自制一個(gè)簡(jiǎn)單的氣象站

該項(xiàng)目是一個(gè)完整的 DIY 氣象站，將其數(shù)據(jù)提交到“THINGSPEAK”網(wǎng)站，可以從任何瀏覽器查看。

介紹

這個(gè)項(xiàng)目有 4 個(gè)溫度傳感器——1 個(gè)在室外，3 個(gè)在關(guān)鍵位置。當(dāng)溫度過(guò)冷時(shí)，這些讀數(shù)用于控制補(bǔ)充加熱器，防止我那陳舊歷史的房子里的管道凍結(jié)。還有一個(gè)超聲波距離傳感器安裝在托梁上，如果發(fā)生洪水，它可以測(cè)量水位。該項(xiàng)目重新點(diǎn)燃了建立自己的氣象站的長(zhǎng)期夢(mèng)想。它現(xiàn)在已經(jīng)成為相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，有 3 個(gè)獨(dú)立的微控制器進(jìn)行通信，最后將數(shù)據(jù)發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)。

第 1 步

我從手頭已有的 DHT22 溫濕度傳感器和 Arduino Nano 開(kāi)始。然后我建立了一個(gè)“Tipping Bucket”雨量計(jì)，緊隨其后的是風(fēng)速計(jì)。風(fēng)速計(jì)和雨量計(jì)都使用霍爾效應(yīng)傳感器和磁鐵進(jìn)行檢測(cè)。我還添加了氣壓模塊和實(shí)時(shí)時(shí)鐘。

接下來(lái)，我建造了一個(gè)通風(fēng)的盒子來(lái)容納 DHT 和氣象站電路，并將所有東西都安裝在離我家大約 100 英尺的柵欄上。在這個(gè)階段，所有數(shù)據(jù)都只通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送到我的手機(jī)，所以我還添加了一個(gè)射頻發(fā)射器（433Mhz）。

第 2 步

接下來(lái)我還構(gòu)建了數(shù)據(jù)接收器。我拿了一個(gè)超外差射頻接收器模塊，為它建造了一個(gè)拋物面天線，并將它連接到我桌子上的 Arduino MEGA 類型板上，監(jiān)控我的“Crawlspace Buddy”，并解析/處理數(shù)據(jù)。

我決定 MEGA 將成為我計(jì)劃中的幾個(gè)家庭監(jiān)控項(xiàng)目的數(shù)據(jù)/控制中心。MEGA 在下面的照片中，埋在 MEGA 原型防護(hù)罩下，LCD 安裝在 UNO 防護(hù)罩上。

第 3 步

最后，我需要實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目鏈中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)——將它連接到互聯(lián)網(wǎng)，這樣我就可以從世界任何地方監(jiān)控我家的天氣。在使用 ESP8266 模塊和分線板幾個(gè)小時(shí)后，我決定尋找一個(gè)單獨(dú)的基于 ESP8266 的開(kāi)發(fā)板。根據(jù)我讀過(guò)的幾篇文章，我認(rèn)為 NodeMCU 的開(kāi)發(fā)板聽(tīng)起來(lái)是我的最佳選擇，并且在Amazon上搜索發(fā)現(xiàn)了一個(gè)“氣象站套件”，其中包括一個(gè) NodeMCU ESP8266 開(kāi)發(fā)板、一個(gè) DHT11 溫度/濕度傳感器和 a.96 “ OLED 顯示器。

它將從“Weather Underground”中檢索天氣和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，從時(shí)間服務(wù)器中校正時(shí)間。然后它將溫度和濕度讀數(shù)從 DHT 發(fā)送到“ 并將必要的代碼添加到 NodeMCU 程序中。每 10 分鐘一次，它會(huì)收到來(lái)自 MEGA 的數(shù)據(jù)摘要，并將其提交給“Thingspeak”網(wǎng)站。這是我的公共頻道的鏈接，其中包含我的實(shí)時(shí)天氣數(shù)據(jù)。 https://thingspeak.com/channels/463187

需要解決的問(wèn)題

作為任何復(fù)雜項(xiàng)目的典型特征，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中必須解決一些問(wèn)題。對(duì)于該項(xiàng)目，室外站的電力是一個(gè)主要問(wèn)題。我目前使用 3.7v 18650 型電池為監(jiān)控站供電。我最終想結(jié)合太陽(yáng)能充電，但這預(yù)計(jì)將在以后實(shí)現(xiàn)。目前，我只是監(jiān)控電壓，并在需要時(shí)更換電池。

事實(shí)證明，這些電池的工作范圍基本上是線性的，我在完全充電時(shí)使用 8.4v，在 7.4v放電時(shí)，電壓開(kāi)始以更快的速度下降。我使用降壓轉(zhuǎn)換器將其降到系統(tǒng)的 5v 穩(wěn)壓電壓，這 5v電壓還通過(guò) OptoMOS 繼電器連接到升壓調(diào)節(jié)器的輸入到輸出 9.6v 到發(fā)射器。該電源僅在每分鐘一次數(shù)據(jù)包的實(shí)際傳輸期間打開(kāi)。（每個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)送 2 次以幫助防止數(shù)據(jù)丟失，因?yàn)檫@只是一種單向射頻鏈路。）

為了最大限度地延長(zhǎng)電池壽命，我還實(shí)現(xiàn)了睡眠/省電，斷開(kāi) Nano 上 LED 的電阻，并消除板載調(diào)節(jié)器。這使我在省電模式下的功耗降至約 11 mA，在正常操作期間為 16 mA，在 RF 傳輸期間約為 24 mA。由于風(fēng)速和雨量讀數(shù)都是由中斷生成的，為了保持風(fēng)速測(cè)量的準(zhǔn)確性，Nano 僅在風(fēng)速計(jì) 10 秒內(nèi)沒(méi)有輸入脈沖時(shí)才會(huì)進(jìn)入省電模式。使用當(dāng)前的設(shè)置，在我必須更換它們之前，我可以在一組充滿電的電池上使用大約 48-60 小時(shí)。風(fēng)對(duì)潛在的電池壽命產(chǎn)生顯著影響，因此范圍很廣。

結(jié)論

這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)占用了我大約 3 個(gè)月的空閑時(shí)間，可能還需要更多的時(shí)間才能完全實(shí)施。我想添加一個(gè)風(fēng)向標(biāo)來(lái)監(jiān)測(cè)風(fēng)向。它具有的另一個(gè)“功能”是一組紫外線 LED，不過(guò)由于電流消耗很大，我很少打開(kāi)它。它們照在風(fēng)速計(jì)上，風(fēng)速計(jì)的一個(gè)杯子上涂著綠色熒光漆。當(dāng)它在晚上打開(kāi)時(shí)，你會(huì)看到一個(gè)小小的綠色光球來(lái)回浮動(dòng)。這樣做的目的是為了給路人一些幫助。