Анатолий Беляев (aka Mr.ALB). Персональный сайт
Да пребудут с вами Силы СВЕТА!
Погодная станция на BME280 + DS1820
Используя раннюю разработку программы Барометр c разными системами измерения давления создаю небольшую, можно сказать, карманную погодную станцию.
Подразделы
- Описание
- Схема электрическая принципиальная
- Скетч
- Реализация
- Корпус
- Доработки2020-05-15
- Приложение2020-06-24
Основа погодной станции – датчик BME280. В этом датчике, в отличие от датчика BMP280, имеется чувствительный элемент для измерения ещё и относительной влажности.
Добавив цифровой датчик ф. Даллас DS18B20 к уже имеющемуся датчику BME280 получаем, что наше устройство может измерять, обрабатывать и показывать:
- Абсолютное атмосферное давление (в мм рт. ст. или в кПа).
- Предыдущее значение абсолютного давления и разницу между текущим и предыдущим давлениями (в мм рт. ст. или в кПа). Можно судить о скорости изменения давления.
- Высоту (относительную, в метрах).
- Высоту относительно уровня моря (в метрах).
- Внутреннюю температуру с BME280 (в °С).
- Относительную влажность (в %).
- Внешнюю температуру (в °С, через DS18В20) + показывать минимальное и максимальное измеренное значение.
Для смены единиц измерения давления необходимо удержание кнопки Установка уровня 0 метров
2...3 секунды, после отпускания кнопки – давление будет измеряться альтернативными единицами измерения.
Схема погодной станции
Схема погодной станции была создана на основе: Arduino Pro Mini (можно использовать любую: Arduino UNO, Arduino Nano и подобные им), датчике атмосферного давления и влажности BME280 (не путать с BMP280) и цифровом датчике температуры семейства DS1820.
Датчик ф. Даллас семейства DS1820 и ему подобные имеет достаточную точность в широком диапазоне температур. Такой датчик я уже использовал при разработке МТР-1.2 – хороший, надёжный датчик. Если использовать герметичное исполнение, то можно измерять и температуру жидкостей, к примеру, воды.
Погодная станция может работать от встроенного аккумулятора Li-Ion +3.7 В, или от внешнего источника напряжением 6...9 В, тогда, в этом случае, напряжение питания необходимо подавать на контакт RAW. При работе от аккумулятора, используется повышающий DC-DC преобразователь MT3608 (можно любой повышающий). На его выходе установлено напряжение 4.5...5 В. Во избежании повреждения Ардуино, BME280, TFT экрана – следует обратить внимание, что перед подключением преобразователя к устройству, необходимо заранее выставить на его выходе указанное напряжение.
Если у вас напряжение питания не точно +5.0 В, а, к примеру, +4.5 В, то для точного измерения напряжения питания аккумулятора необходимо в строке [462] указать ваше напряжение питания на контакте VCC Ардуино.
Используемый мной образец BME280 работает в диапазоне напряжений 1.8...5 В, что избавляет от необходимости применять стабилизатор на 3.3 В. Если у вас образец BME280 на напряжение 3.3 В, то добавьте для него стабилизатор на требуемое напряжение.
Скетч
Скетч имеет подробные пояснения, надеюсь будет легко понять как работает программа. Основа скетча – предыдущие разработки и опыты по использованию датчиков BME280 и DS1820.
Опубликованый скетч является последней версией v3.13. Историю доработок смотрите в подразделе Доработки. Предыдущие версии и последнюю версию и используемые библиотеки можно скачать в подразделе Приложение.
/*********************************************************
2018-05-27 Mr.ALB Тренировка в программировании Ардуино
BME280 I2C:
SCL - A5
SDA - A4
VCC - 3.3V
GND - GND
2018-07-17 v1.2 Добавлен датчик влажности DHT22:
между контактом OUT и VCC
подключить 10к
2018-08-24 v3.0 Подключение дисплея
TFT ST7735 128*160 1,8 дюйма
2018-09-05 v3.1 Автономная работа от
батареии Li-Ion +3.7В
2018-09-08 v3.2 Перерисовка только меняющихся значений
2018-11-02 v3.2.1 Минимальная яркость = 1
2018-11-11 v3.2.2 Прогрессбар подсветки
на главной странице
2019-05-09 v3.3 Использование модуля BME280
2019-12-27 v3.4 Разные системы измерения давления
(мм | кПа)
2019-12-29 v3.5 Использование датчика
температуры DS18B20
2020-01-01 v3.5 Незначительное улучшение
2020-01-16 v3.6 Усреднение измерение напр. питания
2020-01-25 v3.7 Корректное измерение напр. питания +
+ Вывод мин/макс темпер. с DS1820 +
+ Вывод на экран подключенного типа DS18xx
2020-02-02 v3.8 Управление яркостью экрана +
+ изменение функции центрирования строки +
+ оптимизация кода
2020-02-16 v3.9 Уменьшение яркости экрана
через 30 секунд
2020-05-16 v3.10 Сохранение предыдущего давления,
сравнение с текущим давлением
2020-06-24 v3.11 Оптимизация в значениях знаков после запятой
