Домашняя метеостанция на GY-BMP280-3.3 и Ds18b20

Домашняя метеостанция на gy-bmp280-3.3 и ds18b20

//  Раскомментируйте для программной реализации шины I2C:   //
//  #define pin_SW_SDA 3  //Назначение любого вывода Arduino для работы в качестве линии SDA программной шины I2C.
//  #define pin_SW_SCL 9  // Назначение любого вывода Arduino для работы в качестве линии SCL программной шины I2C.
//  Раскомментируйте для совместимости с большинством плат: //
#include 
#include     // Библиотека iarduino будет использовать методы и функции библиотеки Wire.
#include  //  Библиотека для работы LDC типа 1602 по шине I2C
//  Ссылки для ознакомления:                                //
//  Подробная информация о подключении модуля к шине I2C:   // http://wiki.iarduino.ru/page/i2c_connection/
//  Подробная информация о функциях и методах библиотеки:  // http://wiki.iarduino.ru/page/trema-modul-pressure-meter
                                                            //
#include   // Подключаем библиотеку iarduino_Pressure_BMP для работы с BMP180 или BMP280.
iarduino_Pressure_BMP sensor(0x76); // Объявляем объект sensor для работы с датчиком давления, используя функции и методы библиотеки iarduino_Pressure_BMP.
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,16,2);
OneWire  ds(10);
void setup(){  
    lcd.init();
    lcd.backlight(); 
    Serial.begin(9600);    // Инициируем передачу данных в монитор последовательного порта на скорости 9600 бод.
    delay(1000);             // Ждём завершения переходных процессов при подаче питания
    sensor.begin(73);   // Инициируем работу с датчиком. Текущая высота будет принята за 73 м.- высота города Бузулука над уровнем моря 
}             //
void loop (){
//  Считываем данные и выводим: температуру в °С, давление в мм. рт. ст., изменение высоты относительно указанной в функции begin(по умолчанию 0 метров).
lcd.setCursor(0,0); // определяем точку вывода "P = " на LDC
lcd.print("P = ");
lcd.print(sensor.pressure/1000,3); // делим значение Р выданное BMP280 на 1000 и задаём вывод 3 знаков после запятой
lcd.setCursor(12,0); // определяем точку вывода "kPa" на LDC
lcd.print("kPa");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("T=");
lcd.print(sensor.temperature,1); // задаём вывод 1 знака после запятой
lcd.setCursor(6,1);
// lcd.print("C");
// lcd.setCursor(9,1);
// lcd.print("H= ");
// lcd.print(sensor.altitude,1);
    if(sensor.read(1))       {Serial.println((String)"CEHCOP BMP"   sensor.type   ": t P = "   sensor.pressure   "tMM.PT.CT, t T = "   sensor.temperature   " *C, tt B = " sensor.altitude " M.");}
    else                     {Serial.println("HET OTBETA OT CEHCOPA");}
//  Считываем данные и выводим: температуру в °С и давление в Па, давление в мм. рт. ст., изменение высоты относительно указанной в функции begin(по умолчанию 0 метров).
    if(sensor.read(2))       {Serial.println((String)"CEHCOP BMP"   sensor.type   ": t P = "   sensor.pressure   "tPa, tt T = "       sensor.temperature   " *C, tt B = " sensor.altitude " M.");}
    else                     {Serial.println("HET OTBETA OT CEHCOPA");}
    byte i;
  byte present = 0;
  byte type_s;
  byte data[12];
  byte addr[8];
  float celsius, fahrenheit;
  if ( !ds.search(addr)) {
    Serial.println("No more addresses.");
    Serial.println();
    ds.reset_search();
    delay(250);
    return;
  }
  Serial.print("ROM =");
  for( i = 0; i < 8; i  ) {
    Serial.write(' ');
    Serial.print(addr[i], HEX);
  }
  if (OneWire::crc8(addr, 7) != addr[7]) {
      Serial.println("CRC is not valid!");
      return;
  }
  Serial.println();
  // the first ROM byte indicates which chip
  switch (addr[0]) {
    case 0x10:
      Serial.println("  Chip = DS18S20");  // or old DS1820
      type_s = 1;
      break;
    case 0x28:
      Serial.println("  Chip = DS18B20");
      type_s = 0;
      break;
    case 0x22:
      Serial.println("  Chip = DS1822");
      type_s = 0;
      break;
    default:
      Serial.println("Device is not a DS18x20 family device.");
      return;
  } 
  ds.reset();
  ds.select(addr);
  ds.write(0x44, 1);        // start conversion, with parasite power on at the end
  
