Realizacja stacji Meteo. Część 2 – elektronika

W poprzedniej części przedstawione zostały czujniki jakie były użyte do budowy stacji meteo, oraz wymienione wstępne założenia główne. Natomiast w tej części przedstawię schemat układu zewnętrznego wraz z zasilaniem, oraz układu prezentera, który znajduje się w domu.

W takim razie zaczynamy!


Część zewnętrzna stacji meteorologicznej została określona wstępnie następującymi założeniami:

  • pomiar prędkości wiatru
  • pomiar kierunku wiatru
  • pomiar ilości opadów
  • pomiar temperatury na wysokości stacji
  • pomiar temperatur na poziomie gruntu
  • pomiar ciśnienia
  • pomiar wilgotności
  • wysyłanie danych do głównego odbiornika za pośrednictwem ISM – 433 MHz
  • zasilanie z akumulatora który jest ładowany energią słoneczną
  • praca autonomiczna – połączenie z Internetem
  • zegar RTC

Pomiar temperatury dokonywany jest na chwilę obecną jedynie na poziomie samej stacji. Możliwe jest dodanie jeszcze jednego czujnika (ograniczenie programowe do 2 czujników), który będzie mierzyć temperaturę na innej wysokości. Na chwilę obecną nie jest to wykorzystywane.

Całym układem steruje mikrokontroler AVR ATmega328P w wersji SMD. Posiada 32kB pamięci flash, oraz charakteryzuje się niskim poborem prądu.Dodatkową zaletą tego układu scalonego jest możliwość generowania przerwania zewnętrznego z każdego pinu – przerwanie PCINT (opisywałem to w jednym z poprzednich artykułów). Zegar RTC został zastosowany aby generować sygnał o częstotliwości 1Hz, który jest potrzebny do prawidłowego odmierzenia prędkości wiatru – jeden impuls na sekundę odpowiada prędkości wiatru 2,4km/h. Został on podłączony do wspomnianego już wcześniej wejścia PCINT. Natomiast przerwania zewnętrze INT zostały zastosowane do odczytu prędkości wiatru, oraz ilości opadu. Pomiar kierunku wiatru odczytywany jest za pomocą przetwornika ADC – każdy kierunek posiada własną rezystancję. Na jednym z poprzednich rysunków przedstawiłem fragment z noty katalogowej informujący o rezystancji dla danego kierunku, oraz odpowiadającą mu wartość napięcia (przy napięciu zasilania 5V)

Pomiar wilgotności powietrza jest dokonywany przy użyciu czujnika DHT22, natomiast ciśnienie mierzone jest przy użyciu układu BMP180. Komunikacja z innymi modułami dokonywana jest przy pomocy modułu RFM69, który jest umieszczony na adapterze, umożliwiającym w łatwy sposób podmianę z innym modułem pracującym, np na inną częstotliwość (np. z NRF24L… – zgodność wyprowadzeń).

Po wykonaniu płytki i rozpoczęciu przenoszenia programu z układu testowego na układ docelowy zostało wykrytych kilka błędów, które zostały już poprawione w wersji 1.01 płytki – która to została przedstawiona wyżej.

W tej wersji projektu została przewidziana taka funkcjonalność jak praca autonomiczna – układ umożliwiałby wysyłanie danych pomiarowych na serwer www. W tym celu zostanie zastosowany moduł również firmy ATNEL – ATNEL-WIFI232-T.

W całym układzie panuje napięcie 3V3, które jest dostarczane z przetwornicy DIGI-LION firmy Atnel. Jest to moduł z przetwornicą DC-DC step-up i step-down, dzięki czemu możliwe jest utrzymywania napięcia wyjściowego – w tym przypadku 3,3V – na tym samym poziomie, nawet gdy napięcia na ogniwie li-ion spadnie poniżej tej wartości. Oprócz funkcji przetwornicy możliwe jest też ładowanie ogniwa li-ion, z pełną kontrolą napięcia maksymalnego, oraz minimalnego. Dodatkową funkcjonalnością, jest możliwość odczytywania napięcia na ogniwie przy pomocy UART.

Ładowanie ogniwa li-ion za pomocą energii słonecznej zostanie przedstawione w osobnym krótki wpisie, na który już w chwili obecnej zapraszam.

W tym momencie mogę już wspomnieć o poborze prądu całego urządzenia. Pobór energii podczas normalnej pracy (bez układu WiFi, oraz przy braku komunikacji ISM) wynosi około 4mA (wartość zmierzona). Natomiast podczas wysyłania danych przy użyciu modułu RFM69, pobór prądu może wynieść nawet 50mA (wartość obliczona – brak możliwości zmierzenia prądu w tak krótki okresie trwania transmisji).

Czujnik temperatury DS18B20 jak i wilgotności DHT22 zostały umieszczone w obudowie radiacyjnej wykonanej na drukarce 3D przez użytkownika majster z avrtech.pl za co bardzo dziękuję (obudowa spisuje się świetnie) – czujniki zostały umieszczone na płytce którą również wykonał majster. Natomiast czujnik ciśnienia znajduje się na płytce głównej, która to jest umieszczona w obudowie hermetycznej Z57HJ.


Aby dane zebrane przez stację meteo mogły zostać gdzieś zaprezentowane, został wykonany tzw. prezenter. Dane prezentowane są na wyświetlaczu z NOKII 3310, a całością zarządza mikrokontroler ATmega328P w wersji THT. Tak jak w poprzedniej płytce, tak i tutaj odbiorem danych zajmuje się moduł RFM69 zamocowany na adapterze. Układ został wyposażony w 4 przyciski (jeden to sprzętowy reset), czujnik temperatury, oraz fotorezystor, który jest wykorzystywany do regulacji jasności podświetlenia wyświetlacza. Całość zasilana jest poprzez zewnętrzny zasilacz 5V, natomiast napięcie panujące na płytce wynosi 3,3V. Niestety schemat tej płytki gdzieś mi uciekł.- posiadam jedynie zdjęcia samej płytki, oraz całego zmontowanego układu.

Wykonana elektronika została umieszczona w obudowie wykonanej ze spienionego PCV. Materiał ten w łatwy sposób daje się wyginać po wcześniejszym podgrzaniu – np. opalarką – oraz możliwe jest łatwe przycinanie za pomocą noża do tapet. Polecam ten materiał do tego typu konstrukcji.

I to byłoby na tyle co do ogólnych informacji na temat tej części projektu – jak macie jakieś pytania, bądź chcecie abym się podzielił jakimiś szczegółowymi informacjami to zapraszam do pisania zapytań w komentarzach.

Pozdrawiam.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *