Paiu Teofil : Weather Station

Proiectul consta in crearea unui sistem de monitorizare a temperaturi si umidități dintr-o încăpere si stocarea acestor informați într-o baza de date pentru a putea fi analizate in timp.

Pe lângă funcția de stocare acesta beneficiază de un ecran pentru afișajul actual, cat si o pagina web cu informațiile stocate in ultima ora de funcționare.

Idea a plecat de la nevoia de cunoaștere a spațiului in care locuim si acomodarea acestuia. Pe viitor dateleextrase pot fi folosite pentru controla diferite aparaturi pentru a crea un mediu comod.

Cred ca proiectul poate fi util si este o baza pentru pornirea diferitelor aplicați si automatizări ce țin de cunoașterea temperaturi si umidității din mediul înconjurător.

Celulele albastre reprezinta cele doua µC folosite ci anume Atmega328P (Arduino Uno R3) si ESP-8266 32bit (NodeMCU).

Celulele verzi reprezinta intrările care vor fi citite de µC in special semnalele butoanelor (prin întreruperi), senzorul de temperatura DTH11 (printr-un protocol definit in datasheet-ul sau) si o photorezistenta intr-un ansablu divizor de tensiune cu ajutorului functionalitati DAC.

Celula galbena reprezinta ieșirea µC reprezentata de un ecran LCD 16×02 pe care se vor afișa citirile actuale ale senzorului de temperatura.

Pentru realizarea designului hardware am folosit un tool numit Fritzing care mi-a oferit posibilitatea de a importa module proprii.

1 x Arduino Uno R3 cu Atmega328P
1 x NodeMCU cu ESP-8266 32bit
1 x DTH11 senzor
1 x photorezistenta
3 x Butoane
5 x Rezistenta 1kΩ
1 x Rezistenta 2kΩ
3 x Rezistenta 10kΩ
4 x Capacitorare ceramice 47nF
1 x LCD 1602 I2C
1 x Adaptor baterie 9V
30 x male-male jumping wires
4 x male-female jumping wires

P2 : Se conecteaza buton pentru schimbare valori unitati de masura a temperaturi.
P3 : Se conecteaza buton pentru activarea schimbari ceasului si selectia orei si minutelor.
P4 : Se conecteaza buton pentru incrementarea valori orei/minutelor.
P5 : Se conecteaza la portul TX al NODEMCU-ului.
P6 : Se conecteaza la portul RX al NODEMCU-ului.
P7 : Se conecteaza la pinul data al senzorului DTH22.
P10: Se conecteaza prin modul PWM la pinul jumper A al modulului I2C backpack.
A5 : Se conecteaza la pinul SCL a modulului I2C backpack
A3 : Se conecteaza la photorezistenta si se citeste valoarea analogica cu ajutorul DAC.
A4 : Se conecteaza la pinul SDA a modulului I2C backpack
VCC: Se conecteaza la toate dispozitivele care au nevoie
GND: Se conecteaza la toate dispozitivele care au nevoie este comun in tot circuitul

Am ales sa folosesc niște filtre RC pentru a reduce efectul de debouncing al butoanelor. Pentru valorile alese am folosit un calculator online (de aici) pentru a avea un timp de aproximativ 30 de milisecunde pana la activare.

Circuitul mai dispune de voltage divider (cu un factor de divizare 2/3) pentru a realiza comunicația intre Arduino (5V) si NodeMCU (3.3v) in mod sigur.

Conform datasheet-ului de la DHT11 acesta recomanda un condensator intre VCC si GND pentru a filtra alimentarea si o rezistentă pullup de 1kΩ pe data pin.Pentru butoane am ales rezistente de 10kΩ pentru a tine intrarea sus.

In acelasi software ca mai sus am realizat si un cablaj al intregului proiect asa cum a fost prezentat mai sus.

Am ales sa folosesc un o placa de cablaj de test pe care am lipit componente si 2 headeri de pini a cate 5 intrari fiecare pentru a conecta arduinoul si placa NODE MCU. Rezultatul final al acestei etape a fost cel din poza de mai jos.

Pe partea software exista doua firmware-uri diferite unul pentru Arduino Uno R3 si unul pentru NodeMCU ESP8266 32bit:

• cel de arduino este responsabil sa comunice cu senzorul DTH11, butoanele, photorezistenta si ecranul lcd 16×02 prin modulul. Aceasta logica se encapsuleaza in clasa Board prin diferite metode si atribute care vor fi discutate mai jos. Pe langa sarcina µC de a comunica cu toate aceste componente, mai are taskul de a comunica serial la fiecare secunda temperatura si umiditatea pe serial la BAUD 9600.

• cel de nodemcu este responsabil sa recepteze datele comunicate si sa stocheze pana la 100 de inregistrari, sa hosteze o pagina web statica care afiseaza aceste date intr-un grafic care se updateaza odata la 10 secunde.

Arduino Nano R3:

board.h

#ifndef BOARD_H
#define BOARD_H
 
#include <Arduino.h>
 
// module folosite in comunicarea cu ecranul LDC
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <Wire.h> 
 
// modul folosit in comunicarea cu arduino-ul
#include <SimpleDHT.h>
 
// toata logica senzorilor si modulelor de pe arduino
class Board {
public:
  Board(uint8_t lcdAddr, uint8_t lcdCols, uint8_t lcdRows, uint8_t backlightPin, uint8_t dhtPin,
uint8_t photoPin, uint8_t btn3Pin, uint8_t txPin);
 
  // getteri la variabilele private temp si humidity
  byte readTemperature();
  byte readHumidity();
 
  // functie initializeaza intreruperile, porturile  si comunicatile
  void begin();
 
  // functie ce citeste valorile senzorilor si updateaza ecranul
  void update();
 
private:
  // obiectele ecranului si a senzorului DTH11
  LiquidCrystal_I2C lcd;
  SimpleDHT11 dht11;
 
  // variabile pentru ora si minute 
  uint8_t hour, minute;
  unsigned long prev_millies;
 
  // variabilele pentru stocarea cititrilor
  byte temp, humidity;
 
  // diferiti pini ce se folosesc pentru a seta intreruperi sau a citi sau scrie valori
  uint8_t photoPin, backlightPin, dht_pin, btnIncrement, btnTime, btnTemp, txPin;
 
  // functie ce updateaza ecranul
  void updateScreen();
 
  // functii ce se ocupa de starea unei intreruperi
  void handleTime();
  void incrementX();
  void handleTemp();
};
 
// functile pe care le dau intreruperilor
void changeTemp();
void changeTime();
 
extern uint8_t setTime;
extern bool celsius;
 
#endif

NodeMCU ESP8266 32bit:

main.cpp

// include biblioteca server
#include <ESP8266WebServer.h>
 
// trebuie sa fie 2.4Gz
const char* ssid = "ssid_router";
const char* password = "password";
 
// pe portul 80 al placutei
ESP8266WebServer server(80);
 
// modelul unui punct 
struct SensorData {
    float temperature;
    float humidity;
    unsigned long timestamp;
};
 
// pagina http statica
String page = R"(
<html lang='en'>
<head>
    ...
</head>
<body>
    ...
</body>
</html>
)";
 
// dimensiunea si array-ul in care se stocheaza datele
const int dataSize = 100;
SensorData data[dataSize];
 
// endpoint catre pagina
void htmlIndex();
 
// cerere get pentru data
void handleData();
 
// conexiune wifi 
void connectToWiFi();
 
// seteaza routelele serverului si pornestel
void setupServer();

• LiquidCrystal_I2C.h
• Wire.h
• SimpleDHT.h
• Arduino.h
• ESP8266WebServer.h

In urma realizari proiectul se pot vizualiza rezultatele optinute la urmatorul video:

De asemenea o fotografie cu acesta:

si interfata web:

Arhiva se afla aici → Arhiva.zip

• Documentatia in format pdf
• https://garrysblog.com/2022/06/30/dimming-16x2-and-20x4-lcd-displays/
• https://www.youtube.com/watch?v=EfzZOiNBQmI&t=1s
• https://pdfcoffee.com/guidepdf-7-pdf-free.html