Пример “метеостанция”

Пример “Метеостанция”


Сила Arduino как конструктора заключается в том, что абсолютно по любой железке вы сможете найти в Гугле подробное описание, библиотеку, схему подключения и пример работы: полностью готовый набор для интеграции в свой проект!

Попробуем “собрать” такой проект из скетчей-примеров, ведь именно для этого примеры и нужны! Нам понадобится:

  • Arduino Nano
  • Дисплей. Пусть будет LCD1602 с переходником на i2c
  • Модуль реального времени, возьмём DS3231
  • Термометр ds18b20

Начинаем гуглить информацию по подключению и примеру для каждой железки:

Из уроков из Гугла мы узнаём такую важную информацию, как схемы подключения: дисплей и часы подключаются к шине i2c, а датчик ds18b20 можно подключить в любой другой пин. Схема нашего проекта: blank
Качаем библиотеки для наших модулей и устанавливаем.

  • Библиотеку дисплея нам дают прямо в статье: https://iarduino.ru/file/134.html.
  • Библиотеку для часов по своему опыту советую RTClib (та, что в статье – не очень удобная). Для неё также понадобится библиотека Adafruit_BusIO.
  • В статье про датчик температуры нам указали на библиотеку DallasTemperature.h, ссылку – не дали. Ну чтож, поищем сами “DallasTemperature.h”, найдём по первой ссылке. Для неё нужна ещё библиотека OneWire, ссылку на неё дали в статье про термометр.

Итого у нас должны быть установлены 4 библиотеки. Сейчас наша цель – найти рабочие примеры для каждой железки, убедиться в их работоспособности и выделить для себя минимальный набор кода для управления модулем, это бывает непросто – в статьях бывают ошибки и просто нерабочий код: эти статьи чаще всего являются копипастой от менеджеров, далёких от темы. Я взял пример работы с дисплеем из статьи, а вот часы и термометр пришлось смотреть в примерах библиотеки. Немного почистим и причешем примеры, оставим только нужные нам функции получения значений или вывода:

Дисплей

#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); // Устанавливаем дисплей
// адрес может быть 0x27 или 0x3f
void setup() {
  lcd.init();
  lcd.backlight();  // Включаем подсветку дисплея

  // Устанавливаем курсор на вторую строку и нулевой символ.
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("Hello!");  // пишем
}
void loop() {
}
Часы
#include "RTClib.h"
RTC_DS3231 rtc;

void setup () {
  Serial.begin(9600);
  // проверка, подключен ли модуль
  if (! rtc.begin()) {
    Serial.println("Couldn't find RTC");
    while (1);
  }

  // установка времени равному времени компиляции
  // если у модуля был сброс питания!
  if (rtc.lostPower()) {
    Serial.println("RTC lost power, lets set the time!");
    rtc.adjust(DateTime(F(__DATE__), F(__TIME__)));
  }

  // вывод значений времени
  DateTime now = rtc.now();

  Serial.print(now.year(), DEC);
  Serial.print('/');
  Serial.print(now.month(), DEC);
  Serial.print('/');
  Serial.print(now.day(), DEC);
  Serial.print(" ");
  Serial.print(now.hour(), DEC);
  Serial.print(':');
  Serial.print(now.minute(), DEC);
  Serial.print(':');
  Serial.print(now.second(), DEC);
  Serial.println();
}

void loop () {
}
Термометр
#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>

#define ONE_WIRE_BUS 2
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  sensors.begin();
  sensors.requestTemperatures(); // запрос температуры
  float tempC = sensors.getTempCByIndex(0);  // получаем
  Serial.println(tempC);  // выводим
}

void loop() {
}

Итак, примеры проверены, все модули работают корректно. Начнём соединять всё в один проект! Этот блок уроков является базовым, поэтому данный проект мы напишем в стиле “скетч” – закинем весь код в один файл и будем молиться, чтобы всё работало и не было конфликтов имён. В конце следующего блока уроков, в уроке о создании крупных проектов, мы вернёмся к этому примеру и сделаем его с более серьёзным подходом, без глобальных переменных и с разбивкой на самостоятельные файлы подпрограмм.

Первым делом соединяем в начале скетча все библиотеки, объявленные объекты, типы данных и переменные. Для красоты и понятности – сортируем: сначала настройки (define), затем подключенные библиотеки и в конце уже данные:

Начало скетча
// НАСТРОЙКИ
#define ONE_WIRE_BUS 2  // пин ds18b20

// БИБЛИОТЕКИ
#include "RTClib.h"
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>

// ОБЪЕКТЫ И ПЕРЕМЕННЫЕ
// адрес может быть 0x27 или 0x3f
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3f, 16, 2); // Устанавливаем дисплей
RTC_DS3231 rtc;
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire);

void setup() {
}

void loop() {
}

Далее переносим инициализацию в setup():

setup()
void setup() {
  // дисплей
  lcd.init();
  lcd.backlight();  // Включаем подсветку дисплея

  // термометр
  sensors.begin();

  // часы
  rtc.begin();
  // установка времени равному времени компиляции
  if (rtc.lostPower()) {
    rtc.adjust(DateTime(F(__DATE__), F(__TIME__)));
  }
}

Отлично! Теперь самое сложное: нужно продумать логику работы программы. Разобьём на простые действия:

  • 1 раз в секунду – вывод часов (ЧЧ:ММ:СС) и актуального значения с датчика
  • 2 раза в секунду – мигание светодиодом на плате
  • 5 раз в секунду – измерение температуры и усреднение

Вот так будет выглядеть наш loop():

loop()
void loop() {
  // 2 раза в секунду
  if (millis() - myTimer1 >= 500) {
    myTimer1 = millis(); // сбросить таймер
    toggleLED();
  }

  // 5 раз в секунду
  if (millis() - myTimer2 >= 200) {
    myTimer2 = millis(); // сбросить таймер
    getTemp();
  }

  // каждую секунду
  if (millis() - myTimer3 >= 1000) {
    myTimer3 = millis(); // сбросить таймер
    redrawDisplay();
  }
}

Выполняемые по таймерам функции мы создадим и заполним

toggleLED()
void toggleLED() {
  digitalWrite(13, LEDflag); // вкл/выкл
  LEDflag = !LEDflag; // инвертировать флаг
}
getTemp()
void getTemp() {
  // суммируем температуру в общую переменную
  tempSum += sensors.getTempCByIndex(0);
  sensors.requestTemperatures();

  // счётчик измерений
  tempCounter++;
  if (tempCounter >= 5) { // если больше 5
    tempCounter = 0;  // обнулить
    temp = tempSum / 5; // среднее арифметическое
    tempSum = 0;  // обнулить
  }
}
redrawDisplay()
void redrawDisplay() {
  // ВРЕМЯ
  DateTime now = rtc.now(); // получить время
  lcd.setCursor(0, 0);      // курсор в 0,0
  lcd.print(now.hour());    // часы
  lcd.print(':');
  // первый ноль для красоты
  if (now.minute() < 10) lcd.print(0);
  lcd.print(now.minute());
  lcd.print(':');
  // первый ноль для красоты
  if (now.second() < 10) lcd.print(0);
  lcd.print(now.second());

  // TEMP
  lcd.setCursor(11, 0);    // курсор в 11,0
  lcd.print("Temp:");

  lcd.setCursor(11, 1);    // курсор в 11,1
  lcd.print(temp);

  // ДАТА
  lcd.setCursor(0, 1);      // курсор в 0,1
  // первый ноль для красоты
  if (now.day() < 10) lcd.print(0);
  lcd.print(now.day());
  lcd.print('.');
  // первый ноль для красоты
  if (now.month() < 10) lcd.print(0);
  lcd.print(now.month());
  lcd.print('.');
  lcd.print(now.year());
}

Для функционирования таймеров и счёта температуры нам также понадобились глобальные переменные, запишем их до setup():

uint32_t myTimer1, myTimer2, myTimer3;
boolean LEDflag = false;
float tempSum = 0, temp;
byte tempCounter;

И в целом наш проект завершён! По мере разборок с термометром выяснилась интересная особенность: чтение сильно тормозит код, команда requestTemperatures() ждёт ответа датчика и блокирует выполнение кода, из-за чего часы не успевают идти 1 раз в секунду. Покопавшись в примерах, я нашёл асинхронный опрос датчика: в setup добавилась строчка sensors.setWaitForConversion(false); . Соответственно вот весь код проекта:

