Погодная станция с часами (за полчаса)

Сегодня мы создадим погодную станцию, которая будет работать с двумя внешними датчиками Oregon (THGN132N - температура и относительная влажность), измерять температуру, атмосферное давление и относительную влажность внутри помещения.
Дополнительно оснастим ее часами реального времени (для удобства и оставим некоторый "задел на будущее").

Отображение температуры, влажности и состояния элемента питания датчика

Функционирование реализуем следующее:

1. На дисплее циклически будет отображаться:
• Текущее время, день недели, дата
• Атмосферное давление, температура и относительная влажность внутри помещения
• Температура, относительная влажность с внешних датчиков и информация о состоянии их батарей
2. Принудительное переключение между режимами отображения с помощью кнопки.
3. Для всех параметров (температура, влажность, давление) будем отслеживать тренд изменения (увеличивается, стабильно, понижается) и рядом с конкретным значением будем показывать эту информацию в виде специальных значков.
4. В качестве уличных датчиков будем использовать покупные Oregon THGN132N.
5. Когда приходит информация от уличного датчика - будем индицировать это кратковременным зажиганием светодиода.

Для достижения быстрого результата нам потребуется:

• Ардуино (или любой клон) с 328 "камушком" - 1 шт.,
• Датчик Oregon THGN132N - 2 шт., 
• Grove Base Shield - 1 шт.,
• Дисплей 16х2 с последовательным интерфейсом (серии Grove) - 1 шт.,
• Модуль RTC на базе DS1307 (серии Grove) - 1 шт.,
• Датчик температуры и влажности DHT11 (серии Grove) - 1 шт.,
• Модуль кнопки (серии Grove) - 1 шт.,
• Модуль светодиода (серии Grove) - 1 шт.,
• Высокоточный датчик давления BMP085 (серии Grove) - 1 шт.,
• RF-кит (приемник и передатчик) на частоту 433МГц (серии Grove) - 1 шт. 
• 4-х контактный кабель (серии Grove) - 7 шт.,

Комплектующие серии Grove очень удобно соединять между собой - достаточно взять модуль, подключить к нему соответствующий кабель и дальше этот кабель подсоединить в необходимый разъем на шилде. Таким образом есть некоторая "защита от дурака" - сложно перепутать контакты питания между собой и скорость монтажа просто потрясающая - нашу "погодную станцию" можно собрать за пару минут.

Большая часть необходимых нам комплектующих входит в Grove Starter Kit.

В случае, если у вас нет комплектующих данной серии - ничего страшного, вы можете использовать их аналоги и разместить их, например, на беспаечной макетной плате (в статье мы опишем, к каким конкретно пинам будет осуществляться подключение).

Частично собранная "метеостанция" и датчик Oregon

Аппаратная конфигурация

1. Подсоединяем дисплей к разъему 5 (здесь и далее разъемы согласно нумерации на схеме шилда) - будем использовать D5 и D6, как TX и RX.
2. Датчик для измерения внутренней температуры и влажности (DHT11) подключаем к разъему 4 - используем D4.
3. Модуль кнопки - в разъем 3 - используем D3.
4. RF-приемник на 433МГц подключаем к разъему 2 - используем D2.
5. Модуль светодиода подключаем к разъему 13 - используем D13.
6. Модуль RTC подключаем к разъему IIC (SDA - A4, SCL - A5).
7. Модуль барометра BMP085 - тоже к разъему IIC (SDA - A4, SCL - A5).

Последние два модуля фактически получаются подключенными параллельно (это нормально).

Быстросборный "паук".
Модули (по часовой стрелке, начиная с самого верхнего): RTC, LED, Button, DHT11, Serial LCD, RF-приемник (антенна в виде спирали), BMP085. В центре виден Base-шилд.

Датчики THGN132N так же необходимо подготовить - на одном из них выбрать (переключателем под крышкой батарейного отсека) канал 1 (это будет первый уличный датчик), а на втором, соответственно, надо выбрать 2 канал.

Переключатель каналов под крышкой батарейного отсека

На этом наша "аппаратная платформа" полностью готова.

Программная часть

В качестве основы для общего кода будем использовать примеры использования конкретных датчиков (и их библиотеки, если они необходимы).

В конце статьи есть ссылка на архив, содержащий скетч нашей метеостанции и необходимые библиотеки.

Сложность возникает с датчиками Oregon, но благодаря тому, что датчики эти доступны по цене (от 600 рублей) и обладают хорошими характеристиками, энтузиасты  не прошли мимо протокола их работы и неплохо его разобрали. Более подробно работа с датчиками описана в этой заметке на habrahabr.ru (повторяться не будем).

Особенности:

• Для хранения информации о текущих значениях датчиков используется два массива t[4] и  h[4] (температура и влажность, соответственно). Значения давления храним в соответствующем элементе массива вместо влажности.
• Для вычисления трендов используется массивы предыдущих значений PrevTemp[] и PrevHym[]. Сами же параметры, характеризующие рост (или спад) того или иного параметра задаются с помощью директив (можно изменить под свои личные предпочтения):
• #define DELTA_TIME 900000 // 15 минут - период расчета трендов
• #define DELTA_TEMP 0.1    // превышение этого значения будет означать изменение температуры - 0.1 градуса
• #define DELTA_HYM 1       // порог для влажности 1 процент
• #define DELTA_BAR 1       // порог для давления 1 мм.рт.ст.
• Для определения температуры внутри помещения используем значения с датчика BMP085, как более высокоточного по сравнению с DHT11.
• Из-за того, что дисплей не поддерживает кириллицу и нельзя "создать" собственные символы, для отображения трендов и состояния элементов питания будем использовать символы из набора доступных.
• Получение параметров от датчиков Oregon происходит по мере того, как датчики передают о себе информацию (примерно 1 раз в 40 секунд).
• Остальные измерения происходят в момент обновления экрана (в автоматическом режиме 1 раз в 20 секунд или в ручном режиме при нажатии на кнопку).

Примеры отображения информации на экране:

Текущее время, день недели и дата

Атмосферное давление и температура и влажность внутри помещения.
Атмосферное давление и влажность растут (обозначено значком "^")

Отображение информации с датчиков Oregon (первый датчик находится на улице, второй - дома).
Уличная температура - понижается (обозначено значком "_"), остальные параметры - повышаются.
Состояние элементов питания в датчиках - в норме (для обоих).

Вот, собственно, и все - наша погодная станция готова и функционирует.

Что можно было бы еще добавить:

• Фиксацию минимальных и максимальных значений с отображением даты/времени, когда они были зафиксированы;
• Функцию "будильник" (один или несколько), но для этого нужно еще добавить "пищалку" и переделать управление с кнопки, например, на джойстик  или сенсорное управление;
• Добавить Ethernet-шилд и организовать доступ к данным через веб и т.п.

Архив с полным кодом скетча и необходимыми библиотеками.

Если у вас возникают какие-то вопросы, замечания, пожелания - оставляйте их в комментариях к данной статье.

Как это работает:

Продолжение: оснастим нашу погодную станцию web-интерфейсом.