2020-07-09 v3.12 Доработка функции dark_light
+ оптимизация подсветки
2020-08-31 v3.13 Использование циклического буфера для компенсации
колебания значений высоты и напряжения батареи;
+ подключение DS18B20 на паразитное питание, т.е.:
VCC DS18B20 (3) соединить с GND(1), а выход (2)
через 4.7к на VCC Arduino;
+ обнуление высоты при включении
+ вывод высоты относительно уровня моря
Аппаратное подключение TFT:
TFT ST7735 ARDUINO
Pin 1 RST -[R 1k]- PIN 10
Pin 2 CS -[R 1k]- PIN 9
Pin 3 DC -[R 1k]- PIN 8
Pin 4 DIN -[R 1k]- PIN 11
Pin 5 CLK -[R 1k]- PIN 13
Pin 6 VCC - PIN VCC +5V
Pin 7 BL - PIN 3~ - для регулировки подсветки
использовать ШИМ
Pin 8 GND - PIN GND
Контакты TFT 1-5 подключать через резисторы 1к...2к
**********************************************************/
// Программа: Автор, Версия, Дата, Название
const char* prog[] = {"Mr.ALB", "v3.13", "2020-08-31", "BME280 "};
#include <EEPROM.h> // для EEPROM
// Подключение библиотеки для I2C
#include <Wire.h>
/* Графический дисплей TFT ST7735 1.8" */
#include <Adafruit_GFX.h> // Ядро графической библиотеки
#include <Adafruit_ST7735.h>// Библиотека для ST7735
#define TFT_RST 10
#define TFT_CS 9
#define TFT_DC 8
// Аппаратное подключение TFT
// Создаём объект tft
Adafruit_ST7735 tft = Adafruit_ST7735
(
TFT_CS,
TFT_DC,
TFT_RST
);
// Подключение библиотеки BME280
#include <Adafruit_BME280.h>
/* Чтобы всё заработало необходимо
1. Сканером I2C найти адрес BME280
или в библиотеке <Adafruit_BME280.h>:
1) Изменить адрес #define BME280_ADDRESS (0x77)
на адрес #define BME280_ADDRESS (0x76)
2) Закоментировать библиотеку
#include <Adafruit_Sensor.h>
*/
// Создаём объект барометра
Adafruit_BME280 bme;
/* мБар - мм рт. ст.
1013.2472 - 760 k=1.33322
1005.24788 - 754
*/
// Уровень моря
#define SEALEVELPRESSURE_HPA 1013.2472 // В мБар
// Нулевой уровень для давления 754 мм рт.ст.
// Задайте значение соответствующее вашему положению
float null_level = 1005.24788; // В мБар
// Коэффициент для перевода Па в мм рт.ст.
const float kp = 133.322;
// переменные давления
float press_now,
press_last,
press_tmp,
press_prev,
altit;
// переменные температуры
float temp,
temp_last,
temp_correct = -1;
// переменные влажности
float humidity_now,
humidity_last,
humidity_correct = 0;
#include <Buttons.h> // Подключение библиотеки кнопок
#define BUTTON_SET_LEVEL 6 // Кнопка "установка уровня 0 м"
#define BUTTON_LIGHT 5 // Кнопка подсветки дисплея
#define LIGHT_PIN 3 // Вывод PWM для подсветки дисплея
#define VBAT_PIN A0 // Ввод VBAT батареи питания,
// через резистор 1к
#define DARK_LIGHT 30000 // Задержка гашения экрана 30 секунд
// Создание объекта для кнопки "установка уровня 0 м"
Buttons buttonSetLevel(BUTTON_SET_LEVEL, 21);
// Создание объекта для кнопки подсветки
Buttons buttonLight(BUTTON_LIGHT, 21);
// Подключение библиотеки OneWire
#include <OneWire.h>
// Установка OneWire на Pin4
#define ONE_WIRE_BUS 4 // Номер пина к которому подключен DS18B20
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
// Подключение библиотеки Dallas Temperature
#include <DallasTemperature.h>
// Установка DallasTemperature для работы по OneWire
DallasTemperature sensors(&oneWire);
// Переменные для DS1820
float temperature, fahrenheit, last_temperature;
float temperatureMax = 0, temperatureMin = 0;
byte addr[8];
byte type_s;
byte resolution;
// Название типа датчика DS18хх
const char* type_ds[] =
{
"DS1820",
"DS18S20",
"DS18B20",
"DS1822",
"DS1825"
};
// Чип датчика DS18хх
const char* type_text[] =
{
"Chip = DS1820", //0
"Chip = DS18S20 | old DS1820",//1
"Chip = DS18B20", //2
"Chip = DS1822", //3
"Chip = DS1825", //4
"is not family of DS18x20", //5
"Resolution = " //6
};
// Переменные для экрана
const uint8_t byinfo = 24; // Позиция вывода информации по y
const uint8_t bxinfo = 10 * 6; // Позиция вывода информации по х
// Уровень подсветки 0...250;
int level_light = 25;
// Строка вывода прогресс-бара подсветки
const uint8_t light_str = 15;
// Переменные для обновления экрана по времени
unsigned long time_now,
time_check,
time_check_display,
time_button,
time_button_now;
const unsigned long time_delta = 3000;
#define SCREEN_W 160 // Ширина экрана в рх
#define SCREEN_H 128 // Высота экрана в рх
uint8_t font_size = 1; // Размер шрифта
/* Флаги */
// Для обновления экрана по времени
boolean flagcheck = false;
// Для вывода надписей после установки яркости
boolean flagSetLight = true;
// Для измерения в кило Паскалях (kPa)
byte flagPa = 0;
// Для DS1820
boolean flagDS = false;
// Для снижения яркости экрана
byte flag_dark_light = false;
const float vcc = 4.51; // vcc - Напряжение питания Ардуино.
