Беспроводные прецизионные датчики температуры с автономным питанием для промышленных сетей

в Инженериум DIY1 год назад

Цель этого проекта состоит в том, чтобы собрать устройство мониторинга температуры и влажности, которое транслирует температуру и влажность на удаленный сервер посредством wi-fi. Нам понадобятся Ардуино Уно (или аналог), датчик температуры и влажности DHT11, wi-fi модуль ESP8266 и сервис В«ThingSpeak.comВ» для этого проекта. Это — замечательный проект, чтобы опробовать ESP8266 для передачи данных, так что начнем!

Шаг 1: Приготовьте всё необходимое

Для этого проекта использован Ардуино Уно, но подойдёт любая плата Ардуино или аналоги.

-Ардуино

-USB — кабель типа А — B и 5-вольтовый источник питания USB

-Беспроводной приемопередатчик ESP8266.

-Датчик температуры/влажности DHT11, хотя DHT22 тоже подойдет

-Макетная плата (не требующая пайки)

-Провода для беспаечной макетной платы

-Резисторы

Шаг 2: Создайте канал ThingSpeak

Чтобы фиксировать температуру и влажность онлайн, у Вас должны быть веб-сайт или веб-сервис, которые могут принимать данные метода GET http. В этом уроке я рекомендую ThingSpeak, но есть и другие службы, так что Вы вполне можете использовать что-то еще, чтобы собирать и хранить Ваши данные.

Если Вы будете использовать ThingSpeak, то Вы должны будете создать канал с двумя полями, один для температуры и один для влажности. На сайте есть много опций для отображения данных в графиках, так что можете изучить их самостоятельно и выбрать те, что Вам больше всего понравятся. Я остановился на двух простых линейных диаграммах с 10 точками переменных, чтобы сгладить случайные колебания данных . ThingSpeak даст ключ для Вашего канала, который Вы должны будете вписать в код, после чего Ваш каналсможет принимать данные.

Шаг 3: Подключение

На картинке Вы можете увидеть переднюю часть ESP8266 с 8 маркированными контактами. ESP8266 питается от 3.3 В, так что удостоверьтесь, что Вы соединяете контакт Vcc с 3.3-вольтовым контактом на контроллере. Это также означает, что Вы должны будете использовать преобразователь логических уровней или собрать делитель напряжения для последовательного соединения от платы контроллера до ESP8266, чтобы ничего не сжечь. Если Вы не захотите покупать преобразователь логических уровней, тогда, то Вы должны будете собрать делитель напряжения, задействовав два резистора.

Я взял резистор на 220 Ом и резистор на 470 Ом, которые приблизительно дадут 3.3 В. Если приемопередатчик требует 3.3 В, а плата контроллера может работать при таком напряжении, нет никакой потребности делать что-либо с соединением приемопередатчик — контроллер.

Точность датчика составляет только +/-5% влажности и 2В°C, так что это не самый точный датчик. Он подходит только для температуры выше нуля. DHT22 более точен и умеет в отрицательные температуры, поэтому, если это важно для Вас, выбирайте его. Оба датчика работают с напряжениями 3.3 — 5В. Сигнальный контакт должен быть подключен через токоограничивающий резистор, номиналом 4.7 кОм.

Схема отображает как соединить провода. Для простоты использования все соединения с 5 В или 3.3 В красные, и все соединения с общим проводом синие. Подключаем провода следующим образом:

С контроллера на приемопередатчик

— RXD | TXD

— TXD | RXD (через делитель напряжения)

— 3.3 В | Vcc, CH_PD, сброс

— GND | GND

С контроллера на датчик температуры/влажности

— 5 В | Vcc

— GND | GND

— D7 | Сигнал (соединение с Vcc через нагрузочный резистор)

Шаг 4: Программирование

Прежде чем использовать код, Вы должны будете загрузить и установить библиотеку DHT от Adafruit. У них есть описание того, как установить, пользоваться их библиотекой и заходить на их хранилище GitHub. Их библиотека имеет разные опции (такие как теплосчетчик — их мы не будем разбирать здесь), но Вы можете самостоятельно выбрать их и использовать, если Вам понадобится!

Бод для ESP8266 установлен в начале .ino файла. Версия ESP8266, которая использовалась в сборке, поддерживает значения 9600 или 115200 бод. Обе из микросхем, которые я заказывал, установлены в 115200 бодов. Но если у вас возникли ошибки, смените бод на 9600 в качестве первого шага в отладке.

