Proiect WiFi Weather Station

robofunfan mai 1, 2016 Scrie un comentariu

Proiectul se bazează pe senzorul Bosch BME280 – senzor integrat de mediu – capabil să măsoare presiunea atmosferică, temperatura în grade C și umiditatea aerului și să ofere, prin intermediul funcțiilor bibliotecii software, temperatura în grade F, altitudinea în metrii / picioare. Cu alte cuvinte, acest senzor este o mică stație meteo într-un singur circuit integrat fiind unul dintre cele mai avansate circuite de acest tip.

BME_280

https://www.bosch-sensortec.com/bst/products/all_products/bme280

Având în vedere formatul extrem de mic (2.5mm x 2.5mm) pentru a putea utiliza acest circuit în cadrul montajului nostru vom folosi modulul Sparkfun Breakout BME280.

BME280Breakout
https://www.robofun.ro/senzori/vreme/sparkfun-atmospheric-sensor-breakout-bme280

Senzorul poate fi conectat la o placă de dezvoltare utilizând magistrala I2C sau SPI (la alegere) și funcționează la tensiunea de alimentare de 3.3V – nu suportă niveluri logice de 5V. Dacă dorim să utilizăm acest senzor cu o placă de dezvoltare ce funcționează la 5V (Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Leonardo) este necesară utilizarea unui convertor de nivel (3.3V-5V):

https://www.robofun.ro/electronice/generale/logic-level-converter-bi-directional .

Senzorul poate fi utilizat fără probleme cu plăci de dezvoltare ce funcționează la 3.3V, câteva exemple:

Arduino Pro Mini 328 – 3.3V/8MHz

https://www.robofun.ro/arduino/arduino_pro_mini_328_8mhz

Pro Micro 3.3V/8MHz – ATMega 32U4

https://www.robofun.ro/arduino/pro-micro-3-3v-8mhz

Arduino Due

https://www.robofun.ro/arduino/arduino-due

Arduino Industrial – Olimexino 328

https://www.robofun.ro/platforme/arduino_dev/arduino-industrial

Pentru mai multe detalii legate de funcționarea modulului SparkFun BME280 Breakout se poate parcurge următorul Hookup Guide:

https://learn.sparkfun.com/tutorials/sparkfun-bme280-breakout-hookup-guide

Utilizarea în program a senzorului este facilitată de biblioteca software Sparkfun BME280 Arduino Library ce trebuie instalată sub mediul Arduino IDE înainte de scrierea / încărcarea programului:

https://github.com/sparkfun/SparkFun_BME280_Arduino_Library

Pentru implementarea proiectului vom utiliza o placă de dezvoltare bazată pe controlerul WiFi ESP8266 și anume placa NodeMCU. Chiar dacă nu este o placă din familia Arduino această placă poate fi programată cu ajutorul mediului de dezvoltare Arduino IDE și majoritatea bibliotecilor software funcționează fără probleme – inclusiv Sparkfun BME280 Arduino Library. Placa funcționează la 3.3V și se poate alimenta prin intermediul conexiunii USB. Avantajul major al acestei plăci de dezvoltare este, bineînțeles, conectivitatea de rețea WiFi – scutind necesitatea utilizării unui shield specializat.

nodemcu

https://www.robofun.ro/wireless/wireless-wifi/NodeMCUv2-ESP8266

Pentru configurarea mediului Arduino IDE se pot urma pașii descriși în materialul ”Quick Start to Nodemcu (ESP8266) on Arduino IDE”:

http://www.instructables.com/id/Quick-Start-to-Nodemcu-ESP8266-on-Arduino-IDE/

Conectarea între senzorul BME280 și placa de dezvoltare se va realiza prin intermediul magistralei I2C (conform schemei de interconectare de mai jos):

Pinul SCL al senzorului se va conecta la pinul D1 al plăcii de dezvoltare;
Pinul SDA al senzorului se va conecta la pinul D2 al plăcii de dezvoltare;
Pinul de GND la GND și pinul de 3.3V la 3V3.

WiFiWeatherStation

Scopul sistemului este acela de a face disponibile informațiile provenite de la senzorul BME280 prin intermediul unei interfețe web (accesibilă de pe orice sistem, PC sau telefon mobil inteligent. din aceiași rețea locală ca și sistemul meteo). Interfața web va afișa timpul de funcționare a sistemului (Uptime), temperatura în grade C (Temperature), un grafic al evoluției temperaturii, umiditatea (Humidity), presiunea atmosferică (Pressure) și altitudinea (Altitude).

screenshot

Accesarea interfeței web se poate face cu ajutorul unui client web (browser) accesând adresa IP a sistemului meteo – adresa se preia dinamic (prin DHCP) de către sistem și este afișată în Serial Monitor la pornirea sistemului.

screenshot2

Programul sistemului se bazează pe exemplul AdvancedWebServer din secțiunea Examples/ESP8266WebServer. În exemplu se inserează partea de achiziție parametrii de la senzorul BME280:

#include <stdint.h>

#include „SparkFunBME280.h”

#include „Wire.h”

BME280 mySensor;

#include <ESP8266WiFi.h>

#include <WiFiClient.h>

#include <ESP8266WebServer.h>

În program trebuie personalizate datele de conectare la rețeaua WiFi:

const char *ssid = „….”;

const char *password = „….”;

ESP8266WebServer server ( 80 );

