Интернет термометр или телеметрия загородного дома / Хабр

Введение

В данной статье я покажу вам, как собрать устройство, которое измеряет температуру и относительную влажность воздуха и посылает измеренные значения с помощью стандартного радиочастотного модуля 433 МГц. Датчик температуры и влажности, используемый в устройстве, – это DHT11.

Существует множество способов передачи небольшого объема данных с помощью Arduino или контроллеров ATMega. Один из них использует уже готовую библиотеку, подобную RCSwitch, Radiohead или VirtualWire. Кроме того, можно отправить необработанные данные с помощью встроенного в микроконтроллер модуля UART. Но использовать встроенный модуль UART не рекомендуется, так как приемник будет собирать и все помехи, и микроконтроллер будет работать не так, как предполагалось. В данной статье для передачи и приема данных я использую библиотеку VirtualWire. Эта библиотека работает с Arduino IDE 1.6.2 и 1.6.5.

Модуль передатчика 433 МГц, когда не передает данные, всё равно излучает радиочастотные колебания и передает шум. Он также может создавать помехи другим радиочастотным устройствам. Чтобы не допустить этого, я включаю его, когда необходимо передать данные, и выключаю его, когда передача закончена.

Виды

Передовые технологии сейчас активно интегрируются практически во все сферы современной жизни. Не стали исключением и уличные термометры разных типов. На рынке представлены фасадные и оконные модели больших и миниатюрных размеров.

Спиртовые

Невзирая на активное внедрение инновационных технических решений, именно эти градусники для измерения температуры воздуха на сегодня остаются наиболее распространенными.

Внешне и по принципу действия такие устройства похожи на медицинские термометры и имеют следующие особенности:

на пластиковую или деревянную основу помещена шкала;
над шкалой располагается стеклянная колба со спиртом внутри;
при повышении температуры на улице жидкость расширяется, а при ее падении – уменьшается в объеме.

Именно за счет изменения уровня спирта в колбе и при помощи шкалы можно узнать температуру воздуха как в помещении, так и за его пределами. Эти классические модели имеют свои явные плюсы и не менее значимые недостатки. В первом случае речь идет о следующих моментах:

доступная стоимость;
неприметность, что актуально для владельцев квартир, расположенных на первом этаже (такой градусник вряд ли украдут);
максимальная простота установки.

Конечно же, такие устройства вряд ли получится назвать эстетичными и тем более современными. Спиртовые термометры не смогут вписаться в дизайнерские концепции при оформлении интерьеров и фасадов.

Помимо этого, стоит акцентировать внимание еще на нескольких значимых минусах

Липучки, которыми комплектуется новое изделие, после первого использования утрачивают свои эксплуатационные качества. В то же время помочь в такой ситуации может двухсторонний скотч.
Нередко в производстве дешевых изделий используется низкокачественное сырье. Это негативно отражается на сроке эксплуатации градусников.
На шкалу, как правило, наносятся довольно мелкие символы.

Биметаллические

В данном случае речь идет о еще одной довольно распространенной разновидности градусников для улицы. От жидкостных (спиртовых) они отличаются как конструктивно, так и принципом действия.

Биметаллический градусник состоит всего из нескольких элементов и имеет следующие особенности:

шкала имеет полукруглую форму;
стрелка-указатель перемещается за счет нагрева и остывания металлической пружины;
сама пружина выполнена из двух разных металлов, каждый из которых имеет свой температурный коэффициент линейного расширения.

По большому счету преимущества и недостатки биметаллических градусников схожи с аналогичными показателями спиртовых моделей.

Помимо всего уже упомянутого, стоит выделить еще и следующие моменты:

прозрачный корпус из пластика не закрывает шкалу прибора от солнечных лучей, что часто является причиной погрешности показаний;
по форме и внешнему виду биметаллические градусники выигрывают у своих спиртовых собратьев;
шкала устройства имеет больше делений, чем у жидкостных моделей.

Электронные

Эти устройства даже с учетом развития и популяризации инновационных технологий пока остаются менее распространенными. К их главным плюсам относятся современный дизайн и удобная подача показаний. Некоторые наружные модели электронных градусников работают на солнечных батареях. Другие располагаются внутри помещения и поставляются с выносным датчиком.

Основные особенности цифровых приборов имеют следующий вид:

данные выводятся на ЖК-дисплей;
основу конструкции составляют два металлических элемента с разными показателями электроотрицательности;
для работы градуснику необходим источник питания.

К их главным преимуществам относятся:

максимальная точность;
эргономичность;
простой и понятный интуитивно интерфейс;
яркая индикация и крупные символы.

Инфракрасные

В данном случае речь идет о так называемых пирометрах, относящихся к самым молодым разработкам. Такой градусник измеряет температуру с верхним диапазоном 100-3000 градусов. В отличие от всех перечисленных выше модификаций эти устройства снимают показания без непосредственного контакта с исследуемой средой или объектом. Прибор направляет инфракрасный луч, а на небольшом дисплее отображается точный показатель.

На сегодня инфракрасные устройства довольно широко применяются в различных сферах. К примеру, они доказали свою эффективность при определении температуры металлических заготовок в горнах, а также корпусов двигателей в процессе работы. В быту такие градусники используют для определения температуры тела (чаще всего это относится к детям).

Аппаратная часть

Нам необходимы две структурные схемы. Одна для передающего устройства, вторая для приемного.

Передатчик

Нам необходимы:

способ прошивки микроконтроллера → ISP;
датчик для измерения температуры и влажности → DHT11;
микроконтроллер для обработки данных → ATMega32p;
способ беспроводной передачи данных → радиочастотный модуль 433 МГц.