Есть несколько мест в коде со значениями в скобках ‘<‘ ‘>’. Это- те места, где Вам нужно будет вставить свои собственные значения, чтобы завершить проект. Это включает имя и пароль для Вашей сети WiFi и ключ для Вашего канала ThingSpeak. Есть код, чтобы использовать красно-зеленый светодиод для отладки и контроля состояния системы, но это не отображено в монтажных схемах. Если Вы хотите знать, верно ли работает работает система, Вы можете добавить пару светодиодов.

Заключительная ремарка, которая может сбить с толку — нельзя загрузить скетч в ардуино, к которому подключен модуль беспроводной связи. Скетч не загрузится, если они будут соединены, так что Вам нужно сначала отсоединить информационный провод — либо с передатчика, либо с контроллера.

Скачать скетч для Arduino IDE — ссылка

Шаг 5: Поехали!

Поздравляю! Вы создали свой персональный беспроводной регистратор температуры и влажности! Вы великолепны! Можно оставить его в подвале и контроллировать влажность и температуру посредством проветривания/обогрева. Можно собрать его на печатной плате для удобства монтажа и использования на месте. Я надеюсь, что вам был полезен этот урок и Вы весело провели время! Следующим шагом можно попробовать запрограммировать ESP8266 непосредственно напрямую, в обход контроллера.

Статья перевод с сайта ingenerium.net

Оригинал статьи был на instructables.com (уже лень искать ссылку на саму статью)

Рассуждая о сетях, мы редко вспоминаем об их применениях, выходящих за рамки путешествий по просторам Интернета. Между тем, таких применений не счесть. Сети предназначались для передачи данных вообще, а также между компьютером и производственным оборудованием, в частности. Вариант такого оборудования – это разнообразные приборы бытового назначения, климатические или иные датчики с модулем Wi-Fi. Например, датчик температуры и влажности.

Содержание

Wi-Fi для измерения температуры

Первым делом спросим себя, зачем все это вообще нужно? Зачем объединять беспроводные сети и измеритель градусов? Вот несколько примеров такого использования, где возможность неограниченно перемещать датчик в пространстве окажется очень полезной:

• Дистанционный съем показаний со счетчиков газа.
• Удаленный контроль котельного оборудования.
• Система удаленного контроля температуры в помещениях.

Могут быть и другие альтернативы. В качестве умственной разминки, подумайте над этим вопросом. В чем заключается польза во всех этих случаях? Главным образом в удобстве, обусловленном тотальной автоматизацией промышленных и бытовых процессов.

Если контролеры газа могут снять показания, не прикасаясь к счетчику, это значительно оптимизирует их труд. Если оборудование котельной может управляться на расстоянии, то почему бы не снимать на расстоянии параметр температуры? Под помещением же может пониматься многое: и квартира, и частный дом, и теплица в огороде и производственный цех. С помощью похожих устройств можно даже проводить операции по управлению тем или иным прибором.

Вот краткий перечень других полезностей:

• Подключение в отсутствие поблизости сети LAN.
• Измерения во множестве точек.
• Тонкая настройка датчика при помощи особого софта.
• Небольшие габариты.
• Комбинирование с иными устройствами (например, с внешним термометром или датчиком дыма).

Датчик своими руками

Пример сборки смотрите в следующем видео:

Собрать устройство, о котором идет речь в нашей заметке, можно и самостоятельно. Например, изготовить Wi-Fi-датчик температуры нетрудно, соединив беспроводной модуль c маркировкой ESP8266 и температурный датчик DS18B20.

Конечно, придется повозиться с паяльником и приобрести другие компоненты схемы, наподобие резистора на 4,7 кОм, светодиодных индикаторов, проводов и USB-UART-TTL адаптер. Но, в общем и целом, ничего особенно сложного в данной конструкции нет. Схема напоминает ту, которые дети собирают в радиолюбительских кружках и школах домов пионеров.

Так вот, рассматриваемая модель программируется и конфигурируется на базе популярной программно-аппаратной платформы Arduino, лучшей на сегодня в классе конструкторов. На сайтах в Интернете найдется немало инструкций по созданию вполне работоспособных электронных поделок.

Мы привели эту информацию исключительно для того, чтобы подвигнуть вас на путь технического творчества!

Образцы серийно-выпускаемых датчиков

Хотя датчик можно сконструировать самому, все-таки лучше приобрести готовое изделие. Примеры устройств мы приведем ниже.

