Разработка цифровой метеостанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка цифровой метеостанции

С.А. Камынин

Д.В. Журавлев

Аннотации

В работе была произведена регистрация и передача метеопараметров на смартфон под управлением android с помощью беспроводной протокола связи Bluetooth. Представлена реализация программного обеспечения контроллера ATmega328 на базе Ардуино на языке объектно-ориентированного программирования С++, применены возможности фреймворка Апп Инвертор.

Ключевые слова: Ардуино; C++; метеостанция; андроид;

development of a DIGITAL WEATHER STATION

S.A. Kamynin1, D.V. Zhuravlev1

1Voronezh State Technical University (VSTU), Voronezh, Russia

Abstract. In the work, the meteorological parameters were registered and transmitted to a smartphone running android using the Bluetooth wireless communication protocol. The implementation of ATmega328 controller software based on the Arduino framework in the language of object-oriented programming with C ++ is presented, the capabilities of the App Invertor framework are AppInvertor смартфон беспроводный программный

Keywords: Arduino; C ++; weather station; android;

Введение

Современный мир 21 века - это удивительный экспонат, прошедший многие этапы эволюции, в результате которых был приобретен навык развития и видоизменения с небывалыми скоростями. Количество информации, приходящейся на фонд человеческого сознания, достигает непостижимых объемов, и уже ни один из живущих на земле индивидов не способен овладеть ею. В связи с этим, актуальными становятся проблемы сбора, обработки и передачи информации. Оптимальное их решение, позволит сэкономить ресурс человеческого времени, а также облегчит рутинный труд, заключающийся в выполнении однообразных действий.

Основные технические характеристики применяемых датчиков

На этапе планирования и разработки системы был произведен обзор доступных средств обнаружения того или иного метеопараметра, в результате которого удалось определиться с необходимымоборудованием, позволяющим реализовать поставленную задачу

В качестве регистрируемых параметров были выбраны: влажность, температура, освещенность, атмосферное давление, высота над уровнем моря, а также наличия присутствие живого существа в пределах 5 м от данного устройства.

В ходе работы были применены средства представленные ниже:

· Датчик освещенности TEMPT600

· Датчик температуры и влажности DHT11

· Датчик давления BMP280 [1]

· Датчик присутствия HC-SR501

· Bluetooth модуль HC-05 [3]

· Arduino Uno R3

1. Сборка станции

Была произведена сборка всех модулей в единое целое. Таблица подключения датчиков к модулю обработки и управления представлена ниже.

Таблица 1. Подключения датчиков

Название датчиков	Пины Arduino Uno
	GND	+5В	A0	+3.3В	4	7	A4	A5	11	10
TEMPT6000	GND	+5В	SIG	-	-	-	-	-	-	-
DHT-11	4	1	-	-	2	-	-	-	-	-
HC-SR502	GND	+5В	-	-	-	OUT	-	-	-	-
BMP280	GND	+5В	-	CSB	-	-	SDA	SCL	-	-
HC-05	GND	+5В	-	-	-	-	-	-	TXD	RXD

Итоги подключения всех датчиков приведены ниже

Рис. 1. - Полная сборка метеостанции

Данная метеостанция показа без учета корпуса, т.к. он может варьироваться в зависимости от конкретного применения системы и целей поставленных задач.

Программная реализация проекта

Для управляющего микроконтроллера была реализована программа на языке С++в среде разработки ArduinoIDE [2], позволяющая пересылать снятые с датчиков параметры через Bluetoothна смартфон под управлением Android. Для лучшего восприятия и понимания, весь код был прокомментирован и разбит на блоки

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//Блок Датчика Освещенности

#define Pin_Osveshhennosti A0

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//БлокДатчикаПрисутствия

#define signal_prisutstviya 7

#define svetodiod_obnaruzheniya 3

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////

/////////////////////////////////////////

//Блокнастройки Bluetooth

// подключениебиблиотекивиртуального COM порта

#include <SoftwareSerial.h>

#include <Time.h>

//Подключаем выход TX на плате Arduino

int gRxPin = 10;

//Подключаем выход RX на плате Arduino

int gTxPin = 11;

//Инициализация порта

SoftwareSerial BTSerial(gRxPin, gTxPin);

/////////////////////////////////////////

//////////////////////////////////////////////////////////

//БЛОК ДАТЧИКА Давления и высоты над уровнем моря

#include <Wire.h>

#include <SPI.h>

#include <Adafruit_Sensor.h>

#include <Adafruit_BMP280.h>

// работаем по шине I2C

Adafruit_BMP280 bme;