  delay(1000);     // maybe 750ms is enough, maybe not
  // we might do a ds.depower() here, but the reset will take care of it. 
  present = ds.reset();
  ds.select(addr);    
  ds.write(0xBE);         // Read Scratchpad
  Serial.print("  Data = ");
  Serial.print(present, HEX);
  Serial.print(" ");
  for ( i = 0; i < 9; i  ) {           // we need 9 bytes
    data[i] = ds.read();
    Serial.print(data[i], HEX);
    Serial.print(" ");
  }
  Serial.print(" CRC=");
  Serial.print(OneWire::crc8(data, 8), HEX);
  Serial.println();
  // Convert the data to actual temperature
  // because the result is a 16 bit signed integer, it should
  // be stored to an "int16_t" type, which is always 16 bits
  // even when compiled on a 32 bit processor.
  int16_t raw = (data[1] << 8) | data[0];
  if (type_s) {
    raw = raw << 3; // 9 bit resolution default
    if (data[7] == 0x10) {
      // "count remain" gives full 12 bit resolution
      raw = (raw & 0xFFF0)   12 - data[6];
    }
  } else {
    byte cfg = (data[4] & 0x60);
    // at lower res, the low bits are undefined, so let's zero them
    if (cfg == 0x00) raw = raw & ~7;  // 9 bit resolution, 93.75 ms
    else if (cfg == 0x20) raw = raw & ~3; // 10 bit res, 187.5 ms
    else if (cfg == 0x40) raw = raw & ~1; // 11 bit res, 375 ms
    //// default is 12 bit resolution, 750 ms conversion time
  }
  celsius = (float)raw / 16.0;
  fahrenheit = celsius * 1.8   32.0;
  Serial.print("  Temperature = ");
  Serial.print(celsius);
  Serial.print(" Celsius, ");
  Serial.print(fahrenheit);
  Serial.println(" Fahrenheit");
lcd.setCursor(8,1); // определяем точку вывода "Tds=" на LDC
lcd.print("Tds="); 
lcd.print(celsius,1);
    delay(3000);
}

Метеостанция

Для сборки метеостанции использовали фоторезистор и датчик

(температура и влажность). Схема подключения:

/* Meteo.ino
 *
 * Программа, регистрирующая влажность, температуру и яркость
 * Отправляет результаты на COM port
 * Формат вывода: H=1.0;T=1.0;LL=1;
 */

//Пин фоторезистора (аналоговый)
int lightPin = 0;

// Пин DHT-11 (цифровой)
int DHpin = 8; 

// Массив, хранящий данные DHT-11
byte dat[5]; 

// Первоначальная настройка
void setup()
{
	Serial.begin(9600); 
	pinMode(DHpin,OUTPUT); 
}

 /*
 * Выполняется после setup()
 * Основной бесконечный цикл
 */
void loop()
{
	delay(1000); // Замер примерно 1 раз в секунду
	int lightLevel = analogRead(lightPin); //Получаем уровень освещённости 

	temp_hum(); // Получаем температуру и влажность в переменную dat
	// И выводим результат
	Serial.print("H="); 
	Serial.print(dat[0], DEC);   
	Serial.print('.'); 
	Serial.print(dat[1],DEC);	
	Serial.print(";T="); 
	Serial.print(dat[2], DEC);	
	Serial.print('.'); 
	Serial.print(dat[3],DEC);	 
	Serial.print(";LL="); 
	Serial.print(lightLevel);
	Serial.println(";");
}

