W E T T E R S T A T I O N
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1. Beschreibung des Projekts und seiner Komponenten 1.1. Arduino-kompatibles Board
1.2. Mini-Steckbrett.
1.3. Temperatur- und relativer Feuchtigkeitssensor 1.4. LCD-Bildschirm mit I2C-Adaptermodul
2. Montage des Projekts 2.1. Montage
2.2. Schaltplan 3. Programmierung
W E T T E R S T A T I O N
Haben Sie schon mal darüber nachgedacht, selbst eine Wetterstation zu bauen? Dann haben Sie sich bestimmt auch schon gefragt wie die einzelnen Bauteile in einer Wetterstation zusammen funktionieren.
Mit der Inputmakers Wetterstation machen Sie es möglich. Indem Sie alle Befehle des Programms verstehen, werden Sie Ihr Wissen über Technik und Programmierung erweitern und was am wichtigsten ist, Sie werden Spaß dabeihaben!
Mit der Inputmakers Wetterstation erfahren Sie mehr über:
• Das Arduino-kompatible Board.
• Das Mini-Steckbrett.
• Den Temperatur- und relativen Feuchtigkeitssensor Modell DHT11.
• Den LCD-Bildschirm mit I2C-Adaptermodul.
• Schaltungstechnik
• Programmierung
1. BESCHREIBUNG DES PROJEKTS UND SEINER KOMPONENTEN:
Die Wetterstation ist ein Technik Projekt, das dazu dient, die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit der Umgebung zu ermitteln. Ein Sensor misst diese Daten, das Arduino- kompatible Board verarbeitet sie und zeigt sie in Echtzeit auf dem Bildschirm an.
Die InputMakers Wetterstation besteht aus:
• Arduino-kompatiblem Board mit USB-Kabel
• Mini-Steckbrett
• Verbindungskabel zwischen Stecker und Stecker (2 Einheiten) und Stecker und Buchse (7 Einheiten)
• DHT11-Sensor
• LCD-Bildschirm mit I2C-Modul
• 9V Batterie
• Batterieanschluss
• Pappstücke
1.1. DAS ARDUINO-KOMPATIBLE BOARD:
Hierbei handelt es sich um einen kleinen Computer, der Informationen von verschiedenen Sensoren empfängt. Diese Sensoren sind sehr unterschiedlich, zum Beispiel: Temperatur und Luftfeuchtigkeit, Ton, Tasten, Endschalter usw.
Nachdem Sie ein Programm mit einer Reihe von Befehlen ausgeführt haben, senden wir die Ausgangssignale an verschiedene Geräte, zum Beispiel: eine LED, einen Motor, einen Summer und die Informationen die auf dem Bildschirm angezeigt werden ...
Diese Platte besteht aus:
• Einem Mikrocontroller.
• Digitalen Pins: 14 digitale Ein- / Ausgänge, die wir als Pins bezeichnen.
Jeder dieser Pins kann als Eingang oder Ausgang konfiguriert werden. Nur die 6 mit dem Symbol ~ können als PWM-Ausgang (Pulse Width Modulation) verwendet werden.
Innerhalb der digitalen Pins finden wir den RX SERIAL IN-Pin (Empfang) in Position 0 und den TX SERIAL OUT-Pin (Übertragung) in Position 1.
• 6 analoge Eingänge: Pins zum Lesen von analogen Signalen.
• Power Header.
• Externer Stromanschluss: Akzeptiert Spannungen zwischen 7 und 12V,
• USB-Anschluss (5V).
Digitale Pins
Mikrocontroller
Analoge Eingänge Power Header
USB-Anschluss
Externe
Spannungsversorgung
1.2. MINI STECKBRETT:
Eine flache Kunststoffkomponente mit Löchern, die durch Reihen verbunden sind. Sie wird verwendet, um elektronische Schaltkreise zusammenzubauen, ohne ihre Komponenten verlöten zu müssen. Dies vereinfacht den Arbeitsprozess, da Sie Komponenten und Schaltkreise so oft testen, zusammenbauen und zerlegen können, wie Sie möchten.
