- Що потрібно для виготовлення портативної метеостанції?
- Характеристики датчика DHT11
- Підключення датчика до мікроконтролеру Arduino
- Чому важливо знати індекс тепла?
Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Завдяки сучасним пристроям для вимірювання погодних умов ви можете завжди залишатися в курсі прогнозів на цікаву для дату або час. Але в деяких ситуаціях вам необхідно вимірювати параметри навколишнього середовища тут і зараз.
Якщо десять - двадцять років тому таку функцію виконували громіздкі термометри і анемометри, сьогодні завмер температури і вологості може проводитися за допомогою електронного пристрою. Яке запросто поміститися в кишені або в дорожній сумці, завдяки чому ви зможете взяти його з собою куди завгодно або розмістити в підвалі, теплиці, власної майстерні, сушарці і інших приміщеннях, де потрібно контролювати рівень температури і вологості.
Що потрібно для виготовлення портативної метеостанції?
Датчики температури і вологості навколишнього середовища досить часто застосовуються людиною в повсякденному житті. Ви могли і раніше зустрічати їх в конструкції автомобілів, літаків, в деяких мобільних телефонах і т.д. Їх навіть можна придбати як окремий прилад в інтернет-магазині, але куди цікавіше виготовити таку домашню метеостанцію самостійно.
Для цього вам знадобитися такий набір елементів:
- Датчик температури і вологості DHT11 - використовується як основне пристосування для реєстрації параметрів навколишнього середовища;
- Плата Arduino UNO - необхідна для обробки одержуваних з датчика даних і виведення їх на цифровий дисплей;
- Електронний дисплей - пристрій для відображення вимірюваних даних і переведення їх в зрозумілу для обивателів форму;
- Макетна плата - призначена для фіксації всіх елементів і розміщення на жорсткій основі, спрощує електричне з'єднання всіх деталей;
- З'єднувальні дроти зі штекером або під пайку.
У даній ситуації обраний датчик DHT11, як одне з найбільш популярних засобів фіксації температури і вологості, крім цього він добре підходить для всіляких домашніх проектів. У його склад входить резистивний елемент, який визначає вологість і термістор, що визначає температуру. Для передачі і перетворення сигналу використовується мікроконтролер, в цьому прикладі ми встановимо Arduino, хоча ви можете використовувати і інший.
Характеристики датчика DHT11
Слід зазначити, що даний датчик обраний як найбільш доступний і зручний у застосуванні. Крім цього він характеризується наступними робочими параметрами:
- Напруга живлення від 3 до 5 В;
- Споживає від джерела живлення струм в 2, 5 мА;
- Здатний вимірювати вологість навколишнього простору в межах від 20 до 80%;
- Температурні коливання вимірює в межах від 0 до 50 ° С;
- Похибка при вимірюванні вологості становить 5%, а при вимірюванні температури в межах 2%;
- Частота вимірів становить один вимір в секунду;
- Габарити датчика складають 12 × 15, 5 * 5, 5 мм.
Датчик DHT11 має пластиковий корпус і оснащується чотирма контактами, така кількість висновків забезпечує зручність підключення до пристроїв обробки даних. В роботі саморобної метеостанції всі чотири висновку не використовуються, з них вам знадобиться тільки три VCC, GND, DATA. Живити датчик ви можете від будь-якого джерела з рівнем напруги на виході від 3 до 5 В.
У деяких схемах можна зустріти підключення резистора на 5 - 10 кОм до висновку передачі даних від датчика до мікроконтролеру. Слід зазначити, що в даній ситуації цього робити не потрібно, так як резистор вже входить до складу плати.
В інтернеті ви знайдете як окремі датчики, так і вже зібрані в готовий модуль. Останні набагато зручніше, тому краще використовувати їх. Незважаючи на те, що зовнішній вигляд модулів відрізняється, їх принцип підключення ідентичний, вам необхідно лише звернути увагу на розташування виходів з датчика.
Підключення датчика до мікроконтролеру Arduino
Від вимірювального пристрою до Arduino надходить цифровий сигнал, що передає відразу обидві величини (температуру і вологість).
Передача даних від датчика до мікроконтролеру має таку послідовність:
- Від мікроконтролера Arduino до датчика надходить запит шляхом зміни сигналу з 0 на 1;
- Отримавши запит, DHT11 видає Arduino інформацію за допомогою зміни бітової кодування;
- При узгодженні запиту і відповіді від DHT11 на Arduino надходить звіт в розмірі 5 байт про стан температури і вологості.
У переданому звіті з 5 байт перші два містять інформацію про рівень температури, другі два про вологості, а п'ятий являє собою контрольну суму рівня температури і вологості щоб уникнути помилки вимірювань. Так як передача даних від DHT11 має свої особливості, для коригування його взаємодії з мікро контролером були внесені зміни в програму. Для цього через комп'ютер або ноутбук необхідно записати на Arduino наступну програму:
meteostanciya-na-arduino (880 bytes, завантажено: 9)
Нижче представлена принципова схема саморобної метеостанції на основі датчика DHT11 і мікроконтролера Arduino.
Вищенаведена схема метеостанції, яку ви можете зібрати своїми руками, буде відображати на моніторі інформацію про температуру і вологість. Але з датчиком DHT11 на моніторі буде відображатися тільки ціле число, а дробове значення обнуляється. В принципі, десяткові дані температури і вологості для нього абсолютно неактуальні через низьку точності вимірювань. Але, якщо у вашій ситуації важливо знати точну величину з певною кількістю знаків після коми, датчик DHT11 доведеться замінити на більш досконалий DHT22.
Слід зазначити, що запропонована вище програма вже включає в себе можливість отримання значення з дробової частиною. Тому якщо можливості вашого монітора обмежені або ви не хочете захаращувати його зайвими нулями після коми при використанні датчика DHT11, вам доведеться трохи змінити запропоновану програму, доповнивши її функцією плаваючою точки - dtostrf.
Чому важливо знати індекс тепла?
Як ви могли помітити, погода на вулиці в різні дні відчувається зовсім по-різному. Незважаючи на те, що термометр показує одну і ту ж позначку, відчуватися одна і та ж температура буде інакше. Це обумовлено значним впливом вологості на ваш організм.
Так, при підвищенні температури повітря в літній період організму потрібно виділити куди більше вологи для компенсації перегріву від навколишнього середовища. При виділенні вологи з організму (потообразованія) тіло людини віддає теплову енергію молекулам рідини, які випаровуються, значно полегшуючи процес охолодження. Але, при наявності в навколишньому середовищі великого процентного вмісту вологи, виділення молекул поту буде утруднено, через що організм не зможе так просто охолодитися.
Тому так важливо контролювати співвідношення температури і вологості навколишнього середовища для маленьких дітей і людей похилого віку. Їх співвідношення, в запропонованому варіанті домашньої метеостанції, відображається тепловим індексом, який розраховується на підставі величини температури і вологості. Загроза отримання теплового удару або перегріву особливо гостро виникає при досягненні позначки теплового індексу в 91 ° F (32 ° C) і вище. Завдяки запропонованому варіанту домашньої метеостанції ви можете вимірювати і теплової індекс, що допоможе вам убезпечити себе і близьких від випадкового перегріву.
У наведеній схемі домашньої метеостанції на моніторі дані розподіляються наступним чином:
- HiX (heat index) - теплової індекс;
- T - величина температури навколишнього середовища;
- H - відсоток вологості.
Малюнок 4: приклад відображення даних на моніторі