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发表于: 2018-10-30 16:44:52 | 显示全部楼层

在本篇文章中，我们将学习如何制作基于Arduino开发板的无线气象站。我们使用DHT22传感器测量室外温度和湿度，然后使用NRF24L01收发器模块将这些数据无线发送到室内的设备。在室内设备上，还有另外一个用于测量室内温度和湿度的DHT22传感器，以及一个DS3231实时时钟模块，即使在Arduino断电后也可以保持时间。所有这些数据都打印输出在0.96英寸OLED显示屏上。

Arduino无线气象站电路图

我们来看看电路原理图以及工作原理。

下面列出了电路所需的组件：

● NRF24L01收发器模块

● DHT22传感器

● DS3231实时时钟

● Arduino Nano

实时时钟模块和OLED显示器都使用I2C协议与Arduino开发板进行通信，因此它们连接到Arduino Nano板上的I2C引脚或4号和5号模拟引脚。在NRF24L01收发器模块旁边有一个去耦电容，可以使电源更加稳定。还有一个连接到DHT22数据引脚的上拉电阻，可使得传感器正常工作。

至于电源，我使用12V直流电源适配器用于室内设备供电，而对于室外设备的供电，我使用了两节锂电池来产生约7.5V的电压。通过这种配置，由于室外设备需要定期传输数据，因此可以在电池放电之前运行大约10天，而同时会将Arduino置于睡眠模式，功耗仅为7mA左右。

定制设计PCB

为了保持能更有效的组织电子元件，根据电路图，我使用EasyEDA免费在线电路设计软件设计了一个定制PCB。我们可以注意到，室内和室外设备使用同一块PCB，只有Arduino开发板采用不同的编程代码。

一旦我们完成设计，我们就可以轻易地导出用于制造PCB的Gerber文件。您可以在这里查看Arduino无线气象站的EasyEDA项目文件。

然后我们就可以从PCB生产商定制PCB，一般几天后就可以拿到PCB。

然后，我们开始焊接PCB来组装该电路的电子元件。通过这种方式，我们可以在需要时轻松连接和断开组件。

接着焊接电容和上拉电阻。完成后，现在我们可以将组件插接到PCB的排母上。

接下来，我们项目制作外壳。我使用了8mm刻度MDF板和圆锯，将所有部件切割成所需的大小。

为了进行准确的温度和湿度测量，壳体的侧面必须允许空气进入壳体。因此，使用钻头和锉刀，我在室内和室外设备的侧面板上开了几个插槽。

我还为前面板上的OLED显示器开了一个插槽，并切割了一小块铝尺寸，稍后将其作为装饰安装在前面板上。

组装箱子时，我使用了木胶和一些夹子，以及一些螺丝。

我用喷漆涂了表壳。在室外设备上使用白色涂料，在室内设备上使用黑色涂料。油漆干了后，我只需将PCB插入箱子中。

在室内单元的后侧，插入了电源插孔和电源开关，在室外设备中，我使用一个跳线作为电源开关。

indoor-and-outdoor-temperature-and-humidity-measurement.jpg

现在我们的Arduino无线气象站就可以正常运行了。

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风筝

发表于: 2018-10-30 22:35:48 | 显示全部楼层

沙发

Arduino无线气象站代码

Arduino气象站室外设备的代码：

/*
Arduino Wireless Communication Tutorial
Outdoor unit - Transmitter
by Dejan Nedelkovski, www.HowToMechatronics.com
Libraries:
NRF24L01 - TMRh20/RF24, https://github.com/tmrh20/RF24/
DHT22 - DHTlib, https://github.com/RobTillaart/Arduino/tree/master/libraries/DHTlib
LowPower - https://github.com/rocketscream/Low-Power
*/
#include <SPI.h>
#include <nRF24L01.h>
#include <RF24.h>
#include <dht.h>
#include <LowPower.h>
#define dataPin 8 // DHT22 data pin
dht DHT; // Creates a DHT object
RF24 radio(10, 9); // CE, CSN
const byte address[6] = "00001";
char thChar[32] = "";
String thString = "";
void setup() {
radio.begin();
radio.openWritingPipe(address);
radio.setPALevel(RF24_PA_MIN);
radio.stopListening();
}
void loop() {
int readData = DHT.read22(dataPin); // Reads the data from the sensor
int t = DHT.temperature; // Gets the values of the temperature
int h = DHT.humidity; // Gets the values of the humidity
thString = String(t) + String(h);
thString.toCharArray(thChar, 12);
// Sent the data wirelessly to the indoor unit
for (int i = 0; i <= 3; i++) { // Send the data 3 times
radio.write(&thChar, sizeof(thChar));
delay(50);
}
// Sleep for 2 minutes, 15*8 = 120s
for (int sleepCounter = 15; sleepCounter > 0; sleepCounter--)
{
LowPower.powerDown(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF);
}
}

复制代码

代码描述：室外设备是无线通信的发射部分，因此首先我们需要包括RF24库、DHT库，以及用于将Arduino置于睡眠模式的LowPower库。

在定义了它们的实例，模块所连接的引脚和一些变量之后，在setup()函数中我们需要初始化无线通信地址。然后在loop()函数，首先我们读取DHT22传感器的数据（温度和湿度）。最初这些值是整数并且是分开的，因此我将它们转换为单个String变量，将它们放入字符数组中，并使用radio.write()函数将此数据发送到室内设备。使用for循环，我们发送数据3次，以确保接收器在发送时控制器忙时获得数据。

最后，我们将Arduino置于睡眠模式一段特定时间，以最大限度地降低功耗。

Arduino气象站室内设备代码：

/*
Arduino Wireless Communication Tutorial
Indoor unit - Receiver
by Dejan Nedelkovski, www.HowToMechatronics.com
Libraries:
DS3231 - http://www.rinkydinkelectronics.com/library.php?id=73
U8G2 - https://github.com/olikraus/u8g2
*/
#include <SPI.h>
#include <nRF24L01.h>
#include <RF24.h>
#include <dht.h>
#include <DS3231.h>
#include <U8g2lib.h>
#include <Wire.h>
#define dataPin 8 // DHT22 sensor
dht DHT; // Creats a DHT object
DS3231 rtc(SDA, SCL);
U8G2_SSD1306_128X64_NONAME_1_HW_I2C u8g2(U8G2_R0, /* reset=*/ U8X8_PIN_NONE);
RF24 radio(10, 9); // CE, CSN
const byte address[6] = "00001";
char text[6] = "";
int readDHT22, t, h;
String inTemp, inHum, outTemp, outHum;
String rtcTime, rtcDate;
int draw_state = 0;
unsigned long previousMillis = 0;
long interval = 3000;
#define Temperature_20Icon_width 27
#define Temperature_20Icon_height 47
void setup() {
radio.begin();
radio.openReadingPipe(0, address);
radio.setPALevel(RF24_PA_MIN);
radio.startListening();
u8g2.begin();
rtc.begin();
}
void loop() {
if (radio.available()) {
radio.read(&text, sizeof(text)); // Read incoming data
outTemp = String(text[0]) + String(text[1]) + char(176) + "C"; // Outdoor Temperature
outHum = String(text[2]) + String(text[3]) + "%"; // Outdoor Humidity
}
unsigned long currentMillis = millis();
if (currentMillis - previousMillis > interval) {
previousMillis = currentMillis;
u8g2.firstPage();
do {
switch (draw_state ) {
case 0: drawDate(); break;
case 1: drawInTemperature(); break;
case 2: drawInHumidity(); break;
case 3: drawOutTemperature(); break;
case 4: drawOutHumidity(); break;
}
} while ( u8g2.nextPage() );
draw_state++;
if (draw_state > 4) {
draw_state = 0;
}
}
}
void drawDate() {
String dowa = rtc.getDOWStr();
dowa.remove(3);
rtcDate = dowa + " " + rtc.getDateStr();
u8g2.setFont(u8g2_font_timB14_tr);
u8g2.setCursor(0, 15);
rtcTime = rtc.getTimeStr(); // DS3231 RTC time
rtcTime.remove(5);
u8g2.print(rtcDate);
u8g2.setFont(u8g2_font_fub30_tf);
u8g2.setCursor(8, 58);
u8g2.print(rtcTime);
}
void drawInTemperature() {
readDHT22 = DHT.read22(dataPin); // Reads the data from the sensor
t = DHT.temperature; // Gets the values of the temperature
inTemp = String(t) + char(176) + "C";
u8g2.setFont(u8g2_font_helvR14_tr);
u8g2.setCursor(24, 15);
u8g2.print("INDOOR");
u8g2.setFont(u8g2_font_fub30_tf);
u8g2.setCursor(36, 58);
u8g2.print(inTemp);
u8g2.drawXBMP( 0, 17, Temperature_20Icon_width, Temperature_20Icon_height, Temperature_20Icon_bits);
}
void drawInHumidity() {
h = DHT.humidity; // Gets the values of the humidity
inHum = String(h) + "%";
u8g2.setFont(u8g2_font_helvR14_tr);
u8g2.setCursor(24, 15);
u8g2.print("INDOOR");
u8g2.setFont(u8g2_font_fub30_tf);
u8g2.setCursor(36, 58);
u8g2.print(inHum);
u8g2.drawXBMP( 0, 17, Humidity_20Icon_width, Humidity_20Icon_height, Humidity_20Icon_bits);
}
void drawOutTemperature() {
u8g2.setFont(u8g2_font_helvR14_tr);
u8g2.setCursor(12, 15);
u8g2.print("OUTDOOR");
u8g2.setFont(u8g2_font_fub30_tf);
u8g2.setCursor(36, 58);
u8g2.print(outTemp);
u8g2.drawXBMP( 0, 17, Temperature_20Icon_width, Temperature_20Icon_height, Temperature_20Icon_bits);
}
void drawOutHumidity() {
u8g2.setFont(u8g2_font_helvR14_tr);
u8g2.setCursor(12, 15);
u8g2.print("OUTDOOR");
u8g2.setFont(u8g2_font_fub30_tf);
u8g2.setCursor(36, 58);
u8g2.print(outHum);
u8g2.drawXBMP( 0, 17, Humidity_20Icon_width, Humidity_20Icon_height, Humidity_20Icon_bits);
}