In unserem Fall verwenden wir das Mini-Steckbrett, da uns wenig Platz zur Verfügung steht.
Wir können das Steckbrett in zwei identische Bereiche unterteilen, die durch eine zentrale Nut getrennt sind. In jeder Zone sind die Löcher in jeder der Reihen elektrisch miteinander verbunden. Jede Reihe ist jedoch elektrisch von den anderen isoliert, wie nachstehend erläutert wird.
Wir werden das Mini-Steckbrett verwenden, um die aus dem Widerstand und dem Summer gebildete Baugruppe zusammenzubauen.
1.3. TEMPERATUR UND RELATIVER FEUCHTIGKEITSSENSOR:
Die Komponente oder das Eingabegerät, mit der wir Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit messen können.
DIE LÖCHER IN DER GRÜNEN SPALTE SIND ELEKTRISCH MIT JEDEM ANDEREN LOCH
VERBUNDEN, ABER VON DEN ANDEREN ISOLIERT, ZB VON DEM BLAUEN.
Der DHT11-Sensor liefert uns das digitale Eingangssignal. Seine Hauptmerkmale sind:
Temperaturmessung Von 0°C bis 50°C (± 2°C bis 25°C) Messung der relativen
Luftfeuchtigkeit Maßnahmen zwischen 20% und 80% (±
5°C zwischen 0°C und 50°C) Versorgung Zwischen 3,5 V und 5 V.
In Bezug auf den Eingang:
Wir wissen, dass Temperatur und Luftfeuchtigkeit physikalische Größen und daher analoge Signale sind. Der DHT11-Sensor wandelt jedoch von analog zu digital um und liest folglich ein digitales Signal. Für die Neugierigsten wird die Transformation wie folgt durchgeführt: Der Datenrahmen zum Übertragen der Informationen besteht aus 40 Bits, die wie folgt geordnet sind:
• Erste Gruppe von 8 Bits: entspricht dem ganzzahligen Teil der Temperatur.
• Zweite Gruppe von 8 Bits: entspricht dem Dezimalteil der Temperatur.
• Dritte Gruppe von 8 Bits: entspricht dem ganzzahligen Teil der relativen Luftfeuchtigkeit.
• Vierte Gruppe von 8 Bits: Entspricht dem Dezimalteil der relativen Luftfeuchtigkeit.
• Fünfte Gruppe von 8 Bits: die sogenannten Paritätsbits. Sie werden verwendet, um zu bestätigen, dass keine beschädigten Daten vorhanden sind. (Es wird überprüft, dass die Summe der ersten 4 Gruppen als Ergebnis die Paritätsbits ergeben).
o Beispiel :
- Temperatur : 40,5 ° C.
- Relative Luftfeuchtigkeit : 26,8%
0101000 + 00000101 + 00011010 + 00001000 = 01001111
40 + 5 + 26 + 8 = 79 8 Bit relative
Luftfeuchtigkeit (Dezimalteil) 8 Bit relative
Luftfeuchtigkeit (ganzzahliger)
Teil) 8 Bit Temperatur
(ganzzahliger Teil)
8 Temperaturbits
(Dezimalteil) 8 Bits Parität
1.4. LCD-ANZEIGE MIT I2C-ADAPTERMODUL:
Das ist die Komponente oder das Ausgabegerät, mit der wir die Informationen zu Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit lesen können. Um die Kommunikation und Verbindung unserer Arduino-kompatiblen Karte mit dem LCD-Bildschirm zu erleichtern, verwenden wir das I2C-Adaptermodul. In unserem Fall sind beide Elemente bereits gelötet.
Im I2C-Modul können wir Folgendes beobachten:
• Jumper-Backlight: Ermöglicht es Ihnen, den Bildschirm abzudunkeln oder die grüne Hintergrundfarbe beizubehalten.
• Ein Potentiometer zum Einstellen des Kontrasts des Displays.
• Die Verbindungsstifte: Vcc (5 V), GND, SDA und SCL.