//////////////////////////////////////////////////////////

//////////////////////////////////////////////////////////

//БЛОК ДАТЧИКА Влажности

#include <TroykaDHT.h>

// создаём объект класса DHT

// передаём номер пина к которому подключён датчик и тип датчика

// типы сенсоров: DHT11, DHT21, DHT22

DHT dht(4, DHT11);

//////////////////////////////////////////////////////////

//////////////////////////////////////////////////////////

//Блок объявления переменных управления в программе

// переменная для принятия управляющей цифры со смартфона

int prinyatoe_chislo;

// переменная для хранения управляющей цифры со смартфона

int vibor_datchika;

///////////////////////////////////////////////////////////

void setup() {

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//БлокДатчикаПрисутствия

//инициализациясветодиода

pinMode(svetodiod_obnaruzheniya, OUTPUT);

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//Блок для на стройки Bluethooth

// устанавливаем скорость передачи данных для последовательного порта,

// созданного библиотекой SoftwareSerial

// 38400 - для метода №1, 9600 - для метода №2

BTSerial.begin(38400);

Serial.begin(9600);

delay(500);

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//Блок для на стройки TEMP6000 - датчика освещенности

pinMode(Pin_Osveshhennosti, INPUT);

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//////////////////////////////////////////////////////////

//БЛОК ДАТЧИКА ВЛАЖНОСТИ

dht.begin();

//////////////////////////////////////////////////////////

//////////////////////////////////////////////////////////

//БЛОК ДАТЧИКА Давления и высоты над уровнем моря

if (!bme.begin(0x76))

{

Serial.println("Не удалось найти действующий датчик BMP280, проверьте подключение!");

while (1);

}

//////////////////////////////////////////////////////////

}

void loop()

{

// проверка условия возврата количество непрочитанных байт (символов),

// принятых через программный последовательный порт.

// Непрочитанные данные накапливаются во входном последовательном буфере.

if (BTSerial.available())

{

prinyatoe_chislo = BTSerial.read();

Serial.write(prinyatoe_chislo);

switch(prinyatoe_chislo)

{

case '1':

vibor_datchika = 1;

digitalWrite(svetodiod_obnaruzheniya, LOW);

break;

case '2':

vibor_datchika = 2;

digitalWrite(svetodiod_obnaruzheniya, LOW);

break;

case '3':

vibor_datchika = 3;

digitalWrite(svetodiod_obnaruzheniya, LOW);

break;

case '4':

vibor_datchika = 4;

digitalWrite(svetodiod_obnaruzheniya, LOW);

break;

case '5':

vibor_datchika = 5;

break;

case '6':

vibor_datchika = 6;

digitalWrite(svetodiod_obnaruzheniya, LOW);

break;

}

}

//////////////////////////////////////////////////////////

//БЛОКУРОВНЯОСВЕЩЕННОСТИ

if (vibor_datchika == 1)

{

// считываемуровеньосвещённости.

int light_value = analogRead(Pin_Osveshhennosti);

// пересчетвлюксы

float light = light_value * 0.0976;

BTSerial.println((int)round(light));

Serial.println((int)round(light));

delay(1000);

}

//////////////////////////////////////////////////////////

//////////////////////////////////////////////////////////

//БЛОКДАТЧИКАВЛАЖНОСТИ

if (vibor_datchika == 2)

{

// считывание данных с датчика

dht.read();

// проверяем состояние данных

if(dht.getState()== DHT_OK)

{

// всё OK

BTSerial.println((int)round(dht.getHumidity()));

Serial.println((int)round(dht.getHumidity()));

delay(1000);

}

}

//////////////////////////////////////////////////////////

//////////////////////////////////////////////////////////

//БЛОКДАТЧИКАТЕМПЕРАТУРЫ

if (vibor_datchika==3)

{

// считывание данных с датчика

dht.read();

// проверяем состояние данных

if(dht.getState()== DHT_OK)

{

// всё OK

BTSerial.println((int)round(dht.getTemperatureC()));

Serial.println((int)round(dht.getTemperatureC()));

delay(2000);

}

}

//////////////////////////////////////////////////////////

//////////////////////////////////////////////////////////

//БЛОКДАТЧИКАДавления

if (vibor_datchika==4)

{

BTSerial.println((long)round(bme.readPressure()));

Serial.println((long)round(bme.readPressure()));

delay(1000);

}

//////////////////////////////////////////////////////////

//////////////////////////////////////////////////////////

//БЛОК ДАТЧИКА Высоты над уровнем моря

if (vibor_datchika==6)

{

//Корректировка высоты для данной геолокациии

BTSerial.println((int)round(bme.readAltitude(1013.25)));

