В этом уроке мы узнаем, как сделать простую метеостанцию с помощью платы Arduino и датчика барометрического давления BME280, который может предоставлять информацию об атмосферном давлении, температуре и влажности в режиме реального времени. Используя BME280, мы даже можем измерять высоту над уровнем моря.
Также на нашем сайте вы можете посмотреть проекты беспроводной метеостанции на основе платы Arduino и метеостанции на основе платы Raspberry Pi.
Обзор проекта
BME280 довольно прост в использовании, предварительно откалиброван и не требует дополнительных компонентов. Вы можете просто начать измерять относительную влажность, температуру, барометрическое давление и приблизительную высоту над уровнем моря в кратчайшие сроки. Поэтому здесь мы просто подключим датчик барометрического давления BME280 к плате Arduino и отобразим все измеренные параметры, такие как температура, давление, влажность и высота, на ЖК-дисплее 20×4. Вы также можете добавить анемометр в проект для измерения скорости ветра.
Метеостанция — это устройство, которое собирает данные, связанные с погодой и окружающей средой, используя различные датчики. Существует два типа метеостанций: один из них имеет собственные датчики, а второй тип метеостанций — это станции, где мы извлекаем данные с серверов метеостанций с помощью процессора интернета вещей (IoT). В этом руководстве мы выберем первый вариант, то есть мы разработаем собственную метеостанцию, используя только один датчик BME280.
Необходимые компоненты
- Плата Arduino Nano (купить на AliExpress).
- Датчик BME280 (купить на AliExpress).
- ЖК дисплей 20х4 (купить на AliExpress).
- Потенциометр 10 кОм (купить на AliExpress).
- Макетная плата
- Соединительные провода.
Реклама: ООО «АЛИБАБА.КОМ (РУ)» ИНН: 7703380158
Датчик давления, температуры и влажности BME280
Датчик влажности, температуры и давления Bosch BME280 — это интегрированный датчик окружающей среды, который очень мал по размеру и потребляет мало энергии. Этот атмосферный датчик BME280 — это простой способ измерения барометрического давления, влажности и показаний температуры, не занимая при этом слишком много места. По сути, все, что вам нужно знать об атмосферных условиях, вы можете узнать из этого крошечного датчика.
Этот модуль использует датчик окружающей среды производства Bosch с датчиком температуры и барометрического давления, который является следующим поколением обновлений популярного датчика BMP085/BMP180/BMP183. Этот датчик отлично подходит для всех видов погодных измерений и может использоваться как с интерфейсом I2C, так и с интерфейсом SPI! Этот прецизионный датчик от Bosch является лучшим недорогим, точным решением для измерения барометрического давления с абсолютной точностью ±1 гПа и температуры с точностью ±1,0 °C. Поскольку давление меняется с высотой, а измерения давления настолько хороши, вы также можете использовать его в качестве высотомера с точностью ±1 метр. Чтобы узнать больше об этом датчике, проверьте спецификацию BME280.
Особенности BME280
- Интерфейс: I2C и SPI.
- Напряжение питания: от 1,71 В до 3,6 В.
- Диапазон температур: от -40 до +85°C.
- Диапазон влажности: от 0% до 100% отн. влажности.
- Диапазон давления: от 300 гПа до 1100 гПа.
- Датчик влажности и датчик давления можно включать/отключать независимо друг от друга.
Приложения
- Контекстная осведомленность, например, обнаружение кожи, обнаружение смены помещения.
- Мониторинг здоровья/благополучия.
- Управление домашней автоматикой.
- Управление отоплением, вентиляцией, кондиционированием воздуха (HVAC).
- Интернет вещей.
- Улучшение GPS и навигация внутри и вне помещений.
- Прогноз погоды.
- Индикация вертикальной скорости (скорость подъема/опускания).
Распиновка BME280
Интерфейс BME280 I2C использует следующие контакты:
1. VCC: от 1,71 В до 3,6 В.
2. GND: подключить к GND.
3. SCL: линия синхронизации (SCK).
4. SDA: линия передачи данных (SDI).
5. CSB: должен быть подключен к VDDIO для выбора интерфейса I2C.
6. SDO: адрес I2C определяет контакт. Если SDO подключается к GND(0), адрес будет 0x76, если он подключается к VDDIO(1), адрес будет 0x77. В этом модуле мы подключили его к VDDIO, поэтому адрес должен быть 0x77.
Интерфейс I2C в датчике BME280
Модуль оснащен простым двухпроводным интерфейсом I2C, который можно легко соединить с любыми выводами I2C микроконтроллера. Адрес I2C по умолчанию модуля BME280 — 0x76, его можно легко изменить на 0x77.
На рынке доступны два разных BME280, адрес I2C которых можно изменить. Для модуля ниже, если вы удалите соединение с SDO на GND , адрес изменится на 0x77 .
На рынке доступен другой модуль, который имеет только 4 контакта. Чтобы изменить его адрес I2C, найдите перемычку для пайки рядом с чипом.
По умолчанию средняя медная площадка соединена с левой площадкой. Поэтому вам нужно поцарапать соединение между средней и левой медной площадкой, чтобы разъединить их. Затем вы можете добавить каплю припоя между средней и правой медной площадкой, чтобы соединить их. Это позволяет вам установить адрес I2C 0x77.
