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Arduino無(wú)線(xiàn)氣象站

1876700 2023-06-27 | zip | 0.00 MB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

描述

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建立無(wú)線(xiàn)氣象站是一次很棒的學(xué)習(xí)經(jīng)歷。完成此項(xiàng)目的構(gòu)建后，您將更好地了解無(wú)線(xiàn)通信的工作原理、傳感器的工作原理以及 Arduino 平臺(tái)的強(qiáng)大功能。以這個(gè)項(xiàng)目為基礎(chǔ)和獲得的經(jīng)驗(yàn)，將來(lái)您將能夠輕松構(gòu)建更復(fù)雜的項(xiàng)目。

氣象站是一種使用許多不同傳感器收集與天氣和環(huán)境相關(guān)的數(shù)據(jù)的設(shè)備。我們可以測(cè)量很多東西，比如：

溫度

濕度

風(fēng)

氣壓

紫外線(xiàn)指數(shù)

在我們將要建造的氣象站中，我們將測(cè)量?jī)蓚€(gè)位置的溫度和濕度并顯示當(dāng)前日期和時(shí)間。建立氣象站非常容易。但是，制造商能否制造出具有彩色 TFT 顯示屏和與商業(yè)設(shè)備相匹配的功能的設(shè)備？答案是肯定的！借助開(kāi)源軟件和硬件的力量，可以輕松構(gòu)建這個(gè)令人印象深刻的氣象站！

該項(xiàng)目由兩部分組成：發(fā)射器和接收器。

發(fā)射器測(cè)量溫度和濕度，并將數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)發(fā)送到接收器。接收器測(cè)量溫度和濕度，接收來(lái)自遠(yuǎn)程傳感器的數(shù)據(jù)，并在大型彩色 TFT 顯示屏上顯示所有內(nèi)容。

讓我們建立這個(gè)項(xiàng)目！

第 1 步：獲取所有零件

構(gòu)建此項(xiàng)目所需的部分如下：

Arduino 到期 ? http://edu8s.tv/part/ArduinoDue

Arduino 超級(jí) ? http://edu8s.tv/part/ArduinoMega

Arduino Nano ? http://edu8s.tv/part/ArduinoNano

3.2" TFT 顯示屏 ? http://edu8s.tv/part/32TFT

DHT22 ? http://educ8s.tv/part/DHT22

NRF24L01 ? http://edu8s.tv/part/NRF24L01

DS3231 RTC ? http://edu8s.tv/part/DS3231

面包板? http://educ8s.tv/part/SmallBreadboard

電線(xiàn) ? http://educ8s.tv/part/Wires

頭針 ? http://educ8s.tv/part/HeaderPins

小米移動(dòng)電源? http://edu8s.tv/part/Powerbank

該項(xiàng)目的成本約為40美元。如果您使用 Arduino Mega 而不是 Arduino Due，您可以將項(xiàng)目成本降低 5 美元。我選擇使用 Arduino Due 作為接收器，因?yàn)樗俣确浅？?，而且?nèi)存很大。隨著我們?yōu)轫?xiàng)目添加更多功能，這將在未來(lái)非常有用。

第 2 步：溫濕度傳感器 - DHT22

DHT22 是一種非常流行的溫度和濕度傳感器。它價(jià)格便宜，易于使用，并且規(guī)格聲稱(chēng)具有良好的精度和準(zhǔn)確性。

DHT 傳感器由兩部分組成：電容式濕度傳感器和熱敏電阻。里面還有一個(gè)芯片，做一些模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出帶有溫度和濕度的數(shù)字信號(hào)。使用任何微控制器都可以輕松讀取數(shù)字信號(hào)。

DHT22的特點(diǎn)

低成本

3 至 5V 電源和 I/O

轉(zhuǎn)換期間使用的最大電流為 2.5mA

0-100% 濕度讀數(shù)，精度為 2-5%

-40 至 125°C 溫度讀數(shù) ±0.5°C 精度

減緩

與 Arduino 的連接非常簡(jiǎn)單。我們將帶有 + 號(hào)的傳感器引腳連接到 Arduino 的 5V 或 3.3V 輸出。我們將帶有 - 符號(hào)的傳感器引腳連接到 GROUND。最后，我們將 OUT 引腳連接到 Arduino 的任何數(shù)字引腳。