// Реальное напряжение после
// преобразователя, для точного
// измерения батареи питания
//Адреса хранения системы измерения и давления
int addrSYSPR = 1, addrPR = 2;
// Переменные и постоянные для циклического буфера
#define BUFF_SIZE 16
// Циклический буфер для батареи
int buffer1[BUFF_SIZE];
byte index1 = 0; // индекс циклического буфера
// Циклический буфер для высоты
int buffer2[BUFF_SIZE];
byte index2 = 0; // индекс циклического буфера
/***********************/
/* Настройка программы */
/***********************/
void setup()
{
//Serial.begin(9600); для отладки
// Порт управления подсветкой экрана
pinMode(LIGHT_PIN, OUTPUT);
// Порт для измерения батареи питания
pinMode(VBAT_PIN, INPUT);
// Опорный источник - внутренний
//analogReference(DEFAULT);
// Инициируем работу с дисплеем 1.8" TFT
tft.initR(INITR_BLACKTAB);// initialize a ST7735S chip, black tab
fnClrScreen(); // Очистить экран
tft.setRotation(1); // Поворот экрана:
// 0 - 0° книжный
// 1 - 90° альбомный
// 2 - 180° книжный
// 3 - 270° альбомный
// Установка начальной яркости
analogWrite(LIGHT_PIN, level_light);
if (!bme.begin(0x76)) // Старт датчика давления
{
//Если ошибка запуска BME280
char* bme_error[] =
{
"Error!",
"Not find BME280 sensor!",
"Check contacts",
"Click Reset/off"
};
tft.setTextColor(ST7735_RED);
tft.setTextSize(2);
fnCenter(bme_error[0], 2, 1, 0);
tft.print(bme_error[0]);
tft.setTextSize(1);
fnCenter(bme_error[1], 1, 7, 0);
tft.print(bme_error[1]);
fnCenter(bme_error[2], 1, 9, 4);
tft.print(bme_error[2]);
tft.setTextColor(ST7735_YELLOW);
fnCenter(bme_error[3], 1, 14, 0);
tft.print(bme_error[3]);
while (1);
}
// Старт датчика DS1820
sensors.begin();
if (!sensors.getAddress(addr, 0))
flagDS = false; // Нет датчика DS1820
else
{
flagDS = true;
/* Определяем устройство и его параметры */
//Считываем установленную точность
resolution = sensors.getResolution();
if(resolution<10) sensors.setResolution(10);
// Проверка точности
resolution = sensors.getResolution();
// Первый байт ROM указывает, какой чип
switch (addr[0])
{
case DS18S20MODEL:
type_s = 1;
break;
case DS18B20MODEL:
type_s = 2;
break;
case DS1822MODEL:
type_s = 3;
break;
case DS1825MODEL:
type_s = 4;
break;
default:
type_s = 5;
}
// Обновление значения датчика DS1820
sensors.requestTemperatures();
temperature = sensors.getTempC(addr);
temperatureMax = temperature;
temperatureMin = temperature;
}
// Заставка
fnZastavka();
// Считывание системы измерения давления из EEPROM
flagPa = EEPROM.read(addrSYSPR);
// Считывание предыдущего давления из EEPROM
press_prev = EEPROM_float_read(addrPR);
// Измерение текущего давления
press_now = bme.readPressure();
// Установка параметров давления и высоты
if (flagPa)
{
press_now /= 1000; // Давление в кПа
// обнуление текущей высоты
null_level = press_now * 10;
}
else
{
press_now /= kp; // Давление в мм рт. ст.
// обнуление текущей высоты
null_level = press_now * kp / 100;
}
// Запись текущего давления в EEPROM
EEPROM_float_write(addrPR, press_now);
// Вывод основного текста на экран
fnPrintText();
}
/***********************/
/* Рабочая программа */
/***********************/
void loop()
{
// Текущее время работы программы в мс
time_now = millis();
// Проверка интервала времени для обновления экрана
if (time_now - time_check > time_delta)
{
time_check = time_now;
flagcheck = true;
}
// Энергосбережение: яркость экрана на минимум
if (time_now - time_check_display > DARK_LIGHT)
{
time_check_display = time_now;
// Установка минимальной яркости через 30 секунд
analogWrite(LIGHT_PIN, 3);
flag_dark_light = true;
}
buttonSetLevel.scanState();// Считывание состояния кнопки уровня
buttonLight.scanState(); // Считывание состояния кнопки подсветки
// Было нажатие кнопки подсветки
if (buttonLight.flagPress == true)
{
time_check_display = time_now; //Задержка гашения экрана
time_button = millis();
// Пока кнопка нажата
while (buttonLight.flagPress)
buttonLight.scanState();
time_button_now = millis();
if (time_button_now - time_button >= time_delta / 2)
{
// Если нажатие больше time_delta/2 сек,
// то...