Схема проекта
Схема метеостанции на основе датчика BME280 и платы Arduino представлена на следующем рисунке.
Датчик барометрического давления BME280 в представленной схеме подключается к плате Arduino для создания простой метеостанции. Подключите выводы SDA и SCL датчика BME280 к выводам Arduino I2C, т.е. выводам A5 и A4.
Подключите контакты 1, 5, 16 ЖК-дисплея к GND и контактам 2, 15 как 5 В VCC. Подключите контакты ЖК-дисплея 4, 6, 11, 12, 13, 14 к контактам Arduino 12, 11, 5, 4, 3, 2. Используйте потенциометр 10 кОм на контакте 3 ЖК-дисплея для регулировки его контрастности.
Исходный код программы
Исходный код программы для сопряжения датчика BME280 с Arduino и ЖК-дисплеем приведен ниже. Вы можете скопировать этот код и загрузить его на плату Arduino.
Но перед этим вам нужно установить две библиотеки, то есть BME280 Library и Adafruit Unified Sensor Library. Для этого вы можете просто зайти в менеджер библиотек и установить эти две библиотеки:
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 |
#include <Wire.h> #include <Adafruit_Sensor.h> #include <Adafruit_BME280.h> #include <LiquidCrystal.h> LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); #define SEALEVELPRESSURE_HPA (1013.25) byte degree[8] = { 0b00011, 0b00011, 0b00000, 0b00000, 0b00000, 0b00000, 0b00000, 0b00000 }; Adafruit_BME280 bme; void setup() { Serial.begin(9600); lcd.begin(20, 4); lcd.createChar(1, degree); if (!bme.begin(0x76)) { Serial.println("Could not find a valid BME280 sensor, check wiring!"); while (1); } } void loop() { Serial.print("Temperature = "); Serial.print(bme.readTemperature()); Serial.println("*C"); Serial.print("Humidity = "); Serial.print(bme.readHumidity()); Serial.println("%"); Serial.print("Pressure = "); Serial.print(bme.readPressure() / 100.0F); Serial.println("hPa"); Serial.print("Approx. Altitude = "); Serial.print(bme.readAltitude(SEALEVELPRESSURE_HPA)); Serial.println("m"); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Temperature: "); lcd.print(bme.readTemperature()); lcd.write(1); lcd.print("C"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Humidity: "); lcd.print(bme.readHumidity()); lcd.print("%"); lcd.setCursor(0, 2); lcd.print("Pressure: "); lcd.print(bme.readPressure() / 100.0F); lcd.print("hPa"); lcd.setCursor(0, 3); lcd.print("Altitude: "); lcd.print(bme.readAltitude(SEALEVELPRESSURE_HPA)); lcd.print("m"); Serial.println(); delay(1000); lcd.clear(); } |
Объяснение работы кода
|
1 2 3 4 5 |
#include <Wire.h> #include <Adafruit_Sensor.h> #include <Adafruit_BME280.h> #include <LiquidCrystal.h> LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); |
Наш скетч начинается с подключения 4 библиотек: Wire.h, Adafruit_Sensor.h, Adafruit_BME280.h и LiquidCrystal.h.
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 |
#define SEALEVELPRESSURE_HPA (1013.25) byte degree[8] = { 0b00011, 0b00011, 0b00000, 0b00000, 0b00000, 0b00000, 0b00000, 0b00000 }; Adafruit_BME280 bme; |
Далее мы определяем переменную SEALEVELPRESSURE_HPA для расчета высоты и создания объекта библиотеки Adafruit_BME280. Байт degree[8] используется для печати символа градуса на ЖК-дисплее 20×4.
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 |
Serial.print("Temperature = "); Serial.print(bme.readTemperature()); Serial.println("*C"); Serial.print("Humidity = "); Serial.print(bme.readHumidity()); Serial.println("%"); Serial.print("Pressure = "); Serial.print(bme.readPressure() / 100.0F); Serial.println("hPa"); Serial.print("Approx. Altitude = "); Serial.print(bme.readAltitude(SEALEVELPRESSURE_HPA)); Serial.println("m"); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Temperature: "); lcd.print(bme.readTemperature()); lcd.write(1); lcd.print("C"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Humidity: "); lcd.print(bme.readHumidity()); lcd.print("%"); lcd.setCursor(0, 2); lcd.print("Pressure: "); lcd.print(bme.readPressure() / 100.0F); lcd.print("hPa"); lcd.setCursor(0, 3); lcd.print("Altitude: "); lcd.print(bme.readAltitude(SEALEVELPRESSURE_HPA)); lcd.print("m"); |
В циклической части кода мы используем следующие функции для считывания температуры, относительной влажности и барометрического давления с модуля BME280.
Функция readTemperature() возвращает температуру с датчика.
Функция readPressure() возвращает барометрическое давление с датчика.
Функция readAltitude(SEALEVELPRESSURE_HPA) вычисляет высоту.
Функция readHumidity() возвращает относительную влажность с датчика.
Видео, демонстрирующее работу проекта
Существует усовершенствованная версия датчика BME280 под названием датчик BME680, которая также может измерять индекс качества воздуха (IAQ) и может использоваться для измерения качества воздуха.
А если вы ищете альтернативу BME280, то вы можете использовать датчик MS5611, который также может измерять температуру, давление и высоту.