Приемник

Нам необходимы:

способ приема радиосигнала → радиочастотный модуль 433 МГц;
способ обработки принятых данных → Arduino Mega;
способ отображения температуры и влажности → 16×2 LCD.

Принципиальные схемы

Передатчик

Передающая часть беспроводного термометра на ATMega328p (для увеличения масштаба можно кликнуть по картинке правой кнопкой мыши и выбрать «Открыть ссылку/изображение в новой вкладке/новом окне»)
В данном примере я не буду выводить неиспользуемые выводы микроконтроллера на внешние контакты термометра, после чего их можно было бы использовать для дальнейшего усовершенствования устройства. Здесь мы рассматриваем лишь идею для устройства и соберем его только на макетной плате.

Приемник

Приемная часть беспроводного термометра на Arduino Mega (для увеличения масштаба можно кликнуть по картинке правой кнопкой мыши и выбрать «Открыть ссылку/изображение в новой вкладке/новом окне»)
Пожалуйста, обратите внимание, что приемник построен на базе платы Arduino Mega, которая не изображена на схеме. Для подключения платы Arduino Mega соедините с ней радиочастотный модуль и LCD дисплей согласно метка на схеме.

Разновидности уличных градусников

Современные технологии в наше время пробираются во все отрасли жизни человека, и даже обыкновенные на первый взгляд градусники успели получить несколько «апгрейдов». Давайте разберемся, какими же бывают уличные градусники и чем они различаются.

Жидкостные градусники

Пожалуй, именно такие градусники – самый распространенный вариант для окон. Скорее всего, до замены старых рам на новые пластиковые в вашей квартире висел именно такой. По внешнему виду и принципу работы такой градусник похож на медицинский (ртутный):

на основе (из пластика или дерева) нанесена шкала с температурными значениями;
на ней же закреплена стеклянная колбочка, внутри которой находится подкрашенный спирт;
при нагревании жидкость внутри колбы расширяется, при остывании – уменьшается в объеме.

Благодаря изменению уровня жидкости в колбе мы можем узнать текущую температуру воздуха в помещении либо на улице. У этого вида градусников есть свои плюсы и минусы.

Среди достоинств жидкостных градусников можно выделить:

Небольшую стоимость (от 100 рублей). Причем, цена не повлияет на качество измерения температуры, но может повлиять на долговечность прибора;
Неприметность и неинтерестность для грабителей. Особенно этот пункт порадует жителей первых этажей;
Простая установка – крепление на пластиковое окно производится с помощью липучек.

Естественно, эстетичным внешним видом такой градусник похвастаться не может. Он не подойдет в тех случаях, когда окно оформляется под интерьер комнаты или балкона, и любые выделяющиеся детали испортят его дизайн.

Еще несколько минусов таких градусников:

Липучки градусника теряют свои свойства при повторном креплении, что может привести к потере градусника или его поломке при падении;
Низкая цена прибора часто становится следствием использования производителем некачественных материалов, из-за чего градусник быстро выходит из строя;
Мелкие деления и цифры. Это становится проблемой для пожилых людей или людей с плохим зрением.

В целом, это самый бюджетный и простой вариант градусника для пластикового окна. Но его придется периодически заменять на новый.

Биметаллические градусники

Еще один популярный вид градусника для улицы – биметаллический. Он отличается от жидкостного и устройством, и принципом работы:

шкала температур у биметаллического градусника расположена полукругом;
указателем служит стрелка, вращающуюся за счет нагревания или остывания металлической пружины;
пружина изготавливается из двух металлов с различными температурными коэффициентами линейного расширения.

Плюсы и минусы этого прибора в целом схожи с характеристиками спиртового градусника. Но можно добавить некоторые его особенности:

Прозрачный пластиковый корпус не закрывает шкалу от солнечных лучей, что приводит к погрешностям в измерении температуры;
Шкала имеет больше значений, чем у предыдущего варианта градусника;
Форма и внешний вид интереснее, может подойти к определенному дизайну окна.

Крепления для такого градусника всё те же, и от их качества и надежности зависит цена модели.

Специалисты отмечают, что погрешность измерения температуры у таких термометров – не более одного градуса. Это не критичное значение в случае использования градусника в бытовых целях.

Электронные градусники

Менее распространенный вид термометров на окнах – электронный. Главная их особенность заключается в современном внешнем виде и удобной подаче информации.

Принцип работы электронного термометра:

информация о температуре выводится на ЖК-экран;
в основе конструкции – два металла с разными значениями электроотрицательности. Они при нагреве или охлаждении влияют на изменение разности потенциалов, благодаря чему мы можем узнать точную температуру воздуха;
работают такие устройства либо от обыкновенных батареек, либо от солнечного элемента.

Электронный термометр на солнечной батарее
Наиболее точными в измерении температуры считаются те электронные термометры, в конструкции которых содержится платина.

Плюсы таких градусников:

Современный внешний вид, некоторые модели имеют стильный дизайн;
Высокая точность измерения температуры;
Понятный интерфейс, который отлично подойдет для детей и пожилых людей;
В некоторых моделях – крупные обозначения.

Минусом можно назвать необходимость продумывать место крепления электронного термометра. Связано это с тем, что близость к комнате (окну) создает неточность измерения температуры на улице.

Термометр с наружным датчиком

Перечень элементов

Передатчик

Перечень элементов передающей части беспроводного термометра на ATMega328p (для увеличения масштаба можно кликнуть по картинке правой кнопкой мыши и выбрать «Открыть ссылку/изображение в новой вкладке/новом окне»)

Приемник

Перечень элементов приемной части беспроводного термометра на Arduino Mega (для увеличения масштаба можно кликнуть по картинке правой кнопкой мыши и выбрать «Открыть ссылку/изображение в новой вкладке/новом окне»)