Az IoT Made Easy: Távoli időjárási adatok rögzítése: UV és a levegő hőmérséklete és páratartalma: 7 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-02-01 14:40

Ebben az oktatóanyagban távoli adatokat rögzítünk UV (ultraibolya sugárzás), léghőmérséklet és páratartalom formájában. Ezek az adatok nagyon fontosak lesznek, és felhasználásra kerülnek egy jövőbeni komplett meteorológiai állomáson.

A blokkdiagram megmutatja, hogy mit fogunk kapni a végén.

1. lépés: BoM - Bill of Material

NodeMCU (ESP8266-12E) - 9,00 USD

Páratartalom és hőmérséklet érzékelő (DHT22) - 10,00 USD

UV -érzékelő - 4,00 USD

OLED USD 12.00

Kenyeretábla - 1,00 USD

2. lépés: Az analóg UV -érzékelő

Ez az UV-érzékelő a fényérzékelő spektrumon található ultraibolya sugárzással arányos analóg kimenetet generál. UV fotodiódát használ (Gallium Nitride alapján), amely képes érzékelni a 240-370 nm fénytartományt (amely lefedi az UVB-t és az UVA spektrum nagy részét). A fotodióda jelszintje nagyon kicsi, a nano-amper szintben, ezért a modul beépített egy operációs erősítőt, hogy a jelet olvashatóbb voltszintre (0-1V) erősítse.

Az érzékelő és az erősítő tápellátható, ha a VCC-t 3.3VDC-re (vagy 5VDC-re), a GND-t pedig a földre csatlakoztatja. Az analóg jel az OUT érintkezőből szerezhető be.

A kimenet millivoltban lesz, és a NodeMCU analóg bemenete fogja olvasni. Olvasás után "konvertálni" (vagy "leképezni") kell, hogy az értékeket jobban kezelje a kód. Ezt a readSensorUV () függvénnyel tehetjük meg:

/ * Olvassa el az UV -érzékelőt mV -ban, és hívja fel az UV -index számítását */

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

Ha megvannak az UV adatok, könnyen kiszámíthatjuk az UV indexet a fenti táblázat szerint. Az indexCalculate () függvény megteszi helyettünk:

/ * UV -index kiszámítása */

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

3. lépés: A kijelző felszerelése: OLED

Tesztelés céljából egy OLED -et fogunk elhelyezni az UV -mérőnkön (ez a lépés teljesen opcionális).

A tesztek során rendben van a soros monitor használata, de mi történik, ha a prototípusokat távol használja a számítógéptől önálló módban? Ehhez telepítsünk egy OLED kijelzőt, az SSD1306 -ot, amelynek fő jellemzői a következők:

• Kijelző mérete: 0,96"
• I2C IIC SPI sorozat
• 128X64
• Fehér OLED LCD LED

Kövesse az elektromos diagramot, és csatlakoztassa az OLED 4 tűjét:

• A VCC 3.3V -ra megy
• A GND a földre megy
• Az SCL a NodeMCU -ba megy (GPIO 2) ==> D4
• Az SDA a NodeMCU -ra megy (GPIO 0) ==> D3

Miután csatlakoztattuk a kijelzőt, töltsük le és telepítsük könyvtárát az Arduino IDE -re: a Daniel Eichhorn által kifejlesztett "ESP8266 OLED Driver for SSD1306 display" (Győződjön meg róla, hogy a 3.0.0 vagy újabb verziót használja!).

Telepítse a könyvtárat az Arduino IDE -re, amely megtalálható az SSD1306Wire.h webhelyen

Az IDE újraindítása után a könyvtárat már telepíteni kell.

A könyvtár támogatja az I2C protokollt az OLED kijelző eléréséhez a beépített Wire.h könyvtár használatával:

/ * OLED */

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

Soroljunk fel néhány fontos API -t, amelyeket OLED kijelzőn fogunk használni. A teljes lista megtalálható a fent megadott GITHub -on.

A. Kijelzővezérlés:

void init (); // Inicializálja a kijelzőt

void displayOn (void); // A kijelző bekapcsolása void displayOff (void); // Kapcsolja ki a kijelzőt void clear (void); // Törölje a helyi pixel puffer void flipScreenVertically (); // Fordítsa fejjel lefelé a kijelzőt

B. Szöveges műveletek:

void drawString (int16_t x, int16_t y, karakterlánc szöveg); // (xpos, ypos, "szöveg")

void setFont (const char* fontData); // Beállítja az aktuális betűtípust.

