 шт | Резисторы 100 ОМ |
| Конденсатор емкостью 0,1 мкФ | 1 шт | Конденсатор емкостью 0,1 мкФ |
| Предохранитель на 220В 2А | 1 шт | Предохранитель на 220В 2А |
| Панелька для предохранителя | 1 шт | Панелька для предохранителя |
| Клеммник винтовой на 3 вывода | 1 шт | Клеммник винтовой на 3 вывода |
| Клеммник винтовой на 2 вывода | 1 шт | Клеммник винтовой на 2 вывода |
| Светодиод диаметром 5мм | 4 шт | Светодиод диаметром 5мм |
Ссылки практически на все компоненты я дал. А вот предохранитель и панельку для него Вам придется поискать самостоятельно. На плате отверстия проектировались под предохранитель 5*20.
Теперь поговорим о корпусе. Поскольку мы имеем дело с, мягко говоря, не очень благоприятными условиями эксплуатации, а так же с высоким напряжением, то выбирать корпус для платы необходимо особо тщательно. В итоге выбор пал на корпус G212C, который приобретался в местном магазине Чип и дип. Почему этот корпус? Все просто. Соответствие стандарту IP65 и диапазон эксплуатации от -60 до +125 градусов. Такой корпус должен надежно защищать устройство.
В данный корпус необходимо завести 2 кабеля. Один для подключения датчика DHT22, второй для подключения напряжения питания 220В. Для того чтобы не свети на нет защищенность корпуса на него были установлены два кабельных ввода PG7 класса защиты IP68 .
Указанная плата не маленькая. Да. Но такой она делалась специально, чтобы прекрасно разместиться в корпусе устройства и крепиться на предусмотренные для этого винты.
Плату я изготавливал на ЧПУ станке CNC 3018. Получилось вот так:
После гравировки обрабатываем плату, проверяем чтобы небыло никаких КЗ и неприятных сюрпризов. И после этого рассверливаем крепежные отверстия по углам.
Теперь самое время запаять все компоненты, кроме блока питания.
Самое время подключить питание и проверить работоспособность нашего устройства. Я намеренно не паял блок питания, чтобы проверить жизнеспособность схемы.
Все хорошо? Все работает? Тогда поехали дальше.
Как дальше? Как проверять? А де прошивка? Спросите вы. Погодите. Про прошивку я расскажу чуть позже.
Плату мы проверили. Все работает. Теперь смело впаиваем блок питания и устанавливаем предохранитель.
Теперь подаем на вход 220 Вольт и снова проверяем!
Делаем все предельно аккуратно! Внимание! Высокое напряжение, опасное для жизни!
Теперь займемся гидроизоляцией. Покроем плату специальным защитным составом 3M SCOTCH 1601, известный под названием “Жидкая изолента”.
Однако, перед этим, заклеиваем малярным скотчем все контакты. Заклеиваем тщательно, т.к. состав очень текучий и проникает в любые щели.
Так выглядят платы, покрытые защитным составом.
Рекомендую не жалеть состава и покрыть плату по 3-4 раза с каждой стороны.
Теперь самое время просверлить в корпусе отверстия и установить кабельные вводы PG7. Места где вводы PG7 с внутренней стороны примыкают к корпусу рекомендую замазать герметиком чисто на всякий случай. А после этого, установить плату на ее законное место.
Для дополнительной защиты от конденсата я разместил внутри корпуса пакетик с силикагелем. Такой лайфхак я подсмотрел у производителя систем видеонаблюдения hilink.
А около выводов клемника к которому будет подключаться датчик температуры и влажности кривыми ручонками нанес распиновку.
Внешний модуль
Ну а теперь кое-что поинтереснее. Это внешний модуль метеостанции. Просто повесить датчик на какую-то поверхность или оставить болтаться на проводе – это плохая идея.
А знаете ли вы как располагаются метеорологические датчики температуры и влажности? Используют специальные вентилируемые корпуса на подобие вантузов. Белого цвета. Вот мне и захотелось, сделать все по красоте. На thingiverse я нашел интересный проект “DHT22 TEMPERATURE HUMIDITY SHELTER” от автора NEO BUILDER.