In Bezug auf den Ausgang: Der Ausgang wird auch digital sein, da wir eine Reihe von Werten auf dem LCD-Bildschirm unter Verwendung des I2C-Protokolls anzeigen (2- Draht-Steuerbus, SDA für Daten und SCL, der die Uhr steuert).
Modul I2C
Jumper Backlight
Potentiometer
Anschlusspins
2. PROJEKTZUSAMMENBAU:
2.1. MONTAGE:
* Es wird empfohlen, heißes Silikon zu verwenden, um die verschiedenen Teile des Projekts zu verkleben.
a) Die Teile des Projekts müssen entlang der gestrichelten Linien gefaltet werden.
Drücken Sie mit der Kante eines Lineals auf diese Linie und biegen das Stück.
b) Montieren Sie das Kartonstück A. Wir kleben die Seitenklappen mit heißem Silikon und / oder Weißleim.
c) Kleben Sie das Stück Pappe B auf die Klappen von Stück A. Nun können wir den Deckel bequem öffnen und schließen.
Achtung! Wir möchten, dass die Box geöffnet und geschlossen werden kann.
Verkleben Sie nicht alle Klappen, nur die angegebenen.
Kartonstück A.
Kartonstück A.
Kartonstück B.
d) LCD-Bildschirmverbindung. Denken Sie daran, dass der LCD-Bildschirm bereits mit dem gelöteten I2C-Modul geliefert wird. Er zeigt die herzustellenden Verbindungen an:
(Auf Seite 12 finden Sie das Diagramm aller Verbindungen. Sie können es als Referenz verwenden.)
I2C-MODUL ANSCHLÜSSE AN DEM
BOARD ODER DEM MINI STECKBRETT
GND (Masse oder Minuspol) GND negative Reihe auf Mini-Steckbrett
Vcc (Pin für Strom) 5V positive Reihe auf
Mini-Steckbrett SDA (serielle Daten: Verbindung, über die
die Informationen übertragen werden) Analoger Pin 4 (A4) auf der Platine
SCL (serielle Uhr: Definiert die
Kommunikationsgeschwindigkeit) Analoger Pin 5 (A5) auf der Platine
Hersteller verwenden zwei Arten von Chips für das I2C-Modul. Je nachdem, welches Chipmodell mit der einen oder anderen Adresse geliefert wird, verfügt Ihr Modul möglicherweise über den PCF8574T-Chip oder den PCF8574AT-Chip.
Stellen Sie sicher, dass die richtige Adresse (die Adresse, die zu Ihrem Modul gehört) in das Programm aufgenommen wird.
CHIP PFC8574 ADRESSE ADRESSE)
PFC8574T 0x27
PFC8574AT 0x3f
e) Anschluss des DHT11-Sensors
Führen Sie die Kabel zum DHT11-Temperatursensor durch das Loch in der
Abdeckung und verbinden sie mit dem Sensor. Der DHT11-Sensor verfügt über drei Anschlussstifte, die verbunden werden:
DHT11 SENSOR ANSCHLÜSSE AN DER BOARD ODER DEM MINI STECKBRETT
Pin markiert S (Zeichen) Digitale Pin Nummer 9 auf der Platine
(Er wird das Zeichen lesen).
Pin mit negativem Vorzeichen
markiert (-) GND negative Reihe auf Mini- Steckbrett
Nicht markierter Mittelstift.
(Es entspricht positiv)
5V positive Reihe auf Mini- Steckbrett
f) Montieren Sie das Kartonstück C oben auf der Schachtel. Dies hilft uns, den DHT11-Temperatursensor zu schützen. Wir kleben den DHT11- Temperatursensor mit heißem Silikon auf Teil C, damit er sich nicht bewegt.
Schließlich kleben wir diese Teile an den Rest des Kastens, der die Wetterstation bildet.
2.2. SCHALTUNGSKARTE:
* Alle unsere Programme sind mit freier Software und Open Source Fritzing konzipiert (Fritzing ist Open Source, freie Software).