// Получить данные от DHT-11 в dat
void temp_hum() 
{ 
	digitalWrite(DHpin,LOW);
	delay(30);  
	digitalWrite(DHpin,HIGH); 
	delayMicroseconds(40);
	pinMode(DHpin,INPUT);
	while(digitalRead(DHpin) == HIGH);
	delayMicroseconds(80);
	if(digitalRead(DHpin) == LOW); 
	delayMicroseconds(80);
	for(int i=0;i<4;i  )
	{
	  dat[i] = read_data();
	}
	pinMode(DHpin,OUTPUT);
	digitalWrite(DHpin,HIGH);
} 

// Получить часть данных от DHT-11
byte read_data() 
{
	byte data; 
	for(int i=0; i<8; i  ) 
	{ 
		if(digitalRead(DHpin) == LOW) 
		{ 
			while(digitalRead(DHpin) == LOW); 
			delayMicroseconds(30);
			if(digitalRead(DHpin) == HIGH) 
			{
				data |= (1<<(7-i));
			}
			while(digitalRead(DHpin) == HIGH); 
		}
	} 
	return data; 
} 

После загрузки кода на Arduino она начинает посылать данные на COM порт в следующем формате:

H=34.0;T=24.0;LL=605;

Где:

Надо как-то его хранить в Caché. Для этого напишем хранимый класс Arduino.Info:

И добавим туда метод, который будет принимать данные в формате Arduino, и преобразовывать их объекты класса Arduino.Info:

/// Получаем поток данных в формате H=34.0;T=24.0;LL=605;n 
/// И преобразуем их в объекты класса Arduino.Info
ClassMethod ReceiveSerial(port = {..#SerialPort})
{
	try {
		open port:(:::" 0801n0":/BAUD=9600)
		set old = $IO
		use port
		for {
			read x //Читаем одну строку
			set Humidity = $Piece($Piece(x,";",1),"=",2)
			set Temperature =  $Piece($Piece(x,";",2),"=",2)
			set Brightness =  $Piece($Piece(x,";",3),"=",2)
			if (x '= "") {
				do ..AddNew(Temperature,Humidity,Brightness) // Добавляем данные
			}
		}
	} catch anyError {
		close port
	}
}

После этого нам нужно запустить Arduino и выполнить в терминале метод ReceiveSerial:

write ##class(Arduino.Info).ReceiveSerial()

Этот метод в бесконечном цикле будет собирать и сохранять данные, приходящие от Arduino.

Метеостанция (arduino pro mini, bme280, lcd1602)

#include <stdint.h>
#include "SparkFunBME280.h"
#include "Wire.h"
#include "SPI.h"
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

//Global sensor object
BME280 mySensor;
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,16,2); //Адрес дисплея, в моём случае 0x3F

void setup()
{
  lcd.init();
  lcd.backlight();

	//***Driver settings********************************//
	//commInterface can be I2C_MODE or SPI_MODE
	//specify chipSelectPin using arduino pin names
	//specify I2C address.  Can be 0x77(default) or 0x76
	//For I2C, enable the following and disable the SPI section
  
  mySensor.settings.commInterface = I2C_MODE;
  mySensor.settings.I2CAddress = 0x76; //Адрес датчика, в моём случае не стандартный
	
	//For SPI enable the following and dissable the I2C section
	//mySensor.settings.commInterface = SPI_MODE;
	//mySensor.settings.chipSelectPin = 10;

	//***Operation settings*****************************//
	
	//renMode can be:
	//  0, Sleep mode
	//  1 or 2, Forced mode
	//  3, Normal mode
	mySensor.settings.runMode = 3; //В примере предлагают использовать Forced mode, но при обновлении раз в секунду достаточно Normal mode
	
	//tStandby can be:
	//  0, 0.5ms
	//  1, 62.5ms
	//  2, 125ms
	//  3, 250ms
	//  4, 500ms
	//  5, 1000ms
	//  6, 10ms
	//  7, 20ms
	mySensor.settings.tStandby = 5; //Очевидно чаще не нужно
	
	//filter can be off or number of FIR coefficients to use:
	//  0, filter off
	//  1, coefficients = 2
	//  2, coefficients = 4
	//  3, coefficients = 8
	//  4, coefficients = 16
	mySensor.settings.filter = 0;
	