為了在 Arduino 中使用 DHT22 傳感器，我們必須使用 DHT 庫(kù)。

https://github.com/adafruit/DHT-sensor-library

第 3 步：DS3231 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊

DS3231 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊顧名思義就是一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘。使用它的電池，它可以保持多年的時(shí)間，因?yàn)樗哂凶畹偷墓摹?/font>

DS3231 是一款低成本、極其精確的 I2C 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 (RTC)，具有集成的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器 (TCXO) 和晶體。該設(shè)備包含電池輸入，并在設(shè)備的主電源中斷時(shí)保持準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)。晶體諧振器的集成提高了設(shè)備??的長(zhǎng)期精度，并減少了生產(chǎn)線(xiàn)中的零件數(shù)量。

RTC 維護(hù)秒、分鐘、小時(shí)、星期、日期、月份和年份信息。對(duì)于少于 31 天的月份，月末的日期會(huì)自動(dòng)調(diào)整，包括閏年的更正。時(shí)鐘以 24 小時(shí)制或 12 小時(shí)制運(yùn)行，帶有 AM/PM 指示器。提供了兩個(gè)可編程的時(shí)間警報(bào)和一個(gè)可編程的方波輸出。地址和數(shù)據(jù)通過(guò) I2C 雙向總線(xiàn)串行傳輸。

模組成本極低；它的成本約為 2 美元，包括電池！我們將使用它來(lái)保持我們的氣象站項(xiàng)目的時(shí)間。

第 4 步：NRF24L01+：無(wú)線(xiàn)模塊

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NRF24L01 模塊是一種低成本的雙向收發(fā)器模塊。它將幫助您了解它的工作方式。

第 5 步：構(gòu)建發(fā)送器

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讓我們首先構(gòu)建發(fā)射器。

就是這樣，您的發(fā)射器已準(zhǔn)備就緒。現(xiàn)在讓我們繼續(xù)討論接收器。

第 6 步：構(gòu)建接收器

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為了構(gòu)建接收器，我們需要以下部分：

Arduino Due 或 Mega

DS3231實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊

DHT22溫濕度傳感器

NRF24L01+無(wú)線(xiàn)模塊

3.2" 彩色 TFT 顯示屏

面包板

7頭針

一些電線(xiàn)

首先，我們彎曲 7 個(gè)接頭引腳并將它們放置在一些 Arduino Due 引腳上。我們需要一個(gè)接地，一個(gè)接 3.3V。我們需要兩個(gè) I2C 引腳。我們需要從 6 到 8 的剩余 3 個(gè)數(shù)字引腳。我們還必須將三根電線(xiàn)焊接到 Arduino Due 引腳的硬件 SPI 引腳。我們需要 MOSI、MISO 和 SCK。仔細(xì)檢查圖表。我們將電線(xiàn)連接到插頭引腳，我們準(zhǔn)備好連接顯示器。

連接 DS3231

Arduino 3.3V 輸出上的 VCC 引腳

GND 引腳連接到 Arduino 的 GND 和

SDA（串行數(shù)據(jù)線(xiàn)）引腳到 Arduino 的 SDA 引腳和

SCL（串行時(shí)鐘線(xiàn)）引腳到 Arduino 的 SCL 引腳

連接 DHT22 傳感器

Arduino 3.3V 輸出上的 VCC 引腳

GND 引腳連接到 Arduino 的 GND 和

輸出引腳到 Arduino 的數(shù)字引腳 8

連接 NRF24L01 模塊

GND 引腳到 Arduino 的 GND

VCC 引腳到 Arduino 3.3V

Arduino 數(shù)字引腳 6 的第 3 個(gè)引腳

Arduino 數(shù)字引腳 7 的第 4 個(gè)引腳

我們焊接的第 5 個(gè)引腳到 SCK 引腳

我們焊接的第 6 個(gè)引腳到 MOSI 引腳

我們焊接的 MISO 引腳的第 7 個(gè)引腳

第 7 步：發(fā)送器代碼

首先，我們必須下載 RF24 庫(kù)，以使我們?cè)谑褂?NRF24L01 無(wú)線(xiàn)模塊時(shí)更輕松。我們還需要 DHT22 傳感器的 DHT 庫(kù)。

