用arduino製作具有無線資料傳輸功能的氣象站

科技 · 發表 2019-07-05 10:47:06

摘要：原標題：用arduino製作具有無線資料傳輸功能的氣象站本專案是用arduino開源硬體，來快速製作具有無限資料傳輸功能的氣象站，我之前做過一個帶資料記錄功能的氣象站專案，這次算是升級和改進的版本。第1步：構想首先，需要增加從氣象站到室內接收器的無線資料傳輸功能，去掉了SD卡模組，換成Ard...

本專案是用arduino開源硬體，來快速製作具有無限資料傳輸功能的氣象站，我之前做過一個帶資料記錄功能的氣象站專案，這次算是升級和改進的版本。

第1步：構想

首先，需要增加從氣象站到室內接收器的無線資料傳輸功能，去掉了SD卡模組，換成Arduino Uno介面擴充套件板。

這樣做的主要原因是為了節省空間，介面擴充套件版完全相容Arduino Uno，因此無需使用導線進行連線。氣象站支架也進行了重新設計。之前的支架太低，而且不穩，所以我又做了一個新的支架（更高而且更穩）。對於直接安裝到氣象站支架上的外殼而言，我還增加了一個新的托架。此外，還增加了用於供電的太陽能板。

第2步：原材料

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硬體清單：

在製作氣象站支架時需要：

您還將需要以下工具：

第3步：小結

如前文所述，本篇教程是對上篇氣象站教程的升級。

第4步：氣象站安裝方案

還有一個問題，那就是如何安裝能夠承受室外條件的氣象站支架。

關於氣象站支架的型別和設計，我做了一些研究。最後我決定使用3米長的鋼管來製作支架。通常建議將風速計安裝到最高點（大約10米（33英尺）），但是由於我使用的是一體化氣象站套件，我選擇了套件建議的高度 - 大約3米（10英尺）。

我考慮的主要問題是，這個支架必須模組化且易於拆卸，這樣便於轉移到其他位置。

組裝：

1、先從fi18 3.4m(11.15ft)長鋼管開始。在鋼管上塗一層酸性除鏽劑，對鋼管進行除鏽處理。

2、2到3小時後，除鏽完成，接著把鋼管焊接起來。先把吊環螺母焊到鋼管兩端，然後把鋼管放到距地面2米的位置。當然還可以放到更高的位置，但是不能更低，否則靠上的部分就會變得不穩。

3、然後，需要在每一側製作一個“錨”。為此我使用了兩個fi12 50cm(1.64ft)鋼棒。在每個鋼棒的頂端焊上一個吊環螺母和一個小鋼板，這樣就可以把它踩到或用錘子砸到地裡面。

如圖所示：

4、然後，使用鋼絲把“錨”上的吊環連到支架兩端。先拿來兩根1.7 m(5.57ft)長的鋼絲，一端用鋼絲夾直接固定到吊環螺母上，另一端固定到不鏽鋼螺絲扣上。不鏽鋼螺絲扣用於緊固鋼絲。

5、然後，使用一個3D列印托架將塑料接線盒安裝到支架上。更多詳情參見第5步。

6、最後，對每一個鋼製零件都塗上兩層底漆。在此基礎上，您可以塗上任何喜歡的顏色。

第5步：3D列印零件

為使安裝支架易於拆卸，需要製作一些3D列印零件。每一個零件都是我親自設計並使用PLA塑料打印出來的。

塑料接線盒托架

在上一篇教程中，我用鋼板製作了托架，但是不是特別實用。所以我決定使用3D列印零件再做一個。一共有五個3D列印零件，損壞的零件可以快速更換。

有了這個托架，塑料接線盒就能直接安裝到鋼管上。安裝高度也可以靈活調節。

溫溼度感測器外殼

我需要為溫溼度感測器設計一個外殼。在參考網上資料之後，我確定了這個外殼的最終形狀。我設計了帶托架的史蒂文森百葉箱，這樣所有部件都可以安裝到鋼管上。

它一共包括10個零件。主體底座由兩部分組成，頂部是一個“蓋子”，這樣就可以實現密封，不會進水。每一個零件都是使用PLA耗材列印而成。

第6步：室內資料接收器

本專案的主要升級就是增加了無線資料傳輸功能。所以還需要增加一個室內資料接收器。

為此，我使用了適合Arduino的430 MHz接收器，然後使用17釐米(6.7英寸)天線對其進行了升級。接著，需要測試一下該模組的通訊距離。第一項測試在室內進行，以確定牆壁對訊號範圍的影響，以及會不會造成訊號中斷。第二項測試是在室外進行。結果表明，該模組的通訊距離在10米（33英尺）以上，遠遠超出室內接收器的要求。

