Создаем беспроводной термометр на Arduino

Узнайте, как использовать RF модуль 433 МГц совместно с ATMega328P-PU. В данной статье мы соберем схему из датчика DHT11 и радиочастотного передатчика. А также соберем приемное устройство с радиоприемником 433 МГц и LCD дисплеем.

Что нам потребуется

• компьютер с установленной Arduino IDE (я использую версию 1.6.5);
• библиотека VirtualWire (ссылка ниже);
• Arduino Mega;
• ATMega328P;
• программатор AVR MKII ISP;
• LCD дисплей;
• датчик температуры и относительной влажности воздуха DHT11;
• радиочастотные модули 433 МГц;
• перемычки;
• макетная плата;
• компоненты из перечня элементов, приведенного ниже.

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.

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 → 16x2 LCD.

Принципиальные схемы

Передатчик

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

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.

Перечень элементов

Передатчик

Приемник

Программа

Программа передатчика

Сперва рассмотрим программу передающей части:

// Подключаем необходимые библиотеки
#include <VirtualWire.h>
#include <DHT.h>

// Определение
#define dhtPin 4
#define dhtType DHT11
#define txPowerPin 8

// Использование библиотеки DHT
DHT dht(dhtPin, dhtType);

// Переменные
char msg0[3];
char msg1[3];

int tem = 0;
int hum = 0;

// Функция первоначальной настройки - выполняется только один раз при включении
void setup() 
{
  pinMode(txPowerPin, OUTPUT);
  pinMode(txPowerPin, LOW);
  vw_setup(4800);     // Скорость соединения VirtualWire
  vw_set_tx_pin(9);   // Вывод передачи VirtualWire
}

// Функция цикла - выполняется всегда
void loop() 
{
  digitalWrite(txPowerPin, HIGH);  
  hum = dht.readHumidity();               // Переменная хранит влажность
  tem = dht.readTemperature();            // Переменная хранит температуру
  itoa(hum, msg1, 10);                    // Преобразование влажности в массив char
  itoa(tem, msg0, 10);                    // Преобразование температуры в массив char  
  strcat(msg0, msg1);                     // Сложение/объединение двух массивов
  vw_send((uint8_t *)msg0, strlen(msg0)); // Передача сообщения
  vw_wait_tx();                           // Ждем завершения передачи

  digitalWrite(txPowerPin, LOW);
 
  delay(5000);                            // Ждем 5 секунд и повторяем всё снова

}

Для передачи влажности и температуры в одном сообщении я соединяю их вместе. Сначала данные считываются в переменную как целые числа, потом целые числа преобразовываются в массив символов, а затем они соединяются друг с другом. На приемной стороне данные будут разделены на отдельные символы. Делая это, я ограничиваю себя двумя цифрами градусов. Если датчик находится в среде с температурой менее 10°C, я буду получать на дисплее символы мусора. Например, если температура составляет 20°C, а влажность – 45%, то будет передаваться сообщение 2045, и всё хорошо. Если температура равна 9°C, а влажность – 78%, то передастся сообщение 978x, где «x» – случайный символ. Поэтому, если вы будете собирать данный беспроводной термометр, я советую вам изменить программу для передачи правильных данных, когда температура будет меньше 10°C.

Программа приемника

// Подключаем необходимые библиотеки
#include <VirtualWire.h>
#include <LiquidCrystal.h>

// Определение подключение LCD
#define RS 9
#define E 10
#define D4 5
#define D5 6
#define D6 7
#define D7 8

LiquidCrystal lcd(RS, E, D4, D5, D6, D7);

// Отрисовка символа градусов
byte degreesymbol[8] = {
  B01100,
  B10010,
  B10010,
  B01100,
  B00000,
  B00000,
  B00000,
  B00000  
};

// Переменные
int tem = 0;
int i;

// Функция первоначальной настройки - выполняется только один раз при включении
void setup() 
{
  lcd.begin(16,2);                  // Инициализация LCD
  lcd.createChar(1, degreesymbol);  // Создание символа градусов в месте 1
  Serial.begin(9600);               // Для отладки
  vw_setup(4800);                   // Скорость соединения VirtualWire
  vw_rx_start();                    // Готовность для приема
  vw_set_rx_pin(2);                 // Вывод приема VirtualWiore
  lcd.clear();                      // Очистить LCD
}

// Функция цикла - выполняется всегда
void loop() 
{
  uint8_t buf[VW_MAX_MESSAGE_LEN];      // Переменная для хранения принятых данных
  uint8_t buflen = VW_MAX_MESSAGE_LEN;  // Переменная для хранения длины принятых данных
  lcd.setCursor(0,0);  
  lcd.print("Temp: ");
  if (vw_get_message(buf, &buflen))    // Если данные приняты
  {
    for (i=0;i<2;i++)                  // Получить два первых байта
    {
      Serial.write(buf[i]);            // Для отладки
      lcd.write(buf[i]);               // Вывести первые байты на LCD
    }  
    Serial.println();                  // Для отладки
    lcd.write(1);                      // Вывести символ градусов на LCD
    lcd.print(" C"); 
    lcd.setCursor(0,1);
    lcd.print("Hum:  "); 
    for (i=2;i<4;i++)                  // Получаем последние два байта
    {
      Serial.write(buf[i]);            // Отладка
      lcd.write(buf[i]);               // Вывести последние байты на LCD
    }  
    lcd.print("% RH");      
  }
}

Интересный способ использования библиотеки LiquidCrystal – это создание пользовательских символов. С помощью createChar я создал символ градусов. Таким же способом вы можете создать и свои собственные символы. Чтобы создать пользовательский символ или значок, вам необходимо объявить его, как массив из восьми байт, и «нарисовать», какие пиксели будут включены (1 – включен, 0 – выключен).

В функции setup() вы создаете его с помощью createChar. createChar принимает два аргумента: номер позиции для хранения символа и массив байт, в котором определено, какие пиксели будут отображаться. В нашем случае это lcd.createChar(1, degreesymbol). Затем символ выводится на LCD с помощью функции lcd.write.

Заключение

В данной статье я использовал датчик температуры и влажности DHT11. Температура и влажность были преобразованы в массив символов, а затем переданы с помощью передатчика 433 МГц. На приемной стороне массив символов был разделен на пары и выведен на LCD. Для получения символа градусов я использовал функцию createChar библиотеки LiquidCrystal.

Загрузки

• Библиотека VirtualWire версия 1.6 (библиотека для Arduino для организации связи через радиомодули с использованием амплитудной манипуляции).
• Описание библиотеки VirtualWire.

Фото и видео

Передатчик

Приемник

Видео

Теги