// ...измерение и запись текущего давления в EEPROM
press_now = bme.readPressure();
if (flagPa == 0)
press_now /= kp; // Давление из мБар в мм рт.ст.
else press_now /= 1000; // Давление из мБар в кПа
press_prev = press_now; // Смена предыдущего давления
EEPROM_float_write(addrPR, press_prev);//Запись давления
// ...запись текущей системы измерения давления в EEPROM
EEPROM.write(addrSYSPR, flagPa);
}
else
{
// 2020-07-09 v3.12 Настройка яркости экрана
if (flag_dark_light == false)
{
if (level_light == 3)level_light = 25;
else level_light += 25; // Шаг яркости
if (level_light == 250)
{
level_light = 3; // Минимальная яркость
tft.fillRect(0, light_str * 8 + 2, 160, 3, ST7735_BLACK);
}
}
// Установка яркости
// если было гашение экрана через dark_light,
// то устанавливаем ранее выбранную яркость
analogWrite(LIGHT_PIN, level_light);
// сброс флага dark_light
flag_dark_light = false;
/* Прогресс бар яркости подсветки */
uint8_t bar_step = 0;
const uint8_t bar_step_const = 8 * 2;
tft.setTextSize(1);
for (uint8_t ip = 0; ip < level_light / 25; ip++)
{
tft.fillRect (1 + bar_step,
light_str * 8 + 2,
bar_step_const - 2,
3,
ST7735_WHITE
);
bar_step += bar_step_const;
}
}
flagSetLight = true;
}
// Было нажатие кнопки "Установка уровня 0"
if (buttonSetLevel.flagPress == true)
{
time_check_display = time_now; //Задержка гашения экрана
time_button = millis();
// Пока кнопка нажата
while (buttonSetLevel.flagPress)
buttonSetLevel.scanState();
time_button_now = millis();
if (time_button_now - time_button >= time_delta / 2)
{
// Если нажатие больше time_delta/2 сек,
// то смена размерности давления
flagPa = !flagPa; // Инверсия флага Па
fnPrintText(); // Вывод основных надписей
// Смена у предыдущего давления
if (flagPa == 0)
{ // Из кПа в мм рт. ст.
press_prev /= kp;
press_prev *= 1000;
}
else
{ // Из мм рт. ст. в кПа
press_prev *= kp;
press_prev /= 1000;
}
}
else
{
// Если нажатие меньше time_delta/2 сек,
// то обнуление высоты
if (flagPa) null_level = press_now * 10;
else null_level = press_now * kp / 100;
// Обнуление значений цикл.буфера
for (byte i = 0; i < BUFF_SIZE; i++)
{
buffer2[i] = 0;
}
}
flagcheck = true;
}
// Измерение параметров с BME280*********************
press_now = bme.readPressure(); // Давление в мБар
if (flagPa == 0)
press_now /= kp; // Давление в мм рт. ст.
else press_now /= 1000; // Давление в кПа
temp = bme.readTemperature(); // Температура в °С
humidity_now = bme.readHumidity();// Влажность в %
// Конец измерения параметров с BME280***************
//Применение коррекции влажности
if (humidity_correct != 0) humidity_now += humidity_correct;
//Применение коррекции температуры
if (temp_correct != 0) temp += temp_correct;
/*
Если давление изменилось больше чем на 0,1 мм рт.ст.,
или на 0,01 кПа, то выводим на дисплей...
или если температура изменилась больше чем на 0,1°С
или если нажата кнопка обнуления высоты...
или если прошёл интервал времени >= 2 сек
*/
if
(
(flagPa == 0) && ((press_now < (press_last - .1)) ||
(press_now > (press_last + .1))) ||
(flagPa == 1) && ((press_now < (press_last - .01)) ||
(press_now > (press_last + .01))) ||
(temp < (temp_last - .1)) ||
(temp > (temp_last + .1)) ||
flagcheck == true ||
flagDS && ((last_temperature > temperature + .1) ||
(last_temperature < temperature - .1))
)
{
flagcheck = false; // Сброс флага проверки по времени
if (flagSetLight) // Если была настройка яркости
{
tft.fillRect(0, light_str * 8 + 2, 160, 3, ST7735_BLACK);
flagSetLight = false;
}
// Приблизительная высота в метрах
altit = bme.readAltitude(null_level);
int altit_buf = altit * 100; // Значение для цикл.буфера
//Serial.println(index2);
//Serial.print("altit = "); Serial.println(altit);
//Serial.print("altit_buf = "); Serial.println(altit_buf);
// Записываем в циклический буфер
fnAddReading(altit_buf, buffer2, index2);
// Вывод значения давления
tft.setTextColor(ST7735_YELLOW);
tft.fillRect(bxinfo, byinfo - 3, 6 * 10, 16, ST7735_BLACK);
tft.setTextSize(2);
tft.setCursor(10 * 6, byinfo - 2);
tft.print(press_now, 1);
// Вывод значения предыдущего давления
tft.setTextSize(1);
tft.fillRect(bxinfo, byinfo + 16, 6 * 10, 8, ST7735_BLACK);
tft.setCursor(bxinfo, byinfo + 16);