复制代码

代码描述：在另一侧，室内设备或接收器，我们需要包括两个库，一个用于DS3231实时时钟模块，另一个用于OLED显示器 -U8G2库。与前一个一样，我们需要为下面的程序定义实例，引脚和一些变量。此外，我们还需要将温度和湿度图标定义为位图。

温度图标位图：

#define Temperature_20Icon_width 27
#define Temperature_20Icon_height 47
static const unsigned char Temperature_20Icon_bits[] U8X8_PROGMEM = {
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x3f, 0x00, 0x00, 0x80, 0x7f, 0x00, 0x00,
0xc0, 0xe1, 0x00, 0x00, 0xe0, 0xc0, 0x01, 0x00, 0x60, 0x80, 0xf9, 0x03,
0x60, 0x80, 0x01, 0x00, 0x60, 0x80, 0x01, 0x00, 0x60, 0x80, 0x79, 0x00,
0x60, 0x80, 0x01, 0x00, 0x60, 0x80, 0x01, 0x00, 0x60, 0x80, 0xf9, 0x03,
0x60, 0x80, 0x01, 0x00, 0x60, 0x80, 0x01, 0x00, 0x60, 0x8c, 0x79, 0x00,
0x60, 0x9e, 0x01, 0x00, 0x60, 0x9e, 0x01, 0x00, 0x60, 0x9e, 0xf9, 0x03,
0x60, 0x9e, 0x01, 0x00, 0x60, 0x9e, 0x01, 0x00, 0x60, 0x9e, 0x79, 0x00,
0x60, 0x9e, 0x01, 0x00, 0x60, 0x9e, 0x01, 0x00, 0x60, 0x9e, 0xf9, 0x03,
0x60, 0x9e, 0x01, 0x00, 0x60, 0x9e, 0x01, 0x00, 0x60, 0x9e, 0x01, 0x00,
0x70, 0x9e, 0x03, 0x00, 0x38, 0x1e, 0x07, 0x00, 0x18, 0x3e, 0x0e, 0x00,
0x1c, 0x3f, 0x0c, 0x00, 0x0c, 0x7f, 0x18, 0x00, 0x8c, 0xff, 0x18, 0x00,
0x8e, 0xff, 0x38, 0x00, 0xc6, 0xff, 0x31, 0x00, 0xc6, 0xff, 0x31, 0x00,
0xc6, 0xff, 0x31, 0x00, 0x8e, 0xff, 0x38, 0x00, 0x8c, 0xff, 0x18, 0x00,
0x0c, 0x7f, 0x1c, 0x00, 0x3c, 0x1c, 0x0e, 0x00, 0x78, 0x00, 0x06, 0x00,
0xe0, 0x80, 0x07, 0x00, 0xe0, 0xff, 0x03, 0x00, 0x80, 0xff, 0x00, 0x00,
0x00, 0x1c, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
};

复制代码

我们可以使用GIMP，一个开源图像编辑器，通过它我们可以绘制任何东西，然后将其导出为位图（.xbm）。

然后我们可以使用记事本打开这个文件，将位图复制到Arduino代码中。

请注意，在这里我们可以使用PROGMEM变量修饰符将位图定义为常量，这样位图将存储在闪存而不是Arduino板的SRAM中。

static const unsigned char Temperature_20Icon_bits[] U8X8_PROGMEM // Save in the Flash memory
static unsigned char Temperature_20Icon_bits[] // Save in the SRAM

复制代码

在setup函数中，我们需要初始化无线通信以及初始化OLED显示器和实时时钟模块。

然后在loop函数，我们不断检查是否有通过NRF24L01模块读取的输入数据。如果为true，则使用radio.read()函数读取它，并将前两个字符存储到温度String变量中，将接下来的两个字符存储到湿度String变量中。

然后我们使用millis()函数，以显示间隔变量定义的显示器上的各种数据，我将其设置为3秒。我们使用millis()函数，因为以这种方式可以重复执行其余代码，而且如果使用delay()函数，程序会等待那段时间，这样我们可能会错过从室外设备传入的数据。

接下来，使用U8G2库的firstPage()和nextPage()函数，我们打印使用自定义函数定义的五个不同界面。

drawDate()自定义函数从实时时钟模块获取日期和时间信息，并将其正确打印在显示器上。 drawInTemperature()函数读取室内温度并在显示屏上正确显示。实际上，在显示器上的所有屏幕的打印采用相同的方法。

以上就是本篇文章的全部内容，我希望你喜欢这个Arduino项目，并学到一些新东西。如果遇到问题，请随时在本帖下面进行回复。

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