	//tempOverSample can be:
	//  0, skipped
	//  1 through 5, oversampling *1, *2, *4, *8, *16 respectively
	mySensor.settings.tempOverSample = 1;

	//pressOverSample can be:
	//  0, skipped
	//  1 through 5, oversampling *1, *2, *4, *8, *16 respectively
    mySensor.settings.pressOverSample = 1;
	
	//humidOverSample can be:
	//  0, skipped
	//  1 through 5, oversampling *1, *2, *4, *8, *16 respectively
	mySensor.settings.humidOverSample = 1;
  	
	//Calling .begin() causes the settings to be loaded
	mySensor.begin();
}

void loop()
{
  //Буквы можно вывести один раз, а далее менять показания, но показания при изменении количества значащих цифр могут сдвигать строку.
  lcd.setCursor(0,0);
  lcd.print("H=");
  lcd.print((uint8_t)mySensor.readFloatHumidity());
  lcd.print("%");
  lcd.print(" T=");
  lcd.print(mySensor.readTempC());
  lcd.setCursor(13,0);
  lcd.print(" P:");

  lcd.setCursor(0,1);
  int mmH=mySensor.readFloatPressure()/133;
  lcd.print(mmH);
  lcd.print("mmH ");
  lcd.print(mySensor.readFloatPressure());
  lcd.setCursor(14,1);
  lcd.print("Pa");

  delay(1000);

}

Метеостанция на arduino со сверхнизким энергопотреблением

Настройки в коде

RESET_CLOCK 0       // сброс часов на время загрузки прошивки (для модуля с несъёмной батарейкой). Не забудь поставить 0 и прошить ещё раз!
SENS_TIME 30000     // время обновления показаний сенсоров на экране, миллисекунд
LED_MODE 0          // тип RGB светодиода: 0 - главный катод, 1 - главный анод

// управление яркостью
BRIGHT_CONTROL 1      // 0/1 - запретить/разрешить управление яркостью (при отключении яркость всегда будет макс.)
BRIGHT_THRESHOLD 350  // величина сигнала, ниже которой яркость переключится на минимум (0-1023)
LED_BRIGHT_MAX 255    // макс яркость светодиода СО2 (0 - 255)
LED_BRIGHT_MIN 10     // мин яркость светодиода СО2 (0 - 255)
LCD_BRIGHT_MAX 255    // макс яркость подсветки дисплея (0 - 255)
LCD_BRIGHT_MIN 10     // мин яркость подсветки дисплея (0 - 255)

BLUE_YELLOW 1       // жёлтый цвет вместо синего (1 да, 0 нет) но из за особенностей подключения жёлтый не такой яркий
DISP_MODE 1         // в правом верхнем углу отображать: 0 - год, 1 - день недели, 2 - секунды
WEEK_LANG 1         // язык дня недели: 0 - английский, 1 - русский (транслит)
DEBUG 0             // вывод на дисплей лог инициализации датчиков при запуске. Для дисплея 1602 не работает! Но дублируется через порт!
PRESSURE 1          // 0 - график давления, 1 - график прогноза дождя (вместо давления). Не забудь поправить пределы гроафика
CO2_SENSOR 1        // включить или выключить поддержку/вывод с датчика СО2 (1 вкл, 0 выкл)
DISPLAY_TYPE 1      // тип дисплея: 1 - 2004 (большой), 0 - 1602 (маленький)
DISPLAY_ADDR 0x27   // адрес платы дисплея: 0x27 или 0x3f. Если дисплей не работает - смени адрес! На самом дисплее адрес не указан

// пределы отображения для графиков
TEMP_MIN 15
TEMP_MAX 35
HUM_MIN 0
HUM_MAX 100
PRESS_MIN -100
PRESS_MAX 100
CO2_MIN 300
CO2_MAX 2000

Облачные сервисы

Изначально у меня не было цели делиться данными со сторонними сервисами, но во время отладки появилась мысль о том, что неплохо было бы иметь референсные данные с местных метеостанций, для контроля корректности работы своей. Первым, и с самой большой коллекцией примеров и API оказалась WeatherUnderground.