Elérhető alapértelmezett betűtípusok:

• ArialMT_Plain_10,

• ArialMT_Plain_16,

• ArialMT_Plain_24

Miután mind az OLED, mind a könyvtára telepítve van, írjunk egy egyszerű programot annak tesztelésére. Írja be az alábbi kódot az IDE -be, az eredménynek a fenti képen látható kijelzőnek kell lennie:

* OLED */

#include "SSD1306Wire.h" #include "Wire.h" const int I2C_DISPLAY_ADDRESS = 0x3c; const int SDA_PIN = 0; const int SCL_PIN = 2; SSD1306Wire kijelző (I2C_DISPLAY_ADDRESS, SDA_PIN, SCL_PIN); void setup () {Serial.begin (115200); displaySetup (); } void loop () {} / * Beállítási adatok kezdeményezése és megjelenítése OLED -en * / void displaySetup () {display.init (); // a kijelző megjelenítésének inicializálása.clear (); // A kijelző kijelzőjének törlése.flipScreenVertically (); // Fordítsa fejjel lefelé a kijelzőt.display (); // Adatok megjelenítése a kijelzőn Serial.println ("Kijelző teszt indítása"); display.setFont (ArialMT_Plain_24); display.drawString (30, 0, "OLED"); // (xpos, ypos, "Szöveg") display.setFont (ArialMT_Plain_16); display.drawString (18, 29, "Teszt elindítva"); display.setFont (ArialMT_Plain_10); display.drawString (10, 52, "Soros BaudRate:"); display.drawString (90, 52, karakterlánc (11500)); display.display (); // Adatok elhelyezése a kijelző késleltetésén (3000); }

A fenti program letölthető a GitHub -ból:

CsomópontMCU_OLED_Test

4. lépés: Helyi UV -mérő

Most, amikor az OLED kijelző telepítve van, csatlakoztathatunk egy akkumulátort, és elvégezhetünk néhány távoli tesztet az "UV -mérőnk" segítségével

#define SW_VERSION "UV_Sensor_V.1"

/ * UV -érzékelő */ #define sensorUVPin 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 kijelző (I2C_DISPLAY_ADDRESS, SDA_PIN, SCL_PIN); void setup () {Serial.begin (115200); displaySetup (); } void loop () {readSensorUV (); displayUV (); késleltetés (1000); } / * Beállítási adatok kezdeményezése és megjelenítése OLED -en * / void displaySetup () {display.init (); // a kijelző megjelenítésének inicializálása.clear (); // A kijelző kijelzőjének törlése.flipScreenVertically (); // Fordítsa fejjel lefelé a kijelzőt.display (); // Adatok megjelenítése a kijelzőn Serial.println ("UV -érzékelő teszt kezdeményezése"); display.setFont (ArialMT_Plain_24); display.drawString (10, 0, "MJRoBot"); display.setFont (ArialMT_Plain_16); display.drawString (0, 29, "UV -érzékelő teszt"); display.setFont (ArialMT_Plain_10); display.drawString (0, 52, "SW Ver.:"); display.drawString (45, 52, SW_VERSION); display.display (); késleltetés (3000); } / * Olvassa el az UV -érzékelőt mV -ban és hívja meg az UV -index számítását * / void readSensorUV () {byte numOfReadings = 5; dataSensorUV = 0; for (int i = 0; i <numOfReadings; i ++) {dataSensorUV+= analogRead (sensorUVPin); késleltetés (200); } dataSensorUV /= numOfReadings; dataSensorUV = (dataSensorUV * (3.3 / 1023.0)) * 1000; Serial.println (dataSensorUV); indexCalculate (); } / * UV -index kiszámítása * / void indexCalculate () {if (dataSensorUV <227) indexUV = 0; else if (227 <= dataSensorUV && dataSensorUV <318) indexUV = 1; else if (318 <= dataSensorUV && dataSensorUV <408) indexUV = 2; else if (408 <= dataSensorUV && dataSensorUV <503) indexUV = 3; else if (503 <= dataSensorUV && dataSensorUV <606) indexUV = 4; else if (606 <= dataSensorUV && dataSensorUV <696) indexUV = 5; else if (696 <= dataSensorUV && dataSensorUV <795) indexUV = 6; else if (795 <= dataSensorUV && dataSensorUV <881) indexUV = 7; else if (881 <= dataSensorUV && dataSensorUV <976) indexUV = 8; else if (976 <= dataSensorUV && dataSensorUV <1079) indexUV = 9; else if (1079 <= dataSensorUV && dataSensorUV <1170) indexUV = 10; else indexUV = 11; } /* UV -értékek megjelenítése a helyi OLED -en* / void displayUV () {display.clear (); display.setFont (ArialMT_Plain_16); display.drawString (20, 0, "UV -érzékelő"); display.drawString (0, 23, "UV (mV):"); display.drawString (80, 23, karakterlánc (dataSensorUV)); display.drawString (0, 48, "UV -index:"); display.setFont (ArialMT_Plain_24); display.drawString (82, 42, String (indexUV)); display.display (); }