Обзор «умного» датчика от Xiaomi смотрите тут:

Страж ТН-20 Wi-Fi

Это датчик температуры и влажности с Wi-Fi по цене около 10000 рублей. Особенности:

• Совмещены два датчика;
• Получение уведомлений в приложение об изменениях в параметрах температуры и влажности;
• Контроль показаний в режиме реального времени;
• Возможность работы без электричества;
• Сенсорный дисплей;
• Звуковое и световое оповещение об изменении заданных параметров;
• Возможность работы при низких температурах;
• Возможность подключения к ПК и конфигурация программного обеспечения.

Simpal W230-C

Умная Wi-Fi розетка с датчиком для контроля температурного режима в помещении. Устройство используется для управления электроприборами, а также может контролировать микроклимат в помещении, благодаря встроенному датчику температуры.

Для управления используется мобильное приложение, доступное для Android и iOS.

SAURES R-1

Комплект беспроводной датчик температуры с Wi-Fi + контроллер. Назначение устройства:

• Дополнение счетчиков газа для удаленной передачи показаний;
• Контроль за работой котлов;
• Удаленный контроль за температурой в доме, теплице и ином помещении.

Прибор устанавливается в помещение, где нужен контроль температурного режима, а контролировать температуру можно через браузер или мобильное приложение.

Вот такие возможности предлагает нам Wi-Fi. Благодаря встроенному беспроводному модулю, стал реальным не только выход в Интернет, но и удаленный контроль и управление температурой и влажностью у себя дома!

Что?: Компактный беспроводной датчик температуры и влажностиГде?: На Gearbest — $8 за датчик, $30 за гейтДополнительно: В этом же магазине датчик движения — $13, датчик на дверь — $11, управляемая розетка — $15, беспроводная кнопка — $9

Компания Xiaomi уже несколько лет строит свою собственную экосистему для домашней автоматизации и управления климатом. В настоящий момент в нее, в частности, входят несколько моделей светильников, управляемых розеток, блок сигнализации (гейт для датчиков), видеокамеры, воздухоочистители, ИК-контроллер. Также в сервисе программы Xiaomi MiHome могут участвовать роутеры, телевизор, ТВ-приставки, очиститель воды, кондиционер и другое оборудование. Объединяет все это возможность удаленного управления и контроля через облачные сервисы и фирменные программы для мобильных устройств на базе Android и iOS. Отметим, что официального русского языка у этих утилит нет, но есть английский. При этом без этого программного обеспечения не обойтись.

Одной из наиболее часто реализуемых задач в системе автоматизации является контроль и управление домашним климатом. Для этого используются датчики температуры и влажности, которые нужно разместить в требуемых местах. Требования к ним вполне закономерные – небольшой размер, беспроводное подключение, долгое время автономной работы.

Xiaomi предлагает схему их подключения через гейт Xiaomi Mi Smart Gateway. Он сам устанавливается в розетку питания (к сожалению, варианта с европейской вилкой не предусмотрено, так что потребуется переходник) и соединяется с облаком через Wi-Fi роутер. Отметим также, что в этом устройстве есть подсветка и динамик, что позволяет использовать его в сценариях ночника, дверного замка и других. Датчики в нужных количествах подключаются к шлюзу по протоколу ZigBee, который отличается невысоким энергопотреблением.

В комплект Smart Home Suite входят датчик движения и датчик открытия двери или окна, а также беспроводная кнопка, подробнее о них можно прочитать по приведенной выше ссылке.

Здесь же мы познакомимся с датчиком температуры и влажности, который, как и другие устройства серии, можно приобрести отдельно. В комплекте поставки идет краткая инструкция на китайском языке и запасное крепление в виде кольца из двухсторонней клейкой полоски.

В его характеристиках заявлено следующее:

• Измерение температуры от -20°C до +60°C с точностью 0,3 градуса
• Измерение влажности от 0% до 100% с точностью 3%
• Протокол ZigBee 2,4 ГГц
• Питание от литиевой батареи

Про дальность и длительность работы от одной батареи информации нет. Формально для ZigBee заявлено 10-100 метров, в нашем тестировании в пределах одной средней квартиры проблема появилась только в самом сложном случае – гейте в одном конце и датчике в другом с препятствиями в виде стен и шкафов между ними.

При необходимости работы на больших расстояниях или площадях вам может быть придется добавить шлюз или несколько. По времени на одной батарее можно говорить как минимум о нескольких месяцах или даже пары лет. К сожалению, в программе мы не нашли статуса питания. Возможно, что в системе предусмотрены сообщения при снижении емкости, но мы их не дождались. О частоте обновления показаний также нет информации, но ее мы хотя бы можем попробовать проверить. С другой стороны, для бытового применения обычно не требуется очень детальные данные, тем более, что повышение частоты отправки снижает время автономной работы.