from wunderground_pws import WUndergroundAPI, units

from secure_data import wu_api_key, wu_reference_station_id

""" ... """

wu_current = wu.current()

""" ... """

wu_humidity=wu_current['observations'][0]['humidity'],
wu_pressure=int(int(wu_current['observations'][0]['metric_si']['pressure'])/1.33),
wu_dew_point=wu_current['observations'][0]['metric_si']['dewpt'],
wu_wind_speed=wu_current['observations'][0]['metric_si']['windSpeed'],
wu_wind_gust=wu_current['observations'][0]['metric_si']['windGust'],
wu_wind_direction=wu_current['observations'][0]['winddir'],
wu_wind_heading=deg_to_heading(int(wu_current['observations'][0]['winddir']))

Однако, если была возможность быстро получать данные, то почему бы ими не поделиться, подумал я? Данные в WU передаются через GET-запрос, поэтому для удобства предварительно подготавливаем данные

def prepare_wu_format(data, timestamp=None):
    payload = f"&dateutc={timestamp}" if timestamp else "&dateutc=now"
    payload  = "&action=updateraw"
    payload  = "&humidity="   "{0:.2f}".format(data['humidity'])
    payload  = "&tempf="   str(celsius_to_fahrenheit(data['temperature']))
    payload  = "&baromin="   str(mmhg_to_baromin(data['pressure']))
    payload  = "&dewptf="   str(celsius_to_fahrenheit(data['dew_point']))
    payload  = "&heatindex="   str(celsius_to_fahrenheit(heat_index(temp=data['temperature'], hum=data['humidity'])))
    payload  = "&humidex="   str(celsius_to_fahrenheit(humidex(t=data['temperature'], d=data['dew_point'])))
    payload  = "&precip="   str(data['precip'])
    payload  = "&uv"   str(data['uv'])
    return payload

затем отправляем:

Подключение датчика к микроконтроллеру arduino

От измерительного устройства к Arduino поступает цифровой сигнал, передающий сразу обе величины (температуру и влажность).

Передача данных от датчика к микроконтроллеру имеет такую последовательность:

• От микроконтроллера Arduino к датчику поступает запрос путем смены сигнала с 0 на 1;
• Получив запрос, DHT11 выдает Arduino информацию посредством изменения битовой кодировки;
• При согласовании запроса и ответа от DHT11 на Arduino поступает отчет в размере 5 байт о состоянии температуры и влажности.

В передаваемом отчете из 5 байт первые два содержат информацию об уровне температуры, вторые два о влажности, а пятый представляет собой контрольную сумму уровня температуры и влажности во избежание ошибки измерений. Так как передача данных от DHT11 имеет свои особенности, для корректировки его взаимодействия с микроконтроллером были внесены изменения в программу. Для этого через компьютер или ноутбук необходимо записать на Arduino следующую программу:

Метеостанция на Arduino

Ниже представлена принципиальная схема самодельной метеостанции на основе датчика DHT11 и микроконтроллера Arduino.

Вышеприведенная схема метеостанции, которую вы можете собрать своими руками, будет отображать на мониторе информацию о температуре и влажности. Но с датчиком DHT11 на мониторе будет отображаться только целое число, а дробное значение обнуляется. В принципе, десятичные данные температуры и влажности для него совершенно неактуальны из-за низкой точности измерений.

Следует отметить, что предложенная выше программа уже включает в себя возможность получения значения с дробной частью. Поэтому если возможности вашего монитора ограничены или вы не хотите загромождать его лишними нулями после запятой при использовании  датчика DHT11, вам придется немного изменить предложенную программу, дополнив ее функцией плавающей точки – dtostrf.