Как видно по рендеру, это тот самый метеорологический вантуз. Проект разрабатывался как раз для датчика DHT22. Так что это оказалось то что мне нужно. Порадовало, что кроме STL файлов в архиве с проектом оказалась подробная инструкция по сборке данного корпуса. В итоге именно этот проект я и решил реализовать так сказать в пластике. Для печати использовался пластик PETG от компании ABSmaker, если интересно, вот статья про него “PETG пластик от компании ABSMaker. Краткий обзор и отзыв“. Естественно, печаталась модель из белого пластика.
И вот что у меня получилось:
Корпус печатается из большого количества элементов, а потом собирается на 3 шпильки М4. Для сборки я специально приобрел шпильку из нержавейки и гайки тоже из нержавейки. Делал это чтобы в будущем на корпусе не появились ржавые пятна.
Однако, тут возникла другая проблема. Как надежно закрепить датчик, чтобы провода не оторвались. И все хорошо держалось. В итоге пришлось сделать специальную панельку, к которой был припаян датчик и провод от него.
В итоге, датчик был приклеен и припаян к панельке. К панельке был припаян провод. Потом на места пайки был нанесен слой защитного гидроизоляционного состава. Вот такого:
Ну а после этого, с помощь маленького самореза и и изоленты, датчик был закреплен внутри корпуса.
Прошивка
Устройство готово. Осталось его прошить и смонтировать. Начнем с прошивки. Как я уже говорил выше, то желания изобретать велосипед у меня не было. И смыла изобретать его тоже не было.
Я уже довольно давно работаю с альтернативной прошивкой для датчиков Sonoff, которая называется Tasmota. Я устанавливаю эту прошивку на модули умного дома Sonoff. Эта прошивка прекрасно работает по MQTT с моим сервером умного дома. Задача по мониторингу температуры и влажности для этой прошивки более чем тривиальная. При этом не нужно собирать какой-то кастомный билд прошивки. Берем готовую прошивку и заливаем. Хочешь из hex файла, хочешь, компилируешь в среде arduino ide и заливаешь.
Для тех кому не нравится Tasmota, можете использовать проект espeasy. С этой прошивкой тоже все будет работать, но опыта ее использования у меня практически нет.
Проще говоря, положительный опят использования прошивки Tasmota, а так же нежелание разводить зоопарк из рахных прошивок заставили меня выбрать именно Tasmota. Просто потому что остальные девайсы уже на ней прекрасно работают. И модули управления светом и модули открывания/закрывания ворот.
Не вижу большого смысла описывать все нюансы прошивки, которая используется в готовом виде. Просто прикладываю скрины со своими настройками:
Вот такие вот параметры были выставлены у меня. После полной сборки проекта необходимо было переходить к монтажу.
Монтаж
Закончил проект я где-то в конце ноября-начале декабря. На улице было довольно прохладно и о том, чтобы лазить на столб не было и речи. Да и случить чего, ремонт проводить было бы неудобно. В итоге окончательно решил расположить метеостанцию на старом сарае.
Внутренний блок был закреплен по классике, на черные саморезы внутри сарая на стене, рядом с электро щитком, в котором уже стоит 3 модуля Sonoff Basic, которые управляют частью освещения во дворе.
Ну а для внешнего модуля из обрезка трубы подходящего диаметра и другого мусора был сварен кронштейн, на который и был установлен внешний модуль. Получилось вот так:
Итоги и выводы
Что же я получил в итоге? Я получил вполне годную метеостанцию, созданную с минимальными затратами как сил так и времени. Теперь я могу всегда получать актуальную информацию о температуре и влажности на улице.
Причем не только через Web интерфейс самого модуля, но и в любой момент видеть эту информацию на экране своего телефона (iphone, через встроенное приложение “дом”).
Прошла зима. По крайней мере календарная зима. И что вы думаете? Живет и работает! без всяких проблем. Мои опасения оказались напрасны.
Понимаю, найдутся критики, которые скажут что можно было сделать как-то иначе, но на это я скажу лишь одно:
Это устройство я делал для себя. При этом хотел сделать его минимальными силами и как можно проще. На мой взгляд, это у меня получилось. А так же получилось именно то устройство, которое я задумывал. Оно меня полностью устраивает, чему я очень рад.
Данная статья писалась с целью поделиться приобретенным опытом, а так же своим вариантом реализации проекта уличной метеостанции :). Так что, кому интересно, берите на заметку подобное устройство.
Источник