Корпус датчика выполнен из белого матового пластика. Размеры – диаметр 35,5 мм, высота 10 мм. Вес минимальный – около 9 г. Для крепления предлагается использовать двухстороннюю клейкую полоску.

На лицевой стороне есть логотип и практически незаметный светодиод, который используется при сопряжении с гейтом. Под ним на ребре можно увидеть решетку для поступления воздуха непосредственно к сенсорам, а с противоположной стороны находится кнопка сопряжения. В рабочем режиме при ее нажатии на гейте проигрывается сообщение на китайском языке (голосовой переводчик дал версию «Нормальное соединение»). На дне есть щель для открытия корпуса с целью замены батареи. В нашем датчике крышка держалась очень крепко, снять ее не удалось. Так что реальный формат батареи остался неизвестным — в некоторых источниках указан элемент питания CR1632, а на сайте производителя можно встретить упоминание CR2032.

Для начала работы с датчиком нужно подключить его к шлюзу. Эта операция осуществляется из мобильного приложения и не вызывает сложностей.

Никаких специальных настроек датчик не имеет. Максимум, что можно с ним сделать – выбрать имя, под которым он будет фигурировать в системе.

Возможностей использования немного, что вполне ожидаемо от такого простого и недорогого устройства:

• просмотр текущих показателей температуры и влажности в цифровом или графическом виде
• демонстрация общей оценки комфорта
• просмотр трендов за определенный промежуток времени
• назначение действий при выходе показателей из заданных границ (верхняя и нижняя границы для температуры и влажности, всего четыре варианта)

Что касается конкретных действий, вызываемых по событиям, то их набор зависит от конфигурации вашей системы. Например, это может быть включение подогрева или вентиляции через управляемые розетки или ИК-передатчик.

Если говорить только про гейт и датчик, то вариантов немного, например можно отправлять push-уведомление на смартфон, проигрывать мелодии на гейте или включать на нем подсветку. Также есть возможность назначить сразу несколько действий, включая добавления паузы между ними. Удобно, что для событий можно использовать и временные рамки для создания более сложных условий или расписаний.

Для проверки точности мы попробовали использовать три популярных датчика DHT22 и два аналоговых сенсора – температуры Microchip MCP9701A и влажности Honeywell HIH-4010. Показания считывались микроконтроллером Arduino и выводились на OLED экран. Первая строка – аналоговые датчики, три следующие – цифровые.

В комнате с кондиционером за рабочим столом вполне комфортно.

На улице даже в тени сейчас жарко.

А уж если вы решили принять горячий душ и не включать вентилятор…

В комнате без кондиционера находиться сложно.

Лучше вернуться в первую комнату.

Прежде всего, заметим, что использованные для сравнения датчики не отличаются высокой точностью. Заявленные для них погрешности являются скорее мечтами маркетологов, чем реальными техническими характеристикам. Здесь конечно больше доверия аналоговым датчикам, но работа с ними имеет свои особенности. В любом случае, для дома и этого вполне достаточно, особенно если говорить о температуре, которую в целом все могут оценить неплохо. Проверка влажности является более сложной задачей, но и для этой задачи можно вполне применять данные устройства. Что касается оперативности обновления показаний, то вероятно датчик проверяет относительные изменения и если они значительные, отправляет значения на гейт, а не ждет какой-то промежуток времени. По крайней мере, при изменении обстановки информация на смартфоне изменяется достаточно быстро.

Стоимость рассмотренного датчика Xiaomi относительно невелика. Он хорошо выглядит и удобно подключается и настраивается. Пожалуй, единственное, на что стоит обратить внимание – ориентация на работу с облачным сервисом Xiaomi без возможности интеграции в другие системы или экспорта данных.

Что?: Компактный беспроводной датчик температуры и влажностиГде?: На Gearbest — $8 за датчик, $30 за гейтДополнительно: В этом же магазине датчик движения — $13, датчик на дверь — $11, управляемая розетка — $15, беспроводная кнопка — $9

Используемые источники:

• story/besprovodnoy_datchik_temperaturyi_i_vlazhnosti_na_esp8266_5859997
• https://wifigid.ru/obzory-raznyh-ustrojstv/wi-fi-datchik-temperatury
• https://www.ixbt.com/live/smarthome/sensor-temperatury-i-vlazhnosti-dlya-umnogo-doma-xiaomi.html