Получаем данные в caché

Теперь подключим клавиатуру (keypad) к Caché и будем передавать данные. Это может быть использовано как, например, дополнительная аутентификация пользователя с помощью

и рутины ZAUTHENTICATE.mac

/*  Keypadtest.ino
 *
 *  Пример использования библиотеки Keypad
 *  Подключите Keypad к выводам Arduino указанным в
 *  rowPins[] and colPins[].
 *
 */

// Репозиторий библиотеки:
// https://github.com/Chris--A/Keypad
#include <Keypad.h>

const byte ROWS = 4; // Четыре строки
const byte COLS = 4; // Три столбцы
// Карта соответствия кнопок и символов
char keys[ROWS][COLS] = {
	{'1','2','3','A'},
	{'4','5','6','B'},
	{'7','8','9','C'},
	{'*','0','#','D'}
};
// Подключите разьёмы keypad 1-8 (сверху-вниз) к Arduino разьёмам 11-4. 1->11, 2->10, ... , 8->4 
// Подключите keypad ROW0, ROW1, ROW2 и ROW3 к этим выводам Arduino
byte rowPins[ROWS] = { 7, 6, 5, 4 };
// Подключите keypad COL0, COL1 and COL2 к этим выводам Arduino
byte colPins[COLS] = { 8, 9, 10, 11 }; 

// Инициализация Keypad
Keypad kpd = Keypad( makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS );

#define ledpin 13

void setup()
{
	Serial.begin(9600); 
}

void loop()
{
	char key = kpd.getKey(); // Поолучаем нажатую кнопку
	if(key)
	{
		switch (key)
	{
		case '#':
			Serial.println();
		default:
			Serial.print(key);
	}
	}
}

В Caché напишем метод, подключающийся к com порту и получающий строку данных:

/// Получение одной строки данных (до конца строки)
ClassMethod ReceiveOneLine() As %String
{
	port = "COM1"
	set str=""
	try {
		open port:(:::" 0801n0":/BAUD=9600)
		set old = $io // Запоминаем текущее устройство ввода-вывода
		use port
		read str // Читаем, пока не встретим символ конца строки
		use old
		close port
	} catch ex {
		close port
	}
	return str
}

В терминале выполним:

write ##class(Arduino.Habr).ReceiveOneLine()

И он перейдёт в режим ожидания, пока на keypad не нажмём “#” (по нажатию на который будет передан конец строки), после чего в терминале будет выведена введённая строка.

Итак, это были основы взаимодействия с устройством, теперь перейдём к метеостанции.

Радиодатчики

Там, где не дотянуться Wi-Fi, нужно использовать альтернативные варианты передачи данных. В моём случае – это использование LoRa-модулей (в связке, например, с Arduino Nano.

Таких устройств у меня два – это датчик скорости и направления ветра (компас). Пока не буду останавливаться на этом в текущей статье, если будет интерес – напишу отдельно. Второе устройство – это вольтметр и два амперметра, для контроля работы ветряка, зарядки АКБ и потребления.

И, код, соответственно:

iot/arduino/*_meter/*_meter.ino

// Required includes
#include <SPI.h>
#include <LoRa.h>

// LoRA config
const int LORA_SEND_RETRIES = 5; // сколько раз посылать сообщение
const int LORA_SEND_DELAY = 20;  // задержка между пакетами
const int LORA_POWER = 20;       // мощность передатчика на максимум 
const int LORA_RETRIES = 12;     // сколько раз пытаться инициализировать модуль
const int LORA_DELAY = 500;      // задержка между попыткой инициализации


// Инициализируем модуль
void init_LoRa() 
{
    bool success = false;
    for (int i=0; i < LORA_RETRIES; i  )
    
    {
        if (LoRa.begin(433E6)) // используем 433Мгц
        {
            success = true;
            break;
        }
        delay(LORA_DELAY);
    }
    if (!success)
    {
        #ifdef DEBUG
        Serial.println("LoRa init failed.");
        #endif
        stop(4);
    }
    
    LoRa.setTxPower(LORA_POWER);  // aplify TX power
    #ifdef DEBUG
    Serial.println("LoRa started!");
    #endif  
}
#endif

// Посылаем пакет с данными строкой
void LoRa_send(power_data data)
{
    String packet = DEVICE_ID   ","   String(data.avg_voltage,2)   ",";
    packet  = String(data.avg_current,2)   ","   String(data.avg_power,2)   ","  String(data.avg_consumption,2);
    for (int i=0; i < LORA_SEND_RETRIES; i  )
    {
        LoRa.beginPacket();  // just open packet
        LoRa.print(packet);  // send whole data
        LoRa.endPacket();    // end packet
        delay(LORA_SEND_DELAY);
    }  
}

Достаточно просто, не правда ли?