meteoClock.ino
// НАСТРОЙКИ
#define ONE_WIRE_BUS 2  // пин ds18b20
// БИБЛИОТЕКИ
#include "RTClib.h"
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>
// ОБЪЕКТЫ И ПЕРЕМЕННЫЕ
// адрес может быть 0x27 или 0x3f
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3f, 16, 2); // Устанавливаем дисплей
RTC_DS3231 rtc;
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire);
uint32_t myTimer1, myTimer2, myTimer3;
boolean LEDflag = false;
float tempSum = 0, temp;
byte tempCounter;
void setup() {
  Serial.begin(9600); // для отладки
  pinMode(13, 1);
  // дисплей
  lcd.init();
  lcd.backlight();  // Включаем подсветку дисплея
  // термометр
  sensors.begin();
  sensors.setWaitForConversion(false);  // асинхронное получение данных
  // часы
  rtc.begin();
  // установка времени равному времени компиляции
  if (rtc.lostPower()) {
    rtc.adjust(DateTime(F(__DATE__), F(__TIME__)));
  }
}
void loop() {
  // 2 раза в секунду
  if (millis() - myTimer1 >= 500) {
    myTimer1 = millis(); // сбросить таймер
    toggleLED();
  }
  // 5 раз в секунду
  if (millis() - myTimer2 >= 200) {
    myTimer2 = millis(); // сбросить таймер
    getTemp();
  }
  // каждую секунду
  if (millis() - myTimer3 >= 1000) {
    myTimer3 = millis(); // сбросить таймер
    redrawDisplay();
  }
}
void toggleLED() {
  digitalWrite(13, LEDflag); // вкл/выкл
  LEDflag = !LEDflag; // инвертировать флаг
}
void getTemp() {
  // суммируем температуру в общую переменную
  tempSum += sensors.getTempCByIndex(0);
  sensors.requestTemperatures();
  // счётчик измерений
  tempCounter++;
  if (tempCounter >= 5) { // если больше 5
    tempCounter = 0;  // обнулить
    temp = tempSum / 5; // среднее арифметическое
    tempSum = 0;  // обнулить
  }
}
void redrawDisplay() {
  // ВРЕМЯ
  DateTime now = rtc.now(); // получить время
  lcd.setCursor(0, 0);      // курсор в 0,0
  lcd.print(now.hour());    // часы
  lcd.print(':');
  // первый ноль для красоты
  if (now.minute() < 10) lcd.print(0);
  lcd.print(now.minute());
  lcd.print(':');
  // первый ноль для красоты
  if (now.second() < 10) lcd.print(0);
  lcd.print(now.second());
  // TEMP
  lcd.setCursor(11, 0);    // курсор в 11,0
  lcd.print("Temp:");
  lcd.setCursor(11, 1);    // курсор в 11,1
  lcd.print(temp);
  // ДАТА
  lcd.setCursor(0, 1);      // курсор в 0,1
  // первый ноль для красоты
  if (now.day() < 10) lcd.print(0);
  lcd.print(now.day());
  lcd.print('.');
  // первый ноль для красоты
  if (now.month() < 10) lcd.print(0);
  lcd.print(now.month());
  lcd.print('.');
  lcd.print(now.year());
}

И вот так это выглядит в жизни blank
Как видите, ничего особо сложного здесь нет: взяли три примера “из гугла”, проверили их, сократили, и объединили в проект. Да, своего кода тоже пришлось написать прилично, но иначе и не бывает! В программировании главное – практика и наработка собственных “ходов” и алгоритмов, которые потом очень быстро пишутся: я написал код к этому уроку со скоростью печати, особо не задумываясь и не отлаживая, это на самом деле всё очень просто! В уроке о создании крупных проектов мы вернёмся к этому примеру и сделаем его более взрослым: обернём всё в классы и разобьём на файлы, чтобы дорабатывать проект было проще.

Полезные страницы


  • Набор GyverKIT – большой стартовый набор Arduino моей разработки, продаётся в России
  • Каталог ссылок на дешёвые Ардуины, датчики, модули и прочие железки с AliExpress у проверенных продавцов
  • Подборка библиотек для Arduino, самых интересных и полезных, официальных и не очень
  • Полная документация по языку Ардуино, все встроенные функции и макросы, все доступные типы данных
  • Сборник полезных алгоритмов для написания скетчей: структура кода, таймеры, фильтры, парсинг данных
  • Видео уроки по программированию Arduino с канала “Заметки Ардуинщика” – одни из самых подробных в рунете
  • Поддержать автора за работу над уроками
  • Обратная связь – сообщить об ошибке в уроке или предложить дополнение по тексту (alex@alexgyver.ru)
4.7/5 - (3 голоса)
Назад Объединить несколько скетчей?
Вперёд Разбиваем на вкладки
Подписаться
Уведомить о
guest
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии