Прибор измерительный температуры и влажности ПИ-ТВ-2

Собственно, метеодатчик — это, наверное, второе что все делают после того, как помигают светодиодом на Arduino. А раз уж этой участи не избежать, то надо разобраться с ней как можно быстрее, чтобы уже двигаться дальше.

Я изначально не планировал смотреть температуру и влажность локально, поскольку большую часть времени в течение недели провожу, во-первых, вне дома, а, во-вторых — со смартфоном. Поэтому вариантов было два: получать погоду по почте или же выгружать в какой-нибудь подходящий онлайновый сервис.

Честно скажу: сначала я хотел делать добро и бросать его в воду отправлять погоду на Openweathermap.org и даже какое-то время делал это. Но потом началось — то сервис внезапно откажет, а я сижу и гадаю, что случилось, то его IP поменяется, и мне надо снова лезть в код центрального контроллера.

В общем, от OWM я отказался, а полученный опыт использовал для адаптации датчика к другому онлайновому сервису. Он, хотя и не использует данные для прогноза, для меня оказался очень удобным, чтобы смотреть и текущую погоду, и статистику.

ПИ-ТВ-2 предназначен для измерения текущих значений влажности и температуры, и передачи их центральному домашнему контроллеру КЦДВ-2-12 по радиоканалу.

Других назначений пока не имеет, хотя сетевое питание и контроллер Arduino Pro Mini на борту как бы намекают, что можно еще чего-нибудь добавить. Чем я, вероятно, когда-нибудь и займусь.

. вот так он выглядит в интерьере. Ну а расчет на то, что несовершенство дизайна постоянно прикрывает штора

ПИ-ТВ-2 предназначен для совместной работы с центральным домашним контроллером КЦДВ-2-12 или аналогичным устройством, способным принимать и интерпретировать принятые данные. Формат данных — ниже по тексту и также виден в скетче.

ПИ-ТВ-2 не отображает текущие показания и не имеет проводного подключения к каким-либо внешним устройствам, кроме датчика температуры/влажности и передатчика.

Показания температуры и влажности, измеренные датчиком DHT21, передаются центральному контроллеру по радиоканалу с интервалом в полчаса. Центральный контроллер выгружает показания по протоколу HTTP POST на сервис "Народный мониторинг" с интервалом в один час. Оба интервала никак не привязаны друг другу и не синхронизируются.

При нормальной работе встроенный светодиод Arduino мигает с интервалом около 8 секунд.

Коррекция ошибок и контроль приема и целостности передаваемых данных не предусмотрены.

По конструкции ПИ-ТВ-2 очень прост и состоит всего из четырех основных компонентов (ссылки, как обычно — просто для примера):

1. Arduino Pro Mini 5В, 16 МГц с чипом ATmega328. 2. Комбинированный датчик температуры и влажности DHT21. 3. Передатчик 433 МГц с амплитудной модуляцией (из такого комплекта, например). 4. Резистор 4.7кОм, 0.125Вт 5. Источник питания 5В — 9В (опционально, можете поэкспериментировать с батарейками или аккумуляторами). 6. Для заливки кода в Arduino Pro Mini потребуется и вот такой (или аналогичный) конвертер COM-USB (опционально — возможно, он у вас уже есть).

Именно этот контроллер — потому что он компактный и уже лежал у меня в ящике для всяких самоделок. А купил я пачку этих контроллеров, потому что они были недорогие и встречались чаще, чем версия 3В. Да и не думал я, что буду питать это хозяйство от 3В, поэтому 5В было более актуально.

. примерно так вы будете все соединять для заливки скетча

Приобретение датчика температуры и влажности DHT21 определено тем, что я как-то на DX заказал очень простые, но симпатичные часы жене. Только после оплаты магазин отписался, что часов уже на складе нет, а деньги они могут вернуть на счет в магазине, то есть под будущие покупки. Короче, взял почти не глядя.

Параметры подбирал с учетом того, что датчик, скорее всего, будет уличным, поэтому не DHT11, а DHT21 у которого минимальная температура измерения составляет -40С. Сразу скажу: это для Москвы, а если у вас другие минимумы, то датчик тоже будет совсем другой. Например, сверхпопулярный DS18B20, который измеряет до -55C и что-то еще для влажности.

Аналоговый передатчик необходим для связи с аналоговым же приемником центрального контроллера с помощью протокола, реализованного в библиотеке RC-Switch. Повторюсь, в центральном контроллере библиотеку я использую по двум назначениям: управление беспроводными розетками и периферией, а также обмен данными с сервисными контроллерами. Это позволяет обойтись минимумом оборудования и заодно экономит память, так как не нужны специализированные библиотеки для беспроводных коммуникаций.

Еще один выбор — автономное или сетевое питание. Опять же, я честно пытался использовать автономное питание: мне нравилась идея, что датчик будет просто где-то висеть без проводов. Но не получилось. По факту даже у Arduino Pro Mini довольно высокое потребление энергии, если не уметь отключать все и вся. А я не научился.

Максимум, что мне удалось выжать с различными библиотеками «сна» — около недели работы на аккумуляторах типа 14500. Два аккумулятора при этом умерли в течение пары недель по непонятной причине. По идее ведь защита должна была предотвращать чрезмерный разряд, но по факту — просто блокировала аккумулятора. Снятие защиты продлило срок работы аккумулятора еще на неделю, после чего она умерла окончательно.

Итог — сетевой бок питания и никаких волнений.

Логически сборка выглядит следующим образом:

GND — к минусу питания;

VCC — к пину VCC Arduino или к любому цифровому пину Arduino в режиме OUTPUT/HIGH для возможности экономии энергии при батарейном питании (по коду это пин 7) или к выходу 5В блока питания (если у вас блок 5В). К 9В датчик подключать нельзя;

OUT — напрямую к пину 5 Arduino и через резистор 4.7 кОм — к плюсу питания (подтягиваем к плюсу).

. в принципе, и по проводам видно, но чтобы быть уверенным на 100% нужно его открыть

GND — к минусу питания;

VCC — к плюсу питания (от 3В до 12В), также можно к пину VCC Arduino или к любому цифровому пину Arduino в режиме OUTPUT/HIGH для возможности экономии энергии при батарейном питании (по коду это пин 8);

DATA — к пину 6 Arduino.

. примерно так это выглядит в процессе

. в расчете на батарейки (аккумуляторы)

Если у вас источник 5В, тогда его плюс можно подключить к пину VCC.

Если источник питания выдает заметно больше 5В (но не больше 12В), тогда — к пину RAW. При этом на пинах VCC будет 5В, что можно использовать для датчика DHT21 и другой периферии.

Минус источника питания, соответственно, к GND Arduino.

Немного «возможности экономии энергии при батарейном питании». Дело в том, что Arduino-то мы отправим спать, а что делать с периферией, которая постоянно подключена к питанию? Городить ключи на питающие цепи? Совсем необязательно. Ведь цифровые пины Arduino можно использовать для питания маломощных устройств — передатчиков, приемников, некоторых сенсоров.

А это, в свою очередь, позволяет легко включать и выключать периферию по мере необходимости. Для включения просто переводим пин в режим OUTPUT, пишем в него HIGH и получаем +5В питания. А для выключения пишем в тот же пин LOW.

Вот и все с логикой.

Физически сборка усложнена тем, что я, во-первых, разместил все в корпусе от беспроводного звонка, поскольку надеялся воспользоваться его батарейным отсеком. Кстати, так получилось, что индикаторный светодиод Arduino оказался рядом с окошечком «светомузыки» бывшего звонка, так что через него можно было наблюдать за активностью контроллера, поскольку код предполагает периодическое мигание (да-да, и здесь оно!).

. пока я не выпаял светодиод питания — было видно и его

Во-вторых, подключил датчик DHT21 через штекерный разъем для простоты обслуживания метеодатчика. Провод датчика я удлиннил так, чтобы его можно было без проблем вытянуть за окно.

А в третьих — выпаял светодиод питания, когда еще был одержим идеей питания от аккумуляторов. Ведь при включенном питании светодиод горит постоянно, а зачем это нужно метеодатчику?

Для крепления датчика за окном приклеил на него небольшой магнит. В таком виде датчик «прилипает» козырьку или «подоконнику». Креплю я его снизу, чтобы не заливало водой и не перегревало солнцем.