接收器所需零件：

如圖所示，這個接收器可以顯示室外溫度和溼度、日期和時間。

第7步：測試

在將各零部件組裝起來之前，必須進行一些測試。

首先要測試Arduino的傳送和接收模組。先得找到合適的程式碼，然後進行修改以使其符合專案需求。我從最簡單的例子開始，從發射器向接收器傳送一個字，測試成功之後再發送更多的資料。

然後需要對這兩個模組的範圍進行測試。先把天線去掉，測試發現通訊距離非常短，大約4米（13英尺）。然後把天線加上進行測試。通過相關研究和分析，我認為天線長度最好是17釐米（6.7英寸）。之後分別在室內和室外進行了測試，以確定環境對訊號的影響。

最後，將發射器置於室外，接收器置於室內，再進行測試，以確定能否實現良好的室內接收效果。最初有一些訊號中斷的問題，因為接收到的資料和發射的資料不一致。後來換上從ebay購買的433 Mhz模組天線，才解決了這個問題。

這個模組整體不錯，因為非常便宜，而且簡單易用，只不過由於存在訊號中斷問題，使用距離會受到一定的限制。

程式碼：

#include //SD

File myFile; //SD

int pinCS = 10;

////////////

//LCD

#include

#define BACKLIGHT_PIN 3

LiquidCrystal_I2C lcd(0x20, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE);

///////////

int sensorPin = A0; //battery voltage pin

int sensorValue = 0;

///////////////////

int sensorPin_solar = A1; //solar panel voltage pin

int sensorValue_solar = 0;

////////////////

char databuffer[35];

double temp;

void getBuffer() //Get weather status data

{

int index;

for (index = 0;index < 35;index ++)

{

if(Serial.available())

{

databuffer[index] = Serial.read();

if (databuffer[0] != 'c')

{

index = -1;

}

else

{

index --;

}

int transCharToInt(char *_buffer,int _start,int _stop) //char to int)

{

int _index;

int result = 0;

int num = _stop - _start + 1;

int _temp[num];

for (_index = _start;_index <= _stop;_index ++)

{

_temp[_index - _start] = _buffer[_index] - '0';

result = 10*result + _temp[_index - _start];

}

return result;

}

int WindDirection() //Wind Direction

{

return transCharToInt(databuffer,1,3);

}

float WindSpeedAverage() //air Speed (1 minute)

{

temp = 0.44704 * transCharToInt(databuffer,5,7);

return temp;

}

float WindSpeedMax() //Max air speed (5 minutes)

{

temp = 0.44704 * transCharToInt(databuffer,9,11);

return temp;

}

float Temperature() //Temperature ("C")

{

temp = (transCharToInt(databuffer,13,15) - 32.00) * 5.00 / 9.00;

return temp;

}

float RainfallOneHour() //Rainfall (1 hour)

{

temp = transCharToInt(databuffer,17,19) * 25.40 * 0.01;

return temp;

}

float RainfallOneDay() //Rainfall (24 hours)

{

temp = transCharToInt(databuffer,21,23) * 25.40 * 0.01;

return temp;

}

int Humidity() //Humidity

{

return transCharToInt(databuffer,25,26);

}

float BarPressure() //Barometric Pressure

{

temp = transCharToInt(databuffer,28,32);

return temp / 10.00;

}

void setup()

{

lcd.begin (20,4);

lcd.setBacklightPin(BACKLIGHT_PIN,POSITIVE);

lcd.setBacklight(HIGH);

lcd.home ();

//////////

Serial.begin(9600);

////////

pinMode(pinCS, OUTPUT);

// SD Card Initialization

if (SD.begin())

{

Serial.println("SD card is ready to use.");

} else

{

Serial.println("SD card initialization failed");

return;

}

//////////

}

void loop()

{

//////////////////

sensorValue = analogRead(sensorPin); //Monitoring battery voltage

float voltage = sensorValue*(5.0/1023.0);

lcd.setCursor(0,3); //0,3

lcd.print("Voltage bat: ");

lcd.print(voltage);

lcd.print(" V");

/////////////////

sensorValue_solar = analogRead(sensorPin_solar);

float voltage_solar = 2*sensorValue_solar*(5.0/1023.0)-0.07;

Serial.println(voltage_solar);

// lcd.setCursor(0,2); //This is example how to set your LCD commands

// lcd.print("Voltage sol: ");

// lcd.print(voltage_solar);

// lcd.print(" v");

/////////////////////

getBuffer(); //Begin!

///////

if(WindDirection()==0){