Positive Reihe
Negative
Reihe
Programmierung:
1. Laden Sie das Arduino IDE-Programm (kostenlose Software) von der offiziellen Arduino-Website herunter und installieren Sie es auf Ihrem Computer.
2. Sobald das Programm korrekt installiert ist, müssen wir verschiedene Bibliotheken installieren, damit es ordnungsgemäß funktioniert.
Aber vorher, was ist eine Bibliothek? Es ist eine Code-Datei, die wir in unser Programm einbinden und uns neue Funktionalitäten ermöglicht.
Wir werden hinzufügen:
- die DHT.h-Bibliothek für den DHT11-Sensor.
- die Adafruit_Unified_Sensor-Bibliothek, da sie eine Abhängigkeit von der DHT- Bibliothek ist.
- die NewLiquidCrystal-Bibliothek für den LCD-Bildschirm mit dem I2C-Modul.
Dies ermöglicht uns den Betrieb dieser Komponenten.
Wie fügen wir sie hinzu?
Für die DHT.h-Bibliothek
- Gehen wir zu: Extras> Bibliotheken verwalten - Der Bibliotheks-Manager wird angezeigt.
- Sie geben die Suche "DHT sensor library" ein. Sie suchen danach und
installieren es. Es ist möglich, dass ein Dialogfeld angezeigt wird, in dem Sie um Erlaubnis zur Installation anderer erforderlicher verwandter Bibliotheken
gebeten werden. In diesem Fall installieren Sie alles (Alle installieren).
Für die Adafruit_Unified_Sensor-Bibliothek
- Sie kehren zurück zu: Extras> Bibliotheken verwalten - Der Bibliotheksmanager wird angezeigt.
- Sie geben die Suche "Adafruit_Unified_Sensor" ein. Sie suchen danach und installieren es weiter.
Für die NewLiquidCrystal-Bibliothek ist es nicht möglich, sie mit dem
Bibliotheksmanager hinzuzufügen, daher muss sie manuell installiert werden.
Dazu können Sie auf den Link gehen:
https://github.com/fmalpartida/New-LiquidCrystal
Sie laden es herunter, indem wir die grüne Schaltfläche (Code)> Download ZIP anzeigen
Sie werden eine Datei im ZIP-Format in den Download-Ordner Ihres Computers herunterladen.
Dann entpacken Sie diese Datei. Es wird ein neuer Ordner generiert, der die verschiedenen Dateien enthält, aus denen die Bibliothek besteht. Sie kopieren
diesen Ordner und fügen ihn in den Ordner "Bibliotheken" im Ordner "Arduino"
ein.
Fertig, es ist bereits installiert!
3. Verbinden Sie die Karte mit dem USB-Kabel mit dem Computer.
4. Überprüfen Sie, ob Sie das Modell des Arduino / Genuino Uno-Boards ausgewählt haben.
Gehen wir zu: Tools> Board: "Arduino / Genuino Uno"
Die Karte ist standardmäßig angeschlossen, es ist jedoch wichtig zu überprüfen, ob sie richtig ausgewählt ist. Wenn nicht, funktioniert das Programm bei Ihnen nicht.
5. Überprüfen Sie, ob die Karte an den USB-Anschluss angeschlossen ist.
Tools> Anschluss: usbserial (standardmäßig wird eine Verbindung hergestellt).
6. Überprüfen Sie, ob Sie im Programm die richtige Adresse (Adresse) angegeben haben, die dem Chipmodell Ihres I2C-Moduls entspricht.
• 0x27, wenn Sie das Modell PCF8574T haben
• 0x3f, wenn Sie das Modell PCF8574A haben
7. Schreiben Sie den Programmcode (Seiten 17 und 18) in die Arduino IDE.
Wir empfehlen, es von Hand zu kopieren, um das, was wir programmieren, besser zu verinnerlichen. Wenn Sie vergessen, ein Komma, Klammern usw. zu schreiben, wird ein Syntaxfehler angezeigt. Überprüfen Sie diesen Fehler in der Zeile, die das Programm markiert.