Скетч

Создание базы данных

Начнем с самого начала, а именно с проектирования и создания базы данных.

Базы данных это свой мир и изучать его можно долго, поэтому бегло коснёмся только тех вещей, которые нам непосредственно необходимы.

Все SQL скрипты находятся в каталоге weather-station/server/php-sql/

С чего начинается проектирование БД? С логического и физического представления.

Логическое представление или схема базы данных:

Физическая схема опирается на конкретную СУБД и типы данных. Проще разбирать на конкретном примере. SQL скрипт make_tables.sql раскрывает логическую и физическую схемы.

В каждой таблице должно быть поле типа

id INTEGER UNSIGNED NOT NULL AUTO_INCREMENT

Имя поля может отличаться в разных БД, но смысл один — это уникальный идентификатор, ключ записи. На будущее, если вы видите базу данных в таблицах которой нет подобного счётчика, знайте, эту БД проектировал человек весьма далёкий от программирования, скорее всего гуманитарий.

Данные от однотипных датчиков храним в одной таблице, для датчиков другого типа создаём еще таблицу. Это чуть усложняет базу данных и PHP обвязку к ней, но это упрощает расширение или модификацию всей системы в дальнейшем.

В нашем проекте две таблицы. В таблице arduino_dht хранятся данные от датчика(ов) типа DHT (температура, влажность), в таблице arduino_bmp хранятся данные от датчика(ов) типа BMP (температура, давление). Если вы в будущем захотите иметь, например, датчик газов или детектор движения, то создаёте дополнительные таблицы, не поленитесь.

Если в таблице будут храниться данные от несколько однотипных датчиков, то как же их различить? Для этого в каждой таблице вводится поле

idSensor INTEGER

Фактически это CLIENT_ADDRESS который мы прописывали в файле client/client.ino для каждого экземпляра удаленного датчика-клиента и в server/server.ino для датчика, который подключен непосредственно к серверу — центральному блоку.

В промышленных системах должна быть ещё одна таблица — соответствия idSensor и его словесного, человекочитаемого описания. Например, датчик с idSensor = 2 это «Температура, влажность в квартире» и т.д. Но в нашем проекте не будем усложнять, просто помните, что :

Далее. В таблицах хранятся следующие данные:

• ipRemote — IP адрес метеостанции (сервера) с которого пришли данные, полезно для отладки и мониторинга,
• dateCreate — дата время создания записи,
• millis — полезно для отладки, это время в миллисекундах с момента начала выполнения скетча на Arduino,
• temperature — температура,
• humidity — влажность,
• voltage — напряжение питания,
• pressure — давление,
• errors — количество ошибок (не используется). Задумывалось для хранения количества ошибок при передаче и т.п., чтобы можно было удаленно оценить состояние всей системы.

Как видим таблицы arduino_dht и arduino_bmp очень похожи, отличие только в полях pressure и humidity, и возникает желание свалить всё в одну кучу (таблицу). Но делать так не велит первая нормальная форма, множество начинающих программистов пытались её обойти, но ни у одного не получилось, и мы не будем. Это как не замечать закон всемирного тяготения, до поры до времени вполне может получиться.

Таблица arduino_error_log полезна при отладке — это журнал ошибок и прочих системных сообщений.

Создание БД и её пользователя с правами описано в make_db.sql

Софт. выбор компонентов

Выбор железа и софта тесно взаимосвязан как «курица и яйцо». С чего начать, с железа, с софта? Если у вас хорошее железо, но к нему нет драйверов, библиотек и софта (IDE, утилиты для прошивки и т.п.), то оно бесполезно, и наоборот.

Поэтому рассказываю еще раз про выбор между nRF24L01 и ESP8266 для связи удаленных датчиков с центральным блоком.