A fenti kód letölthető a GitHun webhelyről: NodeMCU_UV_Sensor_OLED.ino

5. lépés: DHT22 telepítése a levegő hőmérsékletének és páratartalmának méréséhez

Az időjárási adatok rögzítéséhez az egyik leggyakrabban használt érzékelő a DHT22 (vagy a testvére DHT11), egy digitális relatív páratartalom és hőmérséklet érzékelő. Kapacitív páratartalom -érzékelőt és termisztor segítségével méri a környező levegőt, és digitális jelet köp az adatcsapra (nincs szükség analóg bemeneti tüskékre).

Az érzékelőt 3.3V és 5V között kell táplálni, és -40oC és +80oC között működik, +/- 0.5oC pontossággal a hőmérséklet és +/- 2% relatív páratartalom mellett. Azt is fontos szem előtt tartani, hogy az érzékelési periódusa átlagosan 2 másodperc (a leolvasások közötti minimális idő). Az Adafruit webhelye sok információt tartalmaz mind a DHT22 -ről, mind a testvéréről, a DHT11 -ről. További részletekért látogasson el a DHT22/11 bemutató oldalára.

A DHT22 -nek 4 csapja van (az érzékelővel szemben, az 1 -es tű maradt a legtöbb):

1. VCC (a 3.3V -hoz csatlakozunk a NodeMCU -tól);
2. Adatok ki;
3. Nincs csatlakoztatva és
4. Talaj.

Ha általában az érzékelőt 20 m -nél kisebb távolságon használja, akkor 10K ellenállást kell csatlakoztatni az adat- és VCC -tűk közé. A kimeneti csap csatlakozik a NodeMCU D3 csaphoz (lásd a fenti ábrát). Miután az érzékelőt telepítettük a modulunkba, töltse le a DHT könyvtárat az Adafruit GitHub lerakatából, és telepítse azt az Arduino Library fájljába. Az Arduino IDE újratöltése után telepíteni kell a "DHT érzékelő könyvtárat".

A kód elején meg kell adnunk a következő sorokat:

/* DHT22*/

#tartalmazza a "DHT.h" #define DHTPIN D2 #define DHTTYPE DHT22 DHT dht (DHTPIN, DHTTYPE); float hum = 0; lebegési hőmérséklet = 0;

Új funkció jön létre az érzékelő olvasásához:

/ * DHT adatok lekérése */

void getDhtData (void) {float tempIni = temp; float humIni = hum; temp = dht.readTemperature (); hum = dht.readHumidity (); if (isnan (hum) || isnan (temp)) // Ellenőrizze, hogy nem sikerült -e olvasni, és lépjen ki korán (újrapróbálkozáshoz). {Serial.println ("Nem sikerült olvasni a DHT érzékelőből!"); temp = tempIni; hum = humIni; Visszatérés; }}

A teljes kód, beleértve az UV- és DHT -érzékelőket, letölthető a GitHub -ból: NodeMCU_UV_DHT_Sensor_OLED

6. lépés: Adatok küldése a ThingSpeak.com webhelyre

Eddig csak a NodeMCU ESP12-E-t használtuk rendes és közönséges Arduino táblaként. Természetesen csak "megvakartuk" ennek a látványos kis chipnek a valódi potenciálját, és most itt az ideje, hogy felszálljunk a mennybe! Vagy jobb a csillagoknak! Ehh … a felhőbe!;-)

Kezdjük!