Wenn Sie sich entscheiden, den Code zu kopieren und einzufügen, wird er je nach PDF-Reader möglicherweise nicht korrekt kopiert, wobei eine
Programmierzeile verloren geht. In diesem Fall können Sie den Code jederzeit in Teile kopieren und einfügen oder durch Schreiben des nicht korrekt eingefügten Teils vervollständigen.
Selbst wenn Sie sich entscheiden, das Programm zu kopieren und einzufügen, versuchen Sie, jede Codezeile zu verstehen. Dafür finden Sie die Erklärung im
Alles rechts von // oder zwischen / * und * / wird vom Programm nicht ausgeführt.
8. Drücken Sie das VERIFY-Symbol, um sicherzustellen, dass das Programm keine Fehler im Code enthält. Wenn die Überprüfung korrekt ist und wir nicht haben
Kein Fehler, klicken Sie auf das UPLOAD-Symbol.
Jetzt haben Sie das Programm auf die Platte hochgeladen, die Temperatur- und relativen Luftfeuchtigkeitswerte werden auf dem LCD-Bildschirm angezeigt.
Stellen Sie den Displaykontrast mit dem Potentiometer am I2C-Modul ein.
9. Sobald das Programm auf die Karte hochgeladen wurde, können Sie es vom USB- Kabel trennen und mit der 9-V-Batterie versorgen.
Erläuterungen zur Programmierung in der Arduino IDE:
Wenn Sie mit der Programmierung nicht vertraut sind, machen Sie sich keine Sorgen, jetzt geben wir Ihnen eine Reihe grundlegender Ideen, anhand derer Sie beginnen können, zu verstehen, worum es geht.
Es gibt verschiedene Programmiersprachen, von denen einige anderen ähnlicher sind.
Nehmen wir jedoch an, dass die in Arduino verwendete Sprache einer der in der Programmierung am häufigsten verwendeten Arten von Sprachen, der C ++ - Sprache, sehr ähnlich ist.
Es dauert Minuten, bis sich diejenigen, die wissen, wie man in C ++ programmiert, an die Arduino IDE anpassen können.
Was Sie im Code eines Programms in der Arduino IDE finden, besteht im Allgemeinen aus 3 Teilen:
1. Der erste Teil, in dem die zur Ausführung des Programms und der Variablen erforderlichen Bibliotheken enthalten sein werden, wird definiert.
2. Im zweiten Teil, dem Void-Setup, definieren Sie hier, ob die Arduino-Pins Eingangs- oder Ausgangsvariablen entsprechen (mit dem Befehl pinMode) und initialisieren Systemelemente wie Sensoren, Bildschirme ...
3. Im dritten Teil, der Void-Schleife, implementieren wir die erforderlichen Befehle, damit das Programm das tut, was wir wollen.
Je nach Programm und Programmierer können Abweichungen auftreten.
Auf der nächsten Seite finden Sie das Programm.
Hier ist das Programm:
/ * InputMakers
Meteorologisches Stationsprojekt.
Programm zur Anzeige der Temperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit auf dem LCD-Bildschirm über den DHT11-Sensor.
Anleitung:
Verbinden Sie den Signalstift des DHT11-Sensors mit dem Digitaleingang 9.
Es ist erforderlich, die DHT-Bibliothek herunterzuladen, um diesen Sensor verwenden zu können.
Denken Sie daran, dass wir einen LCD-Bildschirm verwenden, der von einem seriellen I2C-Modul gesteuert wird
* /
#include <Wire.h> // Wir enthalten die Wire.h-Bibliothek, die die Kommunikation mit dem I2C-Protokoll herstellt.
#include <LiquidCrystal_I2C.h> // Wir fügen die Bibliothek hinzu, um den LCD- Bildschirm mit dem I2C-Modul zu verwenden.
LiquidCrystal_I2C lcd (0x27, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE); // Stellen Sie die Adresse / Verbindung des LCD-Bildschirms und des I2C-Moduls mit dem Arduino ein (stellen Sie die LCD-I2C-Adresse ein). Wenn es nicht funktioniert, überprüfen Sie diese Adressen: 0x3f (PCF8574AT-Chip) oder 0x27 (PCF8574T-Chip).
