描述

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建立無線氣象站是一次很棒的學習經(jīng)歷。完成此項目的構建后，您將更好地了解無線通信的工作原理、傳感器的工作原理以及 Arduino 平臺的強大功能。以這個項目為基礎和獲得的經(jīng)驗，將來您將能夠輕松構建更復雜的項目。

氣象站是一種使用許多不同傳感器收集與天氣和環(huán)境相關的數(shù)據(jù)的設備。我們可以測量很多東西，比如：

• 溫度

• 濕度

• 風

• 氣壓

• 紫外線指數(shù)

• 雨

在我們將要建造的氣象站中，我們將測量兩個位置的溫度和濕度并顯示當前日期和時間。建立氣象站非常容易。但是，制造商能否制造出具有彩色 TFT 顯示屏和與商業(yè)設備相匹配的功能的設備？答案是肯定的！借助開源軟件和硬件的力量，可以輕松構建這個令人印象深刻的氣象站！

該項目由兩部分組成：發(fā)射器和接收器。

發(fā)射器測量溫度和濕度，并將數(shù)據(jù)無線發(fā)送到接收器。接收器測量溫度和濕度，接收來自遠程傳感器的數(shù)據(jù)，并在大型彩色 TFT 顯示屏上顯示所有內(nèi)容。

讓我們建立這個項目！

第 1 步：獲取所有零件

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構建此項目所需的部分如下：

• Arduino 到期 ? http://edu8s.tv/part/ArduinoDue

• Arduino 超級 ? http://edu8s.tv/part/ArduinoMega

• Arduino Nano ? http://edu8s.tv/part/ArduinoNano

• 3.2" TFT 顯示屏 ? http://edu8s.tv/part/32TFT

• DHT22 ? http://educ8s.tv/part/DHT22

• NRF24L01 ? http://edu8s.tv/part/NRF24L01

• DS3231 RTC ? http://edu8s.tv/part/DS3231

• 面包板? http://educ8s.tv/part/SmallBreadboard

• 電線 ? http://educ8s.tv/part/Wires

• 頭針 ? http://educ8s.tv/part/HeaderPins

• 小米移動電源? http://edu8s.tv/part/Powerbank

該項目的成本約為40美元。如果您使用 Arduino Mega 而不是 Arduino Due，您可以將項目成本降低 5 美元。我選擇使用 Arduino Due 作為接收器，因為它速度非常快，而且內(nèi)存很大。隨著我們?yōu)轫椖刻砑痈喙δ?，這將在未來非常有用。

第 2 步：溫濕度傳感器 - DHT22

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DHT22 是一種非常流行的溫度和濕度傳感器。它價格便宜，易于使用，并且規(guī)格聲稱具有良好的精度和準確性。

DHT 傳感器由兩部分組成：電容式濕度傳感器和熱敏電阻。里面還有一個芯片，做一些模數(shù)轉換，輸出帶有溫度和濕度的數(shù)字信號。使用任何微控制器都可以輕松讀取數(shù)字信號。

DHT22的特點

• 低成本

• 3 至 5V 電源和 I/O

• 轉換期間使用的最大電流為 2.5mA

• 0-100% 濕度讀數(shù)，精度為 2-5%

• -40 至 125°C 溫度讀數(shù) ±0.5°C 精度

• 減緩

與 Arduino 的連接非常簡單。我們將帶有 + 號的傳感器引腳連接到 Arduino 的 5V 或 3.3V 輸出。我們將帶有 - 符號的傳感器引腳連接到 GROUND。最后，我們將 OUT 引腳連接到 Arduino 的任何數(shù)字引腳。

為了在 Arduino 中使用 DHT22 傳感器，我們必須使用 DHT 庫。

https://github.com/adafruit/DHT-sensor-library

第 3 步：DS3231 實時時鐘模塊

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DS3231 實時時鐘模塊顧名思義就是一個實時時鐘。使用它的電池，它可以保持多年的時間，因為它具有最低的功耗。

DS3231 是一款低成本、極其精確的 I2C 實時時鐘 (RTC)，具有集成的溫度補償晶體振蕩器 (TCXO) 和晶體。該設備包含電池輸入，并在設備的主電源中斷時保持準確的計時。晶體諧振器的集成提高了設備??的長期精度，并減少了生產(chǎn)線中的零件數(shù)量。

RTC 維護秒、分鐘、小時、星期、日期、月份和年份信息。對于少于 31 天的月份，月末的日期會自動調(diào)整，包括閏年的更正。時鐘以 24 小時制或 12 小時制運行，帶有 AM/PM 指示器。提供了兩個可編程的時間警報和一個可編程的方波輸出。地址和數(shù)據(jù)通過 I2C 雙向總線串行傳輸。

模組成本極低；它的成本約為 2 美元，包括電池！我們將使用它來保持我們的氣象站項目的時間。

第 4 步：NRF24L01+：無線模塊

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NRF24L01 模塊是一種低成本的雙向收發(fā)器模塊。它將幫助您了解它的工作方式。