tft.print(press_prev, 1);
tft.print("/");
// Дельта текущего давления к предыдущему
float fdpress = press_now - press_prev;
// Если дельта меньше нуля, то голубым
if (fdpress < 0)tft.setTextColor(ST7735_CYAN);
// Если дельта больше 0, то красным
else tft.setTextColor(ST7735_RED);
tft.print(press_now - press_prev, 1);
// Вывод высоты
tft.setTextColor(ST7735_WHITE);
tft.fillRect(bxinfo, byinfo + 28, 6 * 12, 8, ST7735_BLACK);
tft.setTextSize(1);
tft.setCursor(bxinfo, byinfo + 28);
// Вывод усреднённого значения
altit = (float)fnAverage(buffer2) / 100;
//Serial.print("altit_avr = ");
//Serial.println(altit, 2);
//Serial.println();
tft.print(altit, 2);
tft.print("/");
// Вывод абсолютной высоты от уровня моря
tft.print(bme.readAltitude(SEALEVELPRESSURE_HPA), 1);
// Вывод значения температуры с BME280
tft.setTextColor(ST7735_ORANGE);
tft.fillRect(bxinfo, byinfo + 40, 6 * 6, 8, ST7735_BLACK);
tft.setCursor(bxinfo, byinfo + 40);
if (temp > 0) tft.print("+");
tft.print(temp, 1);
/* Вывод влажности */
/* Раскрашиваем значение в зависимости от % влажности */
if (humidity_now < 30.0) // Сушь
tft.setTextColor(ST7735_RED);
if (humidity_now >= 30.0 && humidity_now < 60.0)// Сухо
tft.setTextColor(ST7735_YELLOW);
if (humidity_now >= 60.0 && humidity_now < 75.0)// Влажно
tft.setTextColor(ST7735_GREEN);
if (humidity_now >= 75.0) // Сыро
tft.setTextColor(ST7735_BLUE);
//Очистка места под значение
tft.fillRect(bxinfo, byinfo + 52, 6 * 8, 16, ST7735_BLACK);
tft.setTextSize(2);
tft.setCursor(bxinfo, byinfo + 52);
tft.print(humidity_now, 0);
if (flagDS)
{
// Обновление значения датчика DS1820
sensors.requestTemperatures();
temperature = sensors.getTempC(addr);
// Вывод значения температуры с DS1820
tft.setTextColor(ST7735_WHITE);
tft.fillRect(bxinfo, byinfo + 74, 6 * 11, 16, ST7735_BLACK);
tft.setTextSize(2);
tft.setCursor(bxinfo, byinfo + 74);
if (temperature > 0) tft.print("+");
tft.print(temperature, 1);
// Записываем максимальное значение
if (temperature > temperatureMax)
temperatureMax = temperature;
// Записываем минимальное значение
if (temperature < temperatureMin)
temperatureMin = temperature;
// Вывод максимального и минимального значений
tft.setTextColor(ST7735_LIGHTGRAY);
tft.fillRect(bxinfo, byinfo + 90, 6 * 12, 8, ST7735_BLACK);
tft.setTextSize(1);
tft.setCursor(bxinfo, byinfo + 90);
if (temperatureMin > 0) tft.print("+");
tft.print(temperatureMin, 1);
tft.print("/");
if (temperatureMax > 0) tft.print("+");
tft.print(temperatureMax, 1);
}
/*******************************
Проверка напряжения питания
*******************************/
// Чтение напряжения питания из порта VBAT_PIN
// v3.13 Добавление значения в циклический буфер
fnAddReading(analogRead(VBAT_PIN), buffer1, index1);
// Перевод бит в вольты vcc=4.51V
float vbat;
// v3.13 Усреднение значений циклического буфера
vbat = (float)fnAverage(buffer1) * vcc / 1024.0;
// Выводим значение напряжения питания батареи
// если запитываемся от батареи
if (vbat > 2.5)
{
uint8_t x_vbat = 20 * 6 + 3, y_vbat = 14;
tft.fillRect(x_vbat, y_vbat, 6 * 6, 8, ST7735_BLACK);
tft.setCursor(x_vbat, y_vbat);
tft.setTextSize(1);
if (vbat < 3.7) tft.setTextColor(ST7735_YELLOW);
if (vbat < 3.3) tft.setTextColor(ST7735_RED);
if (vbat >= 3.7) tft.setTextColor(ST7735_GREEN);
tft.print("+");
tft.print(vbat);
tft.print("V");
fnBattary(23 * 6, 3, vbat); //Вывод пиктограммки
}
/* Конец проверки питания */
// Перезаписываем бывшие значения
temp_last = temp; //BMP280
press_last = press_now;
humidity_last = humidity_now;
last_temperature = temperature; //DS1820
delay(5);
}
}
/* Функция - Вывод °С */
void fnChrDegree
(
int16_t x,
int16_t y,
uint16_t color
)
{
uint8_t radius = 2;
tft.drawCircle(x += radius * 2, y += radius * 2 - 1, radius, color);
tft.setCursor(x + 3, y);
tft.setTextColor(color);
tft.print("C");
}
/* Функция символа батарейки */
void fnBattary
(
int16_t x,
int16_t y,
float vbat
)
{
int16_t w = 19, h = 8;
// Контур батарейки
tft.drawRect(x, y, w, h, ST7735_WHITE);
// Пимпочка
tft.fillRect(x + w, y + 2, 2, 4, ST7735_WHITE);
// Вывод квадратиков наполнения
if (vbat < 3.3)
fnPrintFillRect(x, y, 1, ST7735_RED);
if (vbat >= 3.3 && vbat < 3.5)