Для питания всего ПИ-ТВ-2 в финальной версии использовал кусочек провода с разъемом под имеющийся сетевой адаптер.

Ну и сам метеодатчик висит на окне на тех же магнитах: один магнит на датчике, другой — на окне. Они, кстати, очень удачно стыкуются гранями (толщина магнита порядка миллиметра), что заметно уменьшает громоздкость: датчик как будто бы просто приклеен к раме.

. тоже не очень эстетично, но зато — спина

Особенность текущей версии кода в том, что она осталась в наследство от попыток сделать автономный метеодатчик. Поэтому здесь вы можете во всей красе наблюдать энергосберегающую библиотеку, а при желании — попробовать запитать от датчик от аккумуляторов. Нужно ему не менее 5В, при этом аккумуляторов типа 14500 емкостью 900 или 1000 китайских мАч хватает примерно на неделю непрерывной работы.

Обратите внимание: одного аккумулятора 14500 мало, поэтому нужно два. А два — это суммарно 7.4В по характеристикам на борту аккумуляторов (и около 8.4В сразу после полной зарядки), поэтому нужно подключать к пину RAW Arduino, чтобы ее не убить. И датчик DHT21, соответственно только к пину VCC Arduino или к питающему цифровому пину.

Так как используемая энергосберегающая библиотека усыпляет контроллер не более чем на 8 секунд, то ее вызов живет в цикле, который обеспечивает около получаса не совсем здорового, но все же сна.

В том же цикле мигает встроенный светодиод-индикатор Arduino. При работе от аккумуляторов это позволяло быстро и просто понять жив контроллер, или уже пора перезаряжаться. Сейчас это просто индикатор активности.

В результате показания датчика передаются в центральный контроллер с интервалом в полчаса. Такой интервал выбран сразу по нескольким причинам: максимальная экономия батареек (когда это было актуально) при более-менее достоверных данных и экономия ресурсов центрального контроллера, у которого и другие дела есть, кроме как постить погоду в интернет.

Для передачи показаний я использую, так сказать, проприетарный протокол, работающий поверх RC-Switch. Выглядит он следующим образом: датчик передает числа вида 161HSXXX, где H — признак влажности, S — знак температуры, XXX — значение климатического параметра с точностью до десятых, умноженное на 10.

Если H = 1, контроллер считает, что переданы показания влажности. Если H = 0, контроллер думает, что получил температуру. Если S = 0 температура считается положительной, если S = 1, то — отрицательной.

Оба параметра передаются метеодатчиком с небольшим интервалом, чтобы гарантированно обеспечить время на обработку на стороне центрального контроллера, который затем оформляет все виде HTTP POST-запроса для передачи в интернет. Хранение и визуализация параметров осуществляется с помощью "Народного мониторинга". Вы, разумеется, можете выбрать любой другой подходящий ресурс или собственный сервис, но тогда не забудьте исправить код центрального контроллера или же свой сервис для получения данных в существующем формате.

Не забудьте, что для компилляции этого кода вам потребуются три нестандартные библиотеки:

1. DHT22 для датчика. 2. LowPower для энергосберегающего режима. 3. RC-Switch для передачи показаний.

Самая большая проблема после энергоэффективности — надежность радиоканала. То ли я что-то не так делаю, то ли просто дома какая-то удивительно плохая обстановка с помехами, но датчик более-менее заработал на расстоянии в 5-6 метров от контроллера только если к обычному передатчику была прикручена немаленькая телескопическая антенна, или если я использовал более дорогой передатчик.

Еще одна особенность в том, что мой экземпляр DHT21 фактически перестает измерять влажность при ее высоких значениях. В какой-то момент его просто клинит на 99.9%, и пока влажность не уменьшится до некоторого порога, значение не меняется.

И раз уж это ко мне привязалось, то по поводу потребяемого Arduino тока есть масса текстов в интернете. Отдельным личностям удавалось снижать потребление до единиц микроампер, но это, в основном, на «чистых» контроллерах безо всяких там встроенных регуляторов напряжений, светодиодов и проч., и проч. Вот, например.