Дело в том, что ESP8266 это не просто тупой WiFi адаптер, он имеет на борту микроконтроллер по мощности и объему памяти превосходящий Ардуино. По умолчанию ESP8266 имеет прошивку в виде набора AT команд, в этом случае ESP используется как простой модем.

Однако все эти продвинутые прошивки имеют недостатки, которые не позволили (в сумме с железячными вопросами о которых я уже писал) применить ESP8266 в данном проекте:

В итоге готовой подходящей продвинутой прошивки я не нашёл, и пока не готов создать свою. ESP8266 чип — обширная и интересная тема.

В свою очередь стандартные AT-прошивки так же имеют минусы:

С другой стороны радиомодуль nRF24L01 прост и понятен, для работы с ним есть супер либа RadioHead и никаких проблем с программированием. Библиотека хорошо документирована, что немаловажно.

RadioHead позволяет передавать структуры данных (а не только отдельные числа), что и реализовано в данном проекте. Забегая вперед скажу, RadioHead может надёжно передавать данные, с повторами если не дошло с первого раза. Все эти вещи библиотека берет на себя.

Для энергосбережения использую библиотеку Low Power Library, она проста и содержит только то, что нужно.

Вот кусок кода:

// по умолчанию устанавливается 2.402 GHz (канал 2), 2Mbps, 0dBm
rfdata.init();
// передача данных на сервер (с повторами, если потребуется)
rfdata.sendtoWait((uint8_t*)&dhtData, sizeof(dhtData), SERVER_ADDRESS);
// засыпаем
LowPower.powerDown(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF);`

Всё!

В случае же применения ESP8266 в заоконном датчике, я был бы вынужден создавать WiFi точку доступа и каким-то образом передавать данные (где прошивки, где софт?). Либо позволить датчику напрямую слать данные на веб-сервер, а центральный блок (который в этом случае перестаёт играть роль «центрального») учить читать данные оттуда, чтобы их отобразить на табло.

Другими словами я пошёл путем большей автономии от WiFi интернета и PHP MySQL сервера. Вы можете начать «клепать» метеостанцию уже сейчас не имея доступа в интернет и/или хостинга для сервера, в этом случае ESP8266 вам не нужен, просто добавите его потом.

Для считывания данных с датчиков типа DHT есть библиотека Adafruit DHT Sensor Library. Работа с ней проста и понятна.

Для датчика давления подходит библиотека Adafruit BMP085 Unified, которая требует наличия библиотеки абстрактного уровня Adafruit Sensor.

В составе всех библиотек есть примеры скетчей.

Вот и всё пожалуй с теоретической частью. «Наши цели ясны, задачи определены. За работу, товарищи!»

Характеристики датчика dht11

Следует отметить, что данный датчик выбран как наиболее доступный и удобный в применении. Помимо этого он характеризуется следующими рабочими параметрами:

• Напряжение питания от 3 до 5 В;
• Потребляет от источника питания ток в 2,5 мА;
• Способен измерять влажность окружающего пространства в пределах от 20 до 80%;
• Температурные колебания измеряет в пределах от 0 до 50°С;
• Погрешность при измерении влажности составляет 5%, а при измерении температуры в пределах 2%;
• Частота измерений составляет одно измерение в секунду;
• Габариты датчика составляют 12×15,5*5,5 мм.

Датчик DHT11 имеет пластиковый корпус и оснащается четырьмя контактами, такое количество выводов обеспечивает удобство подсоединения к устройствам обработки данных. В работе самодельной метеостанции все четыре вывода не используются, из них вам понадобится только три VCC, GND, DATA. Запитать датчик вы можете от любого источника с уровнем напряжения на выходе от 3 до 5 В.

В некоторых схемах можно встретить подключение резистора на 5 – 10 кОм к выводу передачи данных от датчика к микроконтроллеру. Следует отметить, что в данной ситуации этого делать не нужно, так как резистор уже входит в состав платы.

В интернете вы найдете как отдельные датчики, так и уже собранные в готовый модуль. Последние гораздо удобнее, поэтому предпочтительнее использовать их. Несмотря на то, что внешний вид модулей отличается, их принцип подключения идентичен, вам необходимо лишь обратить внимание на расположение выходов с датчика.