Проекты

Портативная, интеллектуальная метеостанция с функцией управления умным домом

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Среда»

Направление работы: Программирование
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1534
Предметы: Информатика
Классы: 9 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» 2021 года

Актуальность

В настоящее время влияние климатических и погодных условий на организм человека не вызывают сомнений. Доказано, что резкое повышение или понижение температуры окружающей среды, колебания атмосферного давления, повышение относительной влажности воздуха у людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями могут привести к серьёзным проблемам со здоровьем. Кроме того для комфортного существования человека необходимо чтобы одежда и пространство внутри помещения соответствовали внешним климатическим условиям. Получить информацию о метеорологических параметрах окружающей среды помогает домашняя метеостанция с функцией управления умным домом. 

Цель

Создать портативную, интеллектуальную метеостанцию для получения климатических данных и управления умным домом. 

Задачи

  1. Сделать модуль с погодными датчиками и контрейлер для него. 
  2. Создать модули для сопряжения с умным домом.
  3. Написать программу для управления метеостанцией в ‘Arduino IDE’. 
  4. Освоить программу ‘EasyEDA’ для создания электрической схемы и печатной платы для устройства.
  5. Создать приложение в графической среде разработки под android ‘mit app inventor’. 
  6. Создать умную метеостанцию.  
  7. Самостоятельная сборка проекта. 
  8. Сравнить устройство с другими аналогами.

Оборудование

Материалы: 

  • Arduino MEGA и NANO. 
  • Датчик температуры и влажности HDC1080. 
  • Датчик давления BMP180. 
  • Лазерный инкрементальный энкодер. 
  • Bluetooth модуль HC-06.
  • Микросхема часов реального времени DS3231.
  • Макетная плата беспаечная и соединительные провода для неё.
  • TFT LCD матрица и контроллеры для неё.
  • Печатная плата.
  • Различные smd компоненты.

Программное обеспечение: 

  • Arduino IDE.
  • EasyEDA.
  • MIT App inventor.

Описание

В данном проекте автор создал макет модуля с датчиками и модуля контролера метеостанции. Модуль с датчиками собран на беспечной макетной плате и состоит из платы Arduino NANO, датчика температуры и влажности, датчика давления, датчика скорости ветра и модуля радиосвязи. По сравнению с первым прототипом метеостанции здесь были использованы боле точные датчики температуры, влажности и давления, также был добавлен модуль радиосвязи для передачи данных к контролеру метеостанции. Контрейлер состоял из платы Arduino MEGA с установленной макетной платой, на которой распаяны: модуль радиосвязи, Bluetooth модуль, часы реального времени, TFT дисплей с диагональю 3.5 дюйма и сенсорная кнопка для управления интерфейсом.

В ходе написания программы использование TFT дисплея с высоким разрешением, по сравнению с ЖК-дисплеем, позволило добавить на него графики давления, температуры, влажности, скорости ветра от времени.

Также было создано приложение для метеостанции в графической среде разработки MIT App inventor. На данный момент через приложение можно осуществлять настройки метеостанции и получать актуальные показания с датчиков. Связь с приложением осуществляется по Bluetooth. Через приложение можно будет осуществлять управление модулями умного дома.

Далее после налаживания работы модуля контрейлера метеостанции было решено перенести его с макетной платы на печатную плату для увеличения компактности и уменьшения количества проводов на плате.

Результаты работы/выводы

В результате получилось создать умную, портативную метеостанцию, имеющую выносной модуль с датчиками. Получилось устранить некоторые недостатки аналогичных устройств, такие как большой размер метеостанции, малое количество выводимой информации.

В дальнейшем планируется создание новых датчиков для    метеостанции. Таких как датчик направления ветра и лазерный осадкомер. Также планируется сделать модули умного дома для поддержания микроклимата в помещении. Возможность метеостанции узнавать погоду позволит предсказать падение температуры и при помощи модулей умного дома заранее начать отопление дома.