ЧАСЫ-МЕТЕОСТАНЦИЯ НА ARDUINO

• 28.01.19 meteoClock_v1.3: исправлено предсказание погоды (работало “наоборот”)
• 19.04.19 meteoClock_v1.5: добавлено управление яркостью подсветки и светодиода по датчику света. Смотрите последнюю схему!

подписаться на обновления

Внимание! Исправлена ошибка в схеме с мини-версией RTC. Будьте внимательны!

Решил таки сделать свою версию метеостанции-часов-календаря на Arduino с кучей датчиков и различными крутыми штуками! Проект уместился в корпусе G909G из магазина Чип и Дип, питается от micro-USB и выглядит весьма неколхозно! =)

Большой дешёвый LCD дисплей
Вывод на дисплей:
- Большие часы
- Дата
- Температура воздуха
- Влажность воздуха
- Атмосферное давление (в мм.рт.ст.)
- Углекислый газ (в ppm)
- Прогноз осадков на основе изменения давления
Построение графиков показаний с датчиков за час и сутки
Индикация уровня CO2 трёхцветным светодиодом (общий анод/общий катод, настраивается в прошивке)
Переключение режимов сенсорной кнопкой

Версия 1.5
– Добавлено управление яркостью
– Яркость дисплея и светодиода СО2 меняется на максимальную и минимальную в зависимости от сигнала с фоторезистора
Подключите датчик (фоторезистор) по схеме. Теперь на экране отладки справа на второй строчке появится величина сигнала
с фоторезистора. Пределы яркости устанавливаются в настройках прошивки.

ПОДРОБНОЕ ВИДЕО ПО ПРОЕКТУ

В данном видео показан полный и максимально подробный процесс разработки и изготовления устройства, а также обзор его возможностей и функций.

Понятные схемы, OpenSource прошивки с комментариями и подробные инструкции это очень большая работа. Буду рад, если вы поддержите такой подход к созданию Ардуино проектов! Основная страница пожертвовать – здесь.

СХЕМЫ, ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ

КОРПУСА ПОД 3D ПЕЧАТЬ

Несколько вариантов 3D-печатных корпусов для этого проекта с инструкциями по сборке есть в ветке обсуждения часов-метеостанции на форуме сообщества

ТЕМА С КОРПУСАМИ

МАТЕРИАЛЫ И КОМПОНЕНТЫ

Ссылки на магазины, с которых я закупаюсь уже не один год

Вам скорее всего пригодится:

Если вместо указанных товаров у вас открываются блузки/вата/прочая хрень – выбросьте свой айфон! Или проверьте его на вирусы.

Первые ссылки – в основном магазин Great Wall, вторые – WAVGAT. Покупая в одном магазине, вы экономите на доставке!

Arduino NANO http://ali.ski/t_9Ij http://ali.ski/cB3eu
Сенсорный модуль http://ali.ski/IFKkYZ http://ali.ski/aCDUb
BME280 (5V) http://ali.ski/Ajl2y http://ali.ski/bLXot
MH-Z19 http://ali.ski/sBt2yZ http://ali.ski/H88vfk
Дисплей 2004 i2c http://ali.ski/po8xV http://ali.ski/gldFua
DS3231 http://ali.ski/6d7v7 http://ali.ski/cIpCv
Микро DS3231 http://ali.ski/HmiPE (http://ali.ski/O_RIyj (БЕЗ ИОНИСТОРА)

Дополнительно:

Светодиод RGB (пачка) http://ali.ski/Jw5dW
RGB модуль (ему резистор НЕ НУЖЕН) http://ali.ski/MHuR9 http://ali.ski/VCKQy
Ещё модуль 1 светодиод http://ali.ski/cNjGt
Резисторы (220 R) http://ali.ski/c2_Ju
Проводочки http://ali.ski/aQpyr http://ali.ski/NcIJqb
Корпус http://ali.ski/XxmknP
Корпус (Чип и Дип) https://www.chipdip.ru/product/g909g
Микро USB модуль http://ali.ski/LEOka
Фоторезисторы http://ali.ski/GBoPN7
Резисторы 10k http://ali.ski/RnwgsL

ПРОШИВКА И НАСТРОЙКА

Загружать прошивку желательно до подключения компонентов, чтобы убедиться в том, что плата рабочая. После сборки можно прошить ещё раз, плата должна спокойно прошиться. В проектах с мощными потребителями в цепи питания платы 5V (адресная светодиодная лента, сервоприводы, моторы и проч.) необходимо подать на схему внешнее питание 5V перед подключением Arduino к компьютеру, потому что USB не обеспечит нужный ток, если например лента его потребует. Это может привести к выгоранию защитного диода на плате Arduino. Гайд по скачиванию и загрузке прошивки можно найти под спойлером на следующей строчке.

ИНСТРУКЦИЯ ПО ЗАГРУЗКЕ ПРОШИВКИ

1. Если это ваше первое знакомство с Arduino, внимательно изучите гайд для новичков и установите необходимые для загрузки прошивки программы.

2. Скачайте архив со страницы проекта. Если вы зашли с GitHub – кликните справа вверху Clone or download, затем Download ZIP. Это тот же самый архив!

3. Извлеките архив. Содержимое папки libraries перетащите в пустое место папки с библиотеками Arduino C:/Program Files (x86)/Arduino/libraries/

4. Папку с прошивкой из firmware положите по пути без русских букв. Если в папке с прошивкой несколько файлов – это вкладки, они откроются автоматически.

5. Настройте прошивку (если нужно), выберите свою плату, процессор. Подключите Arduino к компьютеру, выберите её COM порт и нажмите загрузить.

6. При возникновении ошибок или красного текста в логе обратитесь к 5-ому пункту гайда для новичков – “Разбор ошибок загрузки и компиляции“.

Содержимое папок в архиве

libraries – библиотеки проекта. Заменить имеющиеся версии
firmware – прошивки для Arduino
schemes – схемы подключения компонентов

Дополнительно

Как показал эксперимент, снаружи корпуса датчик температуры показывает на 0.5 градуса меньше, чем внутри! Нужно более удачно компоновать электронику, отводить и экранировать тепло от греющихся элементов…
Если дисплей показывает слишком тускло/на белом фоне
На плате драйвера дисплея (к которой подключаются провода) есть крутилка контрастности, с её помощью можно подстроить контраст на нужный. Также контрастность зависит от угла взгляда на дисплей (это же LCD) и можно настроить дисплей на чёткое отображение даже под углом “дисплей на уровне пупка, смотрим сверху”. А ещё контрастность сильно зависит от питания: от 5V дисплей показывает максимально чётко и ярко, тогда как при питании от USB через Arduino напряжение будет около 4.5V (часть падает на защитном диоде по линии USB), и дисплей показывает уже не так ярко. Вывод настраивайте крутилкой при внешнем питании от 5V!
Если датчик CO2 работает некорректно (инфа от Евгения Иванова)
Ну там в папке библиотеки сенсора в examples есть скетчи для калибровки. также ее можно запустить втупую замкнув на землю разъем “HD” на 7+ секунд.
Само собой вот прямо на улице на морозе этим заниматься не обязательно… можно просто в бутылку набрать свежего воздуха с датчиком внутри и запечатать. калибровка проводится минимум 20 минут..
По-умолчанию датчик поставляется с включенной автокалибровкой, которая происходит каждый день, и если датчик используется в невентелируемом помещении, то эта калибровка быстро уводит значения от нормы за горизонт, потому ее нужно обязательно отключать.
Документация.
Автокалибровка датчика CO2 отключена в скетче!
Если у вас не работает датчик BME280, скорее всего у него отличается адрес. В проекте используется библиотека Adafruit_BME280, у которой нет отдельной функции смены адреса, поэтому адрес задаётся вручную в файле библиотеки Adafruit_BME280.h почти в самом начале файла (лежит в папке Adafruit_BME280 в вашей папке библиотек, вы должны были её туда установить), у моего модуля был адрес 0x76. Как узнать адрес своего модуля BME280? Есть специальный скетч, называется i2c scanner. Его можно нагуглить, можно скачать с моего FTP. Прошиваете данный скетч, открываете порт и получаете список адресов подключенных к шине i2c устройств. Чтобы остальные модули вам не мешали – можно их отключить и оставить только BME280. Полученный адрес указываем в библиотеке, сохраняем файл и загружаем прошивку метео-часов. Всё!
Если отстают часы, проблема скорее всего в питании схемы. Если при смене блока питания на более качественный проблема не уходит, повесьте конденсатор по питанию RTC модуля (прям на плату на VCC и GND паять): обязательно керамический, 0.1-1 мкФ (маркировка 103 или 104, смотрите таблицу маркировок). Также можно поставить электролит (6.3V, 47-100 мкФ)