Led-ul de pe placa de dezvoltare NodeMCU nu este conectat la pinul 13 ci la pinul 0. Mai mult de cât atât, comanda de aprinderea a acestuia se face pe ”0” nu pe ”1”. În cadrul sistemului meteo led-ul de pe placa de dezvoltare se va aprinde la conectarea unui client web.

const int led = D0;

Vectorul temperature_history va stoca valorile de temperatura ce vor folosi la generarea graficului de evoluție.

float temperature_history [39];

int temperature_index = 0;

char temp[600];

Procedura handleRoot() va construi pagina web la conectarea unui client.

void handleRoot() {

digitalWrite ( led, 0 );

int sec = millis() / 1000;

int min = sec / 60;

int hr = min / 60;

temperature_history[temperature_index] = mySensor.readTempC();

String t = String(temperature_history[temperature_index],2);

Serial.println(t);

temperature_index ++;

if (temperature_index > 38) temperature_index = 0;

String p = String(mySensor.readFloatPressure(),2);

Serial.println(p);

String a = String(mySensor.readFloatAltitudeMeters(),2);

Serial.println(a);

String h = String(mySensor.readFloatHumidity(),2);

Serial.println(h);

snprintf ( temp, 600,”%02d:%02d:%02d”, hr, (min % 60), (sec % 60));

String page = „<html>\

<head>\

<title>WiFi Weather Station</title>\

<style>\

body { background-color: #cccccc; font-family: Arial, Helvetica, Sans-Serif; Color: #000088; }\

</style>\

</head>\

<body>\

<h1>WiFi Weather Station</h1>\

<p><b>Uptime:</b> ” + String(temp) + ” </p>\

<p><b>Temperature:</b> ” + t + ” C </p>\

<p><img src=\”/test.svg\” /></p>\

<p><b>Humidity:</b> ” + h + ” %</p>\

<p><b>Pressure:</b> ” + p + ” Pa</p>\

<p><b>Altitude:</b> ” + a + ” m</p>\

</body>\

</html>”;

page.toCharArray(temp,page.length()+1);

server.send ( 200, „text/html”, temp );

digitalWrite ( led, 1 );

}

În secțiunea setup() se va realiza conexiunea la rețeaua WiFi specificată, se va porni și configura conexiunea web pentru deservirea solicitărilor client și se va realiza partea de inițializare a senzorului BME280.

void setup()

{

Serial.begin(57600);

pinMode ( led, OUTPUT );

digitalWrite ( led, 1 );

WiFi.begin ( ssid, password );

while ( WiFi.status() != WL_CONNECTED ) {

delay ( 500 );

Serial.print ( „.” );

}

Serial.println ( „” );

Serial.print ( „Connected to ” );

Serial.println ( ssid );

Serial.print ( „IP address: ” );

Serial.println ( WiFi.localIP() );

server.on ( „/”, handleRoot );

server.on ( „/test.svg”, drawGraph );

server.on ( „/inline”, []() {

server.send ( 200, „text/plain”, „this works as well” );

} );

server.begin();

Serial.println ( „HTTP server started” );

mySensor.settings.commInterface = I2C_MODE;

mySensor.settings.I2CAddress = 0x77;

mySensor.settings.runMode = 3; //Normal mode

mySensor.settings.tStandby = 0;

mySensor.settings.filter = 0;

mySensor.settings.tempOverSample = 1;

mySensor.settings.pressOverSample = 1;

mySensor.settings.humidOverSample = 1;

Serial.print(„Starting BME280… result of .begin(): 0x”);

delay(10);

Serial.println(mySensor.begin(), HEX);

}

În cadrul secțiunii loop() se vor trata solicitările de conectare client:

void loop() { server.handleClient(); }

Procedura drawGraph() realizează graficul evoluției temperaturii:

void drawGraph() {

String out = „”;

char temp[100];

out += „<svg xmlns=\”http://www.w3.org/2000/svg\” version=\”1.1\” width=\”400\” height=\”150\”>\n”;

out += „<rect width=\”400\” height=\”150\” fill=\”rgb(250, 230, 210)\” stroke-width=\”1\” stroke=\”rgb(0, 0, 0)\” />\n”;

out += „<g stroke=\”black\”>\n”;

int y = (32 – temperature_history[0])*15;

for (int x = 10; x < 390; x+= 10) {

int y2 = (32 – temperature_history[x/10])*15;

sprintf(temp, „<line x1=\”%d\” y1=\”%d\” x2=\”%d\” y2=\”%d\” stroke-width=\”1\” />\n”, x, 70 + y, x + 10, 70 + y2);

out += temp;

y = y2;

}

out += „</g>\n</svg>\n”;

server.send ( 200, „image/svg+xml”, out);

}

Programul a fost realizat și testat cu Arduino IDE 1.6.9, extensia ESP8266 Community 2.3.0 și biblioteca Sparkfun BME280 1.0.0.

Proiectul a fost realizat cu ajutorul unui fundal sonor asigurat de albumul Ozzy Osbourne – No More Tears.

Programul poate fi completat foarte ușor cu calculul și afișarea mai multor parametrii (punct de rouă, temperatură resimțită) și chiar cu realizarea unei predicții de evoluție a vremii (pe baza evoluției în timp a presiunii atmosferice).

Punct de rouă

https://ro.wikipedia.org/wiki/Punct_de_rou%C4%83

What is the AccuWeather RealFeel Temperature?

http://www.accuweather.com/en/weather-news/what-is-accuweather-realfeel/7198202

Weather forecasting

https://en.wikipedia.org/wiki/Weather_forecasting