Serial.println((int)round(bme.readAltitude(1013.25)));

delay(1000);

}

//////////////////////////////////////////////////////////

//////////////////////////////////////////////////////////

//БЛОК ДАТЧИКА Обнаружения движения

if (vibor_datchika==5)

{

//Считываем пороговое значение с порта 7

if(digitalRead(signal_prisutstviya))

{

//Сигналсдатчикадвижения

BTSerial.println("Yes");

Serial.println("Yes");

//зажиганиеконтрольногосветодиода

digitalWrite(svetodiod_obnaruzheniya, HIGH);

delay(1000);

}

else

{

//Нетсигнала

BTSerial.println("No");

Serial.println("No");

//гашение контрольного светодиода

digitalWrite(svetodiod_obnaruzheniya, LOW);

delay(1000);

}

}

//////////////////////////////////////////////////////////

}

Также была разработана программа приема и отображения данных, принятых от метеостанции, на экране смартфоне под управлением Android в среде AppInvertor [5]. Добавлены комментарии и алгоритмы работы данного приложения.

Первоначально была собрана общая функциональная схема приложения, основываясь на стандартных элементах управления



Далее для каждого структурного элемента был записан алгоритм его обработки с помощью встроенного языка программирования.

1) Кнопка "1"	2) Кнопка "2"
3) Кнопка "3"	4) Кнопка "4"
5) Кнопка "5"	6) Кнопка "6"
7) Кнопка "7"

Алгоритм для кнопок с 1 по 7:

· При нажатии на клавишу, она переходит в активное состояние

· Запускается таймер

· Посылается информация запуска необходимого датчика

· Все остальные переходят в состояние по умолчанию

· В Label 2 отображается информация о системе измерения информации поступающей с датчика

· При нажатии на выпадающий список в нем отображаются доступные Bluetooth устройства, из которых мы выбираем метеостанцию

8) Выбор Bluetoothиз списка доступных



Алгоритм работы:

· При нажатии на выпадающий список в нем отображаются доступные Bluetoothустройства, из которых мы вбираем метеостанцию

9) Начальная инициализация экрана и кнопок поле выбора устройства

Алгоритм работы:

· После присоединения к выбранному Bluetooth устройству, мы устанавливаем все кнопки в выключенное положение

· Если подключения не произошло, выводится текст о необходимости пере-подключения.

10) Обработка таймера при включении

Алгоритм работы:

· При включении приложения переводим таймер в режим выключено

11) Обработка таймера при срабатывании таймера

Алгоритм работы:

· При срабатывании таймера проверяется условии подключения смартфона к станции.

· При положительном ответе, сравниваем кол-во передаваемых байтов с 0

· Если больше 0, то записываем передаваемое значение в Label 1 .

Результаты работы приложения приведены ниже



Заключение

В ходе проведения работы была разработана автоматизированная цифровая метеостанция, позволяющая реализовать быстрый и качественный сбор информации и передачу её на смартфон под управлениемandroid. На мой взгляд, применение данного оборудования может стать незаменимым спутником таких сфер как: медицина и военно-промышленный комплекс. Данную разработку можно считать актуальной, т.к. она позволяет решать проблему учета и регистрации погоды, при минимальных затратах человеческого труда, что соответствует задачам современной эпохи.

Литература

1. Brian W.E. Arduino Programming. Notebook.California, San Francisco. 2007 - 40 c.

2. Петин В.А. Проекты с использованием Arduino. СПб.:БХВ-Петербург. 2014 - 401 с

3. Гололобов В.Н. С чего начинаются роботы? СПб.: Наука и Техника СПб. 2018 -368 с.

4. Соммер У. Программирование микроконтроллерных плат Arduino. СПб.:БХВ-Петербург. 2012 - 256 с.

5. Винницкий Ю. Scratch и Arduino для юных программистов и конструкторов /

6. Винницкий Ю., Григорьев А. СПб.: БХВ-Петербург. 2018 - 176 с

References

1. Brian W.E. Arduino Programming. Notebook. California, San Francisco. 2007 - 40 c.

2. Petin V.A. Projects using Arduino. St. Petersburg: BHV-Petersburg. 2014 - 401 s

3. Gololobov V.N. Where do robots begin? SPb .: Science and Technology of St. Petersburg. 2018 -368 pp.

4. Sommer U. Programming of microcontroller boards Arduino. St. Petersburg: BHV-Petersburg. 2012 - 256 with.

Vinnytsky Yu Scratch and Arduino for young programmers and designers /Vinnitsky Yu., Grigoriev A. St. Petersburg: BHV-Petersburg. 2018 - 176 s

Размещено на Allbest.ru

...