fnPrintFillRect(x, y, 1, ST7735_YELLOW);
if (vbat >= 3.5 && vbat < 3.7)
fnPrintFillRect(x, y, 2, ST7735_YELLOW);
if (vbat >= 3.7 && vbat < 3.9)
fnPrintFillRect(x, y, 3, ST7735_GREEN);
if (vbat >= 3.9)
fnPrintFillRect(x, y, 4, ST7735_GREEN);
}
/* Функция вывода квадратиков для символа батарейки*/
void fnPrintFillRect
(
int16_t x,
int16_t y,
uint8_t max_i,
int16_t color
)
{
tft.fillRect(x + 1, y + 1, 17, 6, ST7735_BLACK);
for (uint8_t i = 0; i < max_i; i++)
{
tft.fillRect(x + 2 + i * 4, y + 2, 3, 4, color);
}
}
/* Функция - Заставка */
void fnZastavka()
{
fnClrScreen(); // Очистить экран
tft.setTextWrap(false);
tft.setTextColor(ST7735_ORANGE);
font_size = 3;
tft.setTextSize(font_size);
fnCenter(prog[3], font_size, 1, 0);
tft.print(prog[3]);
font_size = 2;
tft.setTextSize(font_size);
fnCenter(prog[0], font_size, 4, 0);
tft.setTextColor(ST7735_DARKGREEN);
tft.print(prog[0]);
font_size = 1;
tft.setTextSize(font_size);
fnCenter(prog[1], font_size, 11, 0);
tft.setTextColor(ST7735_GRAY);
tft.println(prog[1]);
fnCenter(prog[2], font_size, 12, 2);
tft.print(prog[2]);
delay(3600);
if (flagDS)
{
fnClrScreen(); // Очистить экран
tft.setTextColor(ST7735_ORANGE);
font_size = 3;
tft.setTextSize(font_size);
// Вывод названия
fnCenter(type_ds[0], font_size, 1, 0);
tft.print(type_ds[0]);
font_size = 1;
tft.setTextSize(font_size);
// Вывод чипа DS18xx
fnCenter(type_text[type_s], font_size, 7, 0);
tft.print(type_text[type_s]);
// Вывод точности изменения DS18xx
fnCenter(type_text[6], font_size, 9, 0);
tft.print(type_text[6]);
tft.print(resolution);
}
delay(3000);
}
/* Функция - Вывод основных надписей на экран */
void fnPrintText()
{
fnClrScreen(); // Очистить экран
tft.setTextSize(1);
tft.setCursor(0, 3);
tft.setTextColor(ST7735_GREEN);
tft.print(prog[3]);
tft.print(prog[1]);
if (flagDS)
{
tft.print(" ");
tft.print(type_ds[type_s]);
}
/* Вывод давления */
tft.setTextColor(ST7735_LIGHTGRAY);
tft.setCursor(0, byinfo);//24
tft.print("Pressure:");
tft.setCursor(bxinfo + 6 * 11, byinfo);
tft.setTextSize(1);
// Вывод размерности давления
if (flagPa)
tft.print("kPa");
else
tft.print("mm");
tft.setCursor(0, byinfo + 15);
tft.print("Pres_pre:");
tft.setCursor(bxinfo + 6 * 11, byinfo + 15);
// Вывод размерности давления
if (flagPa)
tft.print("kPa");
else
tft.print("mm");
/* Вывод высоты */
tft.setCursor(0, byinfo + 28);
tft.print("Altitude:");
tft.setCursor(bxinfo + 6 * 12, byinfo + 28);
// Вывод размерности высоты
tft.print("m");
/* Вывод температуры */
tft.setCursor(0, byinfo + 40);
tft.print("Temper. :");
// Вывод размерности температуры
fnChrDegree(bxinfo + 6 * 7, 61, ST7735_LIGHTGRAY);
/* Вывод влажности */
tft.setCursor(0, byinfo + 52);
tft.print("Humidity:");
tft.setTextSize(1);
tft.setCursor(bxinfo + 6 * 8, byinfo + 54);
// Вывод размерности влажности
tft.print("%");
/* Вывод температуры с DS1820 */
if (flagDS)
{
//Разделитель влажности и DS1820
tft.drawFastHLine(0, byinfo + 70, 160, ST7735_DARKGRAY);
/* Вывод температуры c DS1820 */
tft.setCursor(0, byinfo + 78);
tft.print("Temper. :");
// Вывод размерности температуры
fnChrDegree(bxinfo + 6 * 12, 100, ST7735_LIGHTGRAY);
// Вывод размерности температуры для Min/Max
fnChrDegree(bxinfo + 6 * 12, 112, ST7735_LIGHTGRAY);
/* Вывод минимальной и максимальной температуры c DS1820 */
tft.setCursor(0, byinfo + 88);
tft.print("Min/Max :");
}
}
/* Функция - центрирование строки */
void fnCenter
(
char* string,
uint8_t fntsize,
uint8_t row,
uint8_t offset
)
{
// Подсчёт количества символов в строке
boolean flag = true;
byte i = 0;
while (flag)
{
if (string[i] != '\0')i++;
else flag = false;
}
// Установка позиции вывода строки
tft.setCursor
(
(SCREEN_W - i * fntsize * 6) / 2 + fntsize * 6 / 2,
fntsize * 8 * row + offset
);
}
/* Функция - Cтирание экрана чёрным цветом */
void fnClrScreen()
{
// Очистить экран, т.е. закрасить чёрным
tft.fillScreen(ST7735_BLACK);
// Курсор в начало экрана
tft.setCursor(0, 0);
}
/********************************
Функции для работы с EEPROM
*******************************/
/* Чтение float из EEPROM */
float EEPROM_float_read(int addr)
{
byte raw[4];
for (byte i = 0; i < 4; i++)
{
raw[i] = EEPROM.read(addr + i);