第 5 步：構建發(fā)送器

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讓我們首先構建發(fā)射器。

就是這樣，您的發(fā)射器已準備就緒。現(xiàn)在讓我們繼續(xù)討論接收器。

第 6 步：構建接收器

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為了構建接收器，我們需要以下部分：

• Arduino Due 或 Mega

• DS3231實時時鐘模塊

• DHT22溫濕度傳感器

• NRF24L01+無線模塊

• 3.2" 彩色 TFT 顯示屏

• 面包板

• 7頭針

• 一些電線

首先，我們彎曲 7 個接頭引腳并將它們放置在一些 Arduino Due 引腳上。我們需要一個接地，一個接 3.3V。我們需要兩個 I2C 引腳。我們需要從 6 到 8 的剩余 3 個數(shù)字引腳。我們還必須將三根電線焊接到 Arduino Due 引腳的硬件 SPI 引腳。我們需要 MOSI、MISO 和 SCK。仔細檢查圖表。我們將電線連接到插頭引腳，我們準備好連接顯示器。

連接 DS3231

• Arduino 3.3V 輸出上的 VCC 引腳

• GND 引腳連接到 Arduino 的 GND 和

• SDA（串行數(shù)據(jù)線）引腳到 Arduino 的 SDA 引腳和

• SCL（串行時鐘線）引腳到 Arduino 的 SCL 引腳

連接 DHT22 傳感器

• Arduino 3.3V 輸出上的 VCC 引腳

• GND 引腳連接到 Arduino 的 GND 和

• 輸出引腳到 Arduino 的數(shù)字引腳 8

連接 NRF24L01 模塊

• GND 引腳到 Arduino 的 GND

• VCC 引腳到 Arduino 3.3V

• Arduino 數(shù)字引腳 6 的第 3 個引腳

• Arduino 數(shù)字引腳 7 的第 4 個引腳

• 我們焊接的第 5 個引腳到 SCK 引腳

• 我們焊接的第 6 個引腳到 MOSI 引腳

• 我們焊接的 MISO 引腳的第 7 個引腳

第 7 步：發(fā)送器代碼

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首先，我們必須下載 RF24 庫，以使我們在使用 NRF24L01 無線模塊時更輕松。我們還需要 DHT22 傳感器的 DHT 庫。

• DHT22 庫：https ://github.com/adafruit/DHT-sensor-library

讓我們先看看發(fā)射器代碼。它發(fā)出一個簡單的數(shù)據(jù)結構，其中包含兩個浮點數(shù)，即溫度和濕度。

為了建立通信鏈接，我們必須在兩個模塊之間創(chuàng)建一個“管道”。該管道需要有一個地址。兩個模塊都必須從同一個管道中寫入和讀取才能進行通信。這是我們在代碼中定義的第一件事。我們將管道地址設置為“0”。接下來，我們定義要與其他模塊通信的通道。NRF24L01 芯片支持 126 個不同的通道。兩個模塊需要使用相同的通道才能相互通信。在此示例中，我使用通道 115。接下來，我定義我要使用模塊提供的最大發(fā)射功率。它使用更多功率，但擴展了通信范圍。接下來我們定義傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率。我將其設置為 250Kbs，這是可能的最低數(shù)據(jù)速率，以實現(xiàn)更好的范圍。

在循環(huán)函數(shù)中，我們從傳感器讀取溫度和濕度值，將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)結構中，然后通過將數(shù)據(jù)結構寫入管道來發(fā)送數(shù)據(jù)結構。而已。您可以在本教程中找到附加的代碼。

第 8 步：接收方代碼

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現(xiàn)在讓我們看看接收器代碼。我們需要 4 個庫。首先，我們必須從此鏈接下載用于顯示的庫：

顯示庫：https ://github.com/Bodmer/TFT_HX8357_Due

下載庫后，您必須打開 User_Setup.h 文件。注釋第 13 行并取消注釋第 14 行，因為我們的顯示器使用的是 HX8357C 驅動程序。現(xiàn)在我們可以繼續(xù)使用其他 3 個庫。我們需要一個庫用于實時時鐘，一個用于 DHT22 傳感器，最后一個用于無線模塊。

• NRF24L01：https ://github.com/TMRh20/RF24

• DHT22：https ://github.com/adafruit/DHT-sensor-library

• DS3231：https ://github.com/SodaqMoja/Sodaq_DS3231

讓我們看一下代碼。如果尚未設置，我們要做的第一件事就是將時間設置到實時時鐘模塊。為了做到這一點，在setRTCTime 函數(shù)中輸入當前日期和時間，取消注釋第setRTCTime 54 行的函數(shù)調(diào)用并將程序上傳到 Arduino。現(xiàn)在時間已定。但是我們必須再次注釋setRTCTime 該函數(shù)的調(diào)用并再次將程序上傳到Arduino。

接收器的代碼工作如下。在設置函數(shù)中，我們初始化所有傳感器和模塊并打印用戶界面。然后，在循環(huán)功能中，我們不斷檢查新的無線數(shù)據(jù)。如果有新數(shù)據(jù)，我們會將這些數(shù)據(jù)保存在變量中并在顯示器上打印出來。我們每分鐘讀取一次溫度和濕度，并且僅在值發(fā)生變化時才更新顯示。通過這種方式，我們可以進一步減少顯示屏的閃爍！我還準備了一個以華氏度顯示溫度的代碼版本。您可以在本教程中找到所附代碼的兩個版本。

第 9 步：測試項目

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啟動所有設備并查看一切是否按預期工作的最后一步。謝謝參觀！