Настройки в прошивке

#define RESET_CLOCK 0     // сброс часов на время загрузки прошивки (для модуля с несъёмной батарейкой). Не забудь поставить 0 и прошить ещё раз!
#define SENS_TIME 30000   // время обновления показаний сенсоров на экране, миллисекунд
#define LED_MODE 0        // тип RGB светодиода: 0 - главный катод, 1 - главный анод
#define LED_BRIGHT 255    // яркость светодиода СО2 (0 - 255)
#define BLUE_YELLOW 1     // жёлтый цвет вместо синего (1 да, 0 нет) но из за особенностей подключения жёлтый не такой яркий
#define DISP_MODE 1       // в правом верхнем углу отображать: 0 - год, 1 - день недели, 2 - секунды
#define WEEK_LANG 1       // язык дня недели: 0 - английский, 1 - русский (транслит)
#define DEBUG 0           // вывод на дисплей лог инициализации датчиков при запуске
#define PRESSURE 1        // 0 - график давления, 1 - график прогноза дождя (вместо давления). Не забудь поправить пределы гроафика

// пределы отображения для графиков
#define TEMP_MIN 15
#define TEMP_MAX 35
#define HUM_MIN 0
#define HUM_MAX 100
#define PRESS_MIN -100
#define PRESS_MAX 100
#define CO2_MIN 300
#define CO2_MAX 2000

АЛГОРИТМ РАБОТЫ

Основной цикл работы станции весьма прост:

void loop() {
  if (sensorsTimer.isReady()) readSensors();		// читаем показания датчиков с периодом SENS_TIME
  if (clockTimer.isReady()) clockTick();			// два раза в секунду пересчитываем время и мигаем точками
  plotSensorsTick();								// тут внутри несколько таймеров для пересчёта графиков (за час, за день и прогноз)
  modesTick();										// тут ловим нажатия на кнопку и переключаем режимы

  if (mode == 0) {									// в режиме "главного экрана"
    if (drawSensorsTimer.isReady()) drawSensors();	// обновляем показания датчиков на дисплее с периодом SENS_TIME
  } else {											// в любом из графиков
    if (plotTimer.isReady()) redrawPlot();			// перерисовываем график
  }
}

В функции readSensors() происходит опрос датчиков. Так что если вы хотите поставить другие датчики – здесь тоже нужно будет внести изменения

void readSensors() {
  bme.takeForcedMeasurement();
  dispTemp = bme.readTemperature();
  dispHum = bme.readHumidity();
  dispPres = (float)bme.readPressure() * 0.00750062;
  dispCO2 = mhz19.getPPM();

  if (dispCO2 < 800) setLED(2);
  else if (dispCO2 < 1200) setLED(3);
  else if (dispCO2 >= 1200) setLED(1);
}

Механизм построения графиков реализован одной функцией, позволяющей построить график из указанного массива, в указанном месте дисплея, по настроенным пределам и с выводом максимума-минимума. Об этой и других фишках для сегментных дисплеев на сайте в статьях была статья