}
float &num = (float&)raw;
return num;
}
/* Запись float в EEPROM */
void EEPROM_float_write(int addr, float num)
{
byte raw[4];
(float&)raw = num;
for (byte i = 0; i < 4; i++)
{
EEPROM.write(addr + i, raw[i]);
}
}
/*****************************************
Функции для работы с циклическим буфером
*****************************************/
/* Функция заполнения циклического буфера
2020-08-31 v3.13 Mr.ALB
*/
void fnAddReading(int reading, int *buffer, byte &ind)
{
// Запись в ячейку буфера
buffer[ind] = reading;
ind++; // Инкремент индекса буфера
//Обнуление индекса буфера
if (ind >= BUFF_SIZE)ind = 0;
}
/* Функция усреднения значений != 0
2020-08-31 v3.13 Mr.ALB
*/
int fnAverage(int *buffer)
{
long sum = 0;
byte count = 0;
byte i = 0;
while (i < BUFF_SIZE)
{
// если значение != 0
// то суммируем
if (buffer[i] != 0)
{
// суммирование значений
sum += buffer[i];
// инкремент счётчика
// значений != 0
count++;
}
i++;
}
// Возвращение среднего
// из значений != 0
return (int)(sum / count);
}
Реализация
Программа написана, отлажена, пришло время всё изготовить как единый модуль.
Хотелось собрать в минимальных размерах, но так, чтобы был лёгкий доступ к любым частям устройства. Поэтому сделал как модуль, в который втыкаются основные платы-части устройства.
Основой послужила монтажная плата с металлизированными отверстиями, что удобно для двухстороннего монтажа. Печатную плату разрабатывать не стал, сберёг своё личное время 
. Это устройство единичное и не имеет смысла делать какие-то печатные платы. Размер монтажной платы 63 * 50 мм. Куплена в Китае.
С нижней стороны платы установлена панелька на 24 контакта для Arduino Pro Mini. Там же смонтирован преобразователь DC-DC MT3608, и плата для зарядки литиевого аккумулятора на основе TP4056. Преобразователь использовал покупной, какой был под рукой, но можно использовать любой, хоть бы и самодельный, который выдаёт на выходе напряжение от 4.5 В до 5 В.
На нижней стороне платы смонтированы конденсаторы С1 и С2.
С верхней стороны платы размещены: датчик BME280, TFT экран 1"8, аккумулятор 3,7 В 400 мАч.
Вся разводка выполнена цветными одножильными монтажными проводками.
Напоминаю, что перед установкой платы Ардуино, BME280 и TFT экрана, заранее проверьте и выставите напряжение на выходе преобразователя DC-DC, чтобы случайно не повредить компоненты устройства.
Когда всё проверено, установите в панельки все компоненты. Подключите Ардуино к компьютеру и залейте в него программу.
При включении устройства на экране выводится заставка, где указывается дата и версия прошивки. Последняя версия v3.13 2020-08-31.
Если к погодной станции подключен датчик температуры DS1820, то на второй странице заставки выводится сообщение о его подключении. Определяется чип датчика и выводится точность измерения. Максимальная точность – 12 бит. Если внешний датчик температуры не подключен, то после вывода заставки программа переходит к измерениям текущих параметров с датчика BME280.
По просьбам читателей, добавил возможность измерения давления в кПа. У нас в РФ атмосферное давление измеряется в мм ртутного столба, а в Европейских странах, в основном, в Барах или Паскалях. Эти единицы измерения подобны и отличаются лишь десятичным разрядом. При измерении в кПа на экране выводится число по размерности соответствующее нашему значению, то есть три десятичных разряда перед запятой и два после.
Смена единиц измерения давления происходит при удержании кнопки Установка уровня 0 метров
. Удерживать 2...3 секунды. При кратком нажатии на кнопку, происходит установка нулевого уровня для текущего атмосферного давления.
Основной режим измерения задан в мм рт. ст. Если вам необходимо чтобы погодная станция по умолчанию измеряла в кПа, то в программе в строке [184] установите флаг измерения в кПа flagPa=true;.
Если подключен внешний датчик температуры DS1820, то на экране внизу дополнительно выводится строчка с измеренным значением с этого датчика. Дополнительно в верху экрана указывается, что используется датчик DS1820 (левее пиктограммы батарейки). Значение температуры с датчика BME280 выводится мелким шрифтом, перед строкой со значением влажности (Humidity).