#include "DHT.h" // Wir schließen die DHT-Sensorbibliothek ein.
#define DHTPIN 9 // Wir definieren den digitalen Pin, an dem wir den Sensor verbinden, in diesem Fall an den digitalen Pin 9.
#define DHTTYPE DHT11 // Wir definieren den Sensortyp.
DHT dht (DHTPIN, DHTTYPE); // Wir initialisieren den DHT11-Sensor.
void setup () {
lcd.begin (16,2); // Wir initialisieren die Anzeige mit 16 Zeichen und 2 Zeilen.
dht.begin (); // Wir initialisieren den DHT-Sensor.
}
void loop () {
int h = dht.readHumidity (); // Wir definieren die Ganzzahlvariable h und lesen die Luftfeuchtigkeit.
int t = dht.readTemperature (); // Wir definieren die Ganzzahlvariable t und lesen die Temperatur.
lcd.clear (); // Entfernen Sie alle Symbole vom LCD.
lcd.setCursor (0,0); // Platziert den ersten Buchstaben in Segment 0 von Zeile 1 (es beginnt mit dem Zählen von 0).
lcd.print ("Relative Luftfeuchtigkeit"); // Relative Luftfeuchtigkeit auf dem Bildschirm drucken.
lcd.setCursor (6,1); // Positioniere den ersten Buchstaben in Segment 6 von Zeile 2 (es beginnt ab 0 zu zählen).
lcd.print (h); // Drucke die Luftfeuchtigkeit auf dem Bildschirm.
lcd.print ("%"); //% auf dem Bildschirm drucken.
delay (2500); // Programm 2,5 Sekunden anhalten.
lcd.clear (); // Entfernen Sie alle Symbole vom LCD.
lcd.setCursor (3.0); // Positioniere den ersten Buchstaben in Segment 3 von Zeile 1 (es beginnt ab 0 zu zählen).
lcd.print ("Temperatur"); // Drucktemperatur auf dem Bildschirm.
lcd.setCursor (6,1); // Positioniere den ersten Buchstaben in Segment 6 von Zeile 2 (es beginnt ab 0 zu zählen).
lcd.print (t); // Drucke die Temperatur auf dem Bildschirm.
lcd.print ("C"); // Auf Bildschirm C drucken.
delay (2500); // Programm 2,5 Sekunden anhalten.
lcd.setCursor (0,0); // Platziert den ersten Buchstaben in Segment 0 von Zeile 1 (es beginnt mit dem Zählen von 0).
lcd.print ("Readings:"); // Messwerte auf dem Bildschirm drucken.
delay (2500); // Programm 2,5 Sekunden anhalten.
}
Herzlichen Glückwunsch, Sie haben jetzt eine Wetterstation von Grund auf selbst gebaut!
Wir vom InputMakers-Team möchten Ihnen gratulieren, dass Sie die Gelegenheit hatten, etwas Neues zu lernen. Wir hoffen, Sie hatten genauso viel Spaß bei der Erstellung Ihrer WETTERSTATION wie bei der Vorbereitung.
Hier eine Reihe von Punkten zu den wichtigsten Konzepten, die Sie in diesem Projekt gelernt haben:
• Das Arduino-kompatible Board
• Das Mini-Steckbrett
• Der Temperatur- und relative Feuchtigkeitssensor Modell DHT11
• Der LCD-Bildschirm mit I2C-Adaptermodul
• Analoge Eingänge
• Montage der Schaltung
• Programmierung in der Arduino IDE
Grüße vom InputMakers-Team und lernen Sie weiter!
* Die Schaltpläne und Abbildungen, die mit freier und Open-Source-Fritzing-Software (Fritzing ist Open-Source-Software) erstellt wurden, sind unter Creative Commons Namensnennung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen CC By-SA lizenziert. Der Rest des Handbuchs ist allen Rechten vorbehalten.