1. Először is rendelkeznie kell fiókkal a ThinkSpeak.com webhelyen
2. Kövesse az utasításokat a csatorna létrehozásához, és vegye figyelembe a csatornaazonosítót és az írási API -kulcsot
3. Frissítse az alábbi kódot a WiFi hálózatával és a Thinkspeak hitelesítő adataival
4. Futtassa a programot IDE -n

Írjuk meg a kód legfontosabb részeit:

Először hívjuk fel az ESP8266 könyvtárat, határozzuk meg a WiFi klienst, és határozzuk meg a helyi útválasztó és Thinkspeak hitelesítő adatait:

/* ESP12-E & Thinkspeak*/

#include WiFiClient client; const char* MY_SSID = "A SSD -ID IDE"; const char* MY_PWD = "A JELSZÓ ITT"; const char* TS_SERVER = "api.thingspeak.com"; String TS_API_KEY = "A CSATORNA ÍRÁS API KULCSA";

Másodszor, tegyünk bele egy nagyon fontos könyvtárat az IoT projektekhez: SimpleTimer.h:

/ * IDŐZÍTŐ */

#tartalmazza a SimpleTimer időzítőt;

Harmadszor, a setup () során soros kommunikációt kezdeményezünk, meghívjuk a connectWiFi () függvényt és meghatározzuk az időzítéseket. Ne feledje, hogy a kód sora: timer.setInterval (60000L, sendDataTS); 60 másodpercenként meghívja a sendDataTS () függvényt, hogy adatokat töltsön fel a ThinkSpeak csatornára.

üres beállítás ()

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

Végül, de nem utolsósorban, a ciklus () alatt az egyetlen szükséges parancs az időzítő elindítása és kész!

üres hurok ()

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

Az alábbiakban láthatja a Thinkspeak kommunikáció kezeléséhez használt két fontos funkciót:

ESP12-E kapcsolat a WiFi hálózattal:

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

*WiFi csatlakoztatása *********************************************** ***/ void connectWifi () {Serial.print ("Csatlakozás"+*MY_SSID); WiFi.begin (MY_SSID, MY_PWD); while (WiFi.status ()! = WL_CONNECTED) {delay (1000); Soros.nyomtatás ("."); } Soros.println (""); Serial.println ("WiFi csatlakozás"); Serial.println (""); }

Az ESP12-E adatokat küld a ThinkSpeak-hez:

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

*Adatok küldése a Thinkspeak csatornára ******************************************** ******/ void sendDataTS (void) {if (client.connect (TS_SERVER, 80)) {String postStr = TS_API_KEY; postStr += "& mező1 ="; postStr += Karakterlánc (dataSensorUV); postStr += "& field2 ="; postStr += Karakterlánc (indexUV); postStr += "& field3 ="; postStr += Karakterlánc (temp); postStr += "& field4 ="; postStr += Karakterlánc (hum); postStr += "\ r / n / r / n"; client.print ("POST /frissítés HTTP /1.1 / n"); client.print ("Gazdagép: api.thingspeak.com / n"); client.print ("Kapcsolat: bezár / n"); client.print ("X-THINGSPEAKAPIKEY:" + TS_API_KEY + "\ n"); client.print ("Content-Type: application/x-www-form-urlencoded / n"); client.print ("Content-Length:"); client.print (postStr.length ()); client.print ("\ n / n"); client.print (postStr); késleltetés (1000); } elküldve ++; client.stop (); }

A teljes kód megtalálható a GitHub -on: NodeMCU_UV_DHT_Sensor_OLED_TS_EXT

Miután feltöltötte a kódot a NodeMCU -ba. Csatlakoztassunk egy külső akkumulátort, és végezzünk méréseket a nap alatt. Felteszem a távoli állomást a tetőre, és elkezdem rögzíteni az adatokat a ThingSpeak.com webhelyen, ahogy a fenti képeken látható.

7. lépés: Következtetés

Mint mindig, remélem, hogy ez a projekt segíthet másoknak is eligazodni az elektronika izgalmas világában!

A részletekért és a végső kódért keresse fel a GitHub letéteményemet: RPi-NodeMCU-Weather-Station

További projektekért látogasson el a blogomra: MJRoBot.org

Maradjon velünk! A következő oktatóanyag adatokat küld egy távoli időjárás -állomásról egy központira egy Raspberry Pi webszerver alapján:

Üdvözlet a világ déli részéről!

Találkozunk a következő tanításomban!

Köszönöm, Marcelo