Введение
В настоящее время в жизни мы все чаще сталкиваемся с необходимостью знать точные погодные условия в данном месте и в данное время. Активные виды спорта, работа в местах с неблагоприятными условиями, научные исследования, прогнозирование погоды – все это требует статистических метеорологических данных.
Даже для обычного урока физической культуры информация о погоде очень важна и востребована.
Объектом исследования является возможность реализации недорогой и функциональной метеостанции, подключаемой к компьютеру. Уникальность данного проекта: создана метеостанция с возможностью управления через компьютерные сети, обладающая низкой ценой и модульным принципом построения, что позволяет заменять или добавлять необходимые компоненты (датчики и управляющие элементы).
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
· изучить технологии, позволяющие реализовать проект;
· выбрать оборудование для сбора данных и их обработки;
· изучить и понять принципы работы датчиков;
· создать метеостанцию.
Технические характеристики прибора
Arduino Uno контроллер построен на ATmega328p. Платформа имеет 14 цифровых вход/выходов (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB, либо подать питание при помощи адаптера AC/DC или батареи.
В отличие от всех предыдущих плат, использовавших FTDI USB микроконтроллер для связи по USB, новый Ардуино Uno использует преобразователь интерфейса COM-USB CH340.
Характеристики
| Микроконтроллер | ATmega328p |
| Рабочее напряжение | 5 В |
| Входное напряжение (рекомендуемое) | 7-12 В |
| Входное напряжение (предельное) | 6-20 В |
| Цифровые Входы/Выходы | |
| Аналоговые входы | |
| Постоянный ток через вход/выход | 40 мА |
| Постоянный ток для вывода 3.3 В | 50 мА |
| Флеш-память | 32 Кб (ATmega328p) из которых 0.5 Кб используются для загрузчика |
| ОЗУ | 2 Кб (ATmega328p) |
| EEPROM | 1 Кб (ATmega328p) |
| Тактовая частота | 16 МГц |
Метеостанция — это совокупность приборов для анализа метеорологических условий, также устройство, которое будет считывать с датчиков показания и совершать какие-то действия над ними.
Основные особенности персональной метеостанции — универсальность, мобильность, удобный интерфейс, с помощью которого возможно дальнейшее использование метеостанции в каких-либо крупных структурах по сбору, анализу, и сохранению погодных данных.
Измеряемая температура: 0-50 ˚С
Погрешность измерения температуры: ± 2˚ С
Напряжение питания: 3 - 5 В
Элементная база:
| Позиция | Характеристики | Количество |
| Плата Arduino Uno | Процессор: atmega328p Тактовая частота: 16 мгц Память: 32 кб flash Контакты: 20 Габариты: 6,9×5,3 см | |
| Беспаечная макетная плата | ||
| Резистор номиналом 10 ком | Мощность: 0,5 Вт Точность: ±5 % Максимальное рабочее напряжение: 350 В | |
| Термистор | Сопротивление при 25 °C равно 10 ком. | |
| Провод типа «папа-папа» | 65 соединительных проводов-перемычек |
2. Принцип, условия работы и особенности использования метеостанции:
Принципиальная схема
Схема на макетке
- Показания датчиков выводятся на монитор компьютера/ноутбука
- Домашняя метеостанция предназначена для работы при температурах от +5ОС до +45ОС.
- Относительная влажность до 90% при температуре +25ОС.
- Прибор можно использовать на высоте от +9000 до -500 м относительно уровня моря.
- не допускается попадания на прибор соляных брызг, кислотных и окислительных газов;
- прибор нужно использовать вдали от источников тепла и воздействия прямых солнечных лучей
Номинальный режим работы – энергосберегающий.
Достоинства метеостанции:
· Доступность
· Относительная простота сборки
· Возможность применения в бытовых условиях.
· Отсутствие необходимости калибровки датчики.
· Возможность вывода датчик на улицу (длина кабеля до 20 м)
· Возможность автономного питания
Перспективы модернизации проекта
1) Установка LCD дисплея и вывод значений температуры, влажности и давления на него.
2) Установка часов реального времени
3) Конструирование, создание и установка анемометра (устройства для измерения скорости ветра)
4) Установка аналогового датчика пара для определения образования пара, росы или начала дождя.
5) Использование аналогового термометра (Troyka-модуль) для расширения диапазона измеряемой температуры (- 40 ˚С …+125 ˚С)
6) Установка платы расширения SD Card Shield v.4 для записи показаний датчиков на флеш-карту
7) Установка модуля беспроводной связи для передачи показаний датчиков на компьютер и мобильный телефон
8) Установка платы расширения GPRS Shield для передачи показаний датчиков посредством каналов передачи данных стандарта GPRS.
9) Создание и установка метеостанции в защитный корпус.
10) Установка батарейки на 5 В для автономной работы метеостанции
11) Установка солнечной батареи для автономной работы в уличных условиях
12) Конструирование и установка измерителя уровня осадков (для уличного использования)