Модуль закончен и вполне функционален. Удобен в использовании и легко можно его модернизировать, к примеру добавить ещё кнопочку, или обновить прошивку.
Для полного завершения этой конструкции требуется изготовить корпус. Как и прежде, буду его делать из пластика ABS. Когда корпус будет изготовлен, то добавлю фото, а пока так как есть.
Размеры получившегося модуля: 64 * 50 * 32 мм (ширина * высота * глубина). Потом размеры несколько увеличатся за счёт толщины пластика корпуса.
2020-01-02
Корпус
Закончил изготовление корпуса. Теперь погодная станция обрела законченный вид. Ниже на фото этапы изготовления корпуса. Хотелось его изготовить как можно меньше по габаритам. В итоге получился размерами 70 * 63 * 38 мм.
Прежде чем что-то сделать, приходится рассчитывать, проектировать на бумаге, выверять размеры. Корпус состоит из двух частей: нижней и верхней.
Модуль погодной станции вставлен в нижнюю часть. Пока примерка. Не стал устанавливать защитное стекло перед экраном. Решил на экран наклеить защитную плёнку, которая используется для экранов смартфонов.
Закончено изготовление частей корпуса и толкателей для кнопок управления. В нижней крышке есть отверстие-окно для индикации процесса зарядки аккумулятора. Когда аккумулятор зарядится, то включается синий светодиод, а пока идёт процесс заряда, в этом окне видно свечение красного светодиода.
Всё собрано вместе. Подключен внешний датчик температуры DS1820. На экране видны все надписи.
Подключен блок питания для зарядки аккумулятора. Идёт процесс заряда.
Доработки
- Версия v3.7 Доделал немного программу. Теперь на экран выводится минимальная и максимальная температура с датчика DS1820. Также на главный экран выводится конкретный тип подключенного датчика DS18xx. Немного улучшил возможность для точного измерения напряжения аккумулятора.
- Версия v3.8 Доработка по оптимизации кода. Добавил гашение экрана на минимум через минуту с момента включения или после любого нажатия любой кнопки, что позволяет экономить энергию аккумулятора. Переделал функцию центрирования строки.
- Версия v3.9 Модернизация. Уменьшение яркости экрана через 30 секунд.
- Версия v3.10 Программа переделана. Добавлено:
- Сохранение в EEPROM предыдущего давления.
- Сравнение предыдущего давления с текущим. Если разность между текущим давлением и предыдущим положительная – идёт рост давления, то значение разности выводится красным цветом. Если разность между текущим давлением и предыдущим отрицательная – идёт падение давления, то значение разности выводится голубым цветом. По цвету разности легко ориентироваться, что происходит с атмосферным давлением – рост или падение.
- При включении погодной станции происходит считывание предыдущего сохранённого давления и запись текущего давления.
- При смене системы измерения, значение предыдущего давления выводится в установленной системе измерения.
- При длительном (2-3 секунды) нажатии на кнопку
Подсветка/Light
происходит принудительная запись в EEPROM текущего давления и текущей системы измерения. При последующем включении, на экране будет выводиться давление в сохранённой системе измерения, что удобно для тех, кто предпочитает смотреть давление в кПа.
Pic 20. Версия v3.10. Давление в кПа 
Pic 21. Версия v3.10. Давление в мм рт.ст. - Версия v3.11 Оптимизация в значениях знаков после запятой при выводе на экран.
- Версия v3.12 Доработка функции dark_light (яркость экрана на минимум через 30 секунд). Теперь после того, как экран был переведён в сберегающий режим, по нажатии на кнопку SB2 (Light) происходит возврат в яркий режим подсветки с сохранением ранее выбранной настройки яркости. Дополнительно в вызове функции bme.begin(0x76)) адресс платы 0x76 указан явно.
- Версия v3.13
- Использование циклического буфера для компенсации колебания значений высоты и напряжения батареи;
- Подключение DS18B20 на паразитное питание, т.е.: VCC DS18B20 (3) соединить с GND(1), а выход OUT(2) через 4.7к на VCC Arduino. Такая доработка позволяет не обращать внимание на правильность подключения крайних выводов разъёма датчика DS18B20;
- Обнуление высоты при включении;
- Вывод высоты относительно уровня моря, что позволяет узнать высоту вашего положения над уровнем моря.
Обновлённый скетч можно скачать ниже.
Приложение
Используемые библиотеки и программы:
- Adafruit_GFX.zip
- my_Adafruit_ST7735_Library.zip2020-04-02
- DallasTemperature.zip2020-04-12
- Buttons.zip
- Библиотека: Adafruit_Sensor-master.zip2020-07-14
- Скетч + Библиотеки: TFT_128x160_BME280_DS18B20_v3.10.rar2020-05-15
- Скетч: TFT_128x160_BME280_DS18B20_v3.11.rar2020-06-24
- Скетч: TFT_128x160_BME280_DS18B20_v3.12.zip2020-07-09
- Скетч: TFT_128x160_BME280_DS18B20_v3.13.zip2020-08-31
Yoomoney.ru
|
Страница 13 |
660694 