DHT22 庫(kù)：https ://github.com/adafruit/DHT-sensor-library

讓我們先看看發(fā)射器代碼。它發(fā)出一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中包含兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，即溫度和濕度。

為了建立通信鏈接，我們必須在兩個(gè)模塊之間創(chuàng)建一個(gè)“管道”。該管道需要有一個(gè)地址。兩個(gè)模塊都必須從同一個(gè)管道中寫(xiě)入和讀取才能進(jìn)行通信。這是我們?cè)诖a中定義的第一件事。我們將管道地址設(shè)置為“0”。接下來(lái)，我們定義要與其他模塊通信的通道。NRF24L01 芯片支持 126 個(gè)不同的通道。兩個(gè)模塊需要使用相同的通道才能相互通信。在此示例中，我使用通道 115。接下來(lái)，我定義我要使用模塊提供的最大發(fā)射功率。它使用更多功率，但擴(kuò)展了通信范圍。接下來(lái)我們定義傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率。我將其設(shè)置為 250Kbs，這是可能的最低數(shù)據(jù)速率，以實(shí)現(xiàn)更好的范圍。

在循環(huán)函數(shù)中，我們從傳感器讀取溫度和濕度值，將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，然后通過(guò)將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)寫(xiě)入管道來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。而已。您可以在本教程中找到附加的代碼。

第 8 步：接收方代碼

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現(xiàn)在讓我們看看接收器代碼。我們需要 4 個(gè)庫(kù)。首先，我們必須從此鏈接下載用于顯示的庫(kù)：

顯示庫(kù)：https ://github.com/Bodmer/TFT_HX8357_Due

下載庫(kù)后，您必須打開(kāi) User_Setup.h 文件。注釋第 13 行并取消注釋第 14 行，因?yàn)槲覀兊娘@示器使用的是 HX8357C 驅(qū)動(dòng)程序。現(xiàn)在我們可以繼續(xù)使用其他 3 個(gè)庫(kù)。我們需要一個(gè)庫(kù)用于實(shí)時(shí)時(shí)鐘，一個(gè)用于 DHT22 傳感器，最后一個(gè)用于無(wú)線(xiàn)模塊。

NRF24L01：https ://github.com/TMRh20/RF24

DHT22：https ://github.com/adafruit/DHT-sensor-library

DS3231：https ://github.com/SodaqMoja/Sodaq_DS3231

讓我們看一下代碼。如果尚未設(shè)置，我們要做的第一件事就是將時(shí)間設(shè)置到實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊。為了做到這一點(diǎn)，在setRTCTime 函數(shù)中輸入當(dāng)前日期和時(shí)間，取消注釋第setRTCTime 54 行的函數(shù)調(diào)用并將程序上傳到 Arduino。現(xiàn)在時(shí)間已定。但是我們必須再次注釋setRTCTime 該函數(shù)的調(diào)用并再次將程序上傳到Arduino。

接收器的代碼工作如下。在設(shè)置函數(shù)中，我們初始化所有傳感器和模塊并打印用戶(hù)界面。然后，在循環(huán)功能中，我們不斷檢查新的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)。如果有新數(shù)據(jù)，我們會(huì)將這些數(shù)據(jù)保存在變量中并在顯示器上打印出來(lái)。我們每分鐘讀取一次溫度和濕度，并且僅在值發(fā)生變化時(shí)才更新顯示。通過(guò)這種方式，我們可以進(jìn)一步減少顯示屏的閃爍！我還準(zhǔn)備了一個(gè)以華氏度顯示溫度的代碼版本。您可以在本教程中找到所附代碼的兩個(gè)版本。