Продолжение. Начало здесь.

Софт. Выбор компонентов

Выбор железа и софта тесно взаимосвязан как «курица и яйцо». С чего начать, с железа, с софта? Если у вас хорошее железо, но к нему нет драйверов, библиотек и софта (IDE, утилиты для прошивки и т.п.), то оно бесполезно, и наоборот.

Поэтому рассказываю еще раз про выбор между nRF24L01+ и ESP8266 для связи удаленных датчиков с центральным блоком.

Дело в том, что ESP8266 это не просто тупой WiFi адаптер, он имеет на борту микроконтроллер по мощности и объему памяти превосходящий Ардуино. По умолчанию ESP8266 имеет прошивку в виде набора AT команд, в этом случае ESP используется как простой модем. Но есть и более продвинутые прошивки, здесь ESP8266 даже может выступать в роли веб-сервера, ну и конечно же управлять датчиками как и Arduino.

Однако все эти продвинутые прошивки имеют недостатки, которые не позволили (в сумме с железячными вопросами о которых я уже писал) применить ESP8266 в данном проекте:

• все прошивки ещё очень сырые (по состоянию на 2016)
• некоторые готовые небесплатны
• порог вхождения для отладки и внесения изменений гораздо выше, чем у Arduino.

В итоге готовой подходящей продвинутой прошивки я не нашёл, и пока не готов создать свою. ESP8266 чип — обширная и интересная тема.

В свою очередь стандартные AT-прошивки так же имеют минусы:

• они всё ещё сыроваты (по состоянию на 2016)
• мне не удалось найти нормальную библиотеку для Arduino для управления модулем ESP8266 с помощью AT команд, пришлось «колхозить» самому.

С другой стороны радиомодуль nRF24L01+ прост и понятен, для работы с ним есть супер либа RadioHead и никаких проблем с программированием. Библиотека хорошо документирована, что немаловажно.

RadioHead позволяет передавать структуры данных (а не только отдельные числа), что и реализовано в данном проекте. Забегая вперед скажу, RadioHead может надёжно передавать данные, с повторами если не дошло с первого раза. Все эти вещи библиотека берет на себя.

Для энергосбережения использую библиотеку Low Power Library, она проста и содержит только то, что нужно.

Вот кусок кода:

// по умолчанию устанавливается 2.402 GHz (канал 2), 2Mbps, 0dBm
rfdata.init();
// передача данных на сервер (с повторами, если потребуется)
rfdata.sendtoWait((uint8_t*)&dhtData, sizeof(dhtData), SERVER_ADDRESS);
// засыпаем
LowPower.powerDown(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF);`

Всё!

В случае же применения ESP8266 в заоконном датчике, я был бы вынужден создавать WiFi точку доступа и каким-то образом передавать данные (где прошивки, где софт?). Либо позволить датчику напрямую слать данные на веб-сервер, а центральный блок (который в этом случае перестаёт играть роль «центрального») учить читать данные оттуда, чтобы их отобразить на табло.

Другими словами я пошёл путем большей автономии от WiFi интернета и PHP + MySQL сервера. Вы можете начать «клепать» метеостанцию уже сейчас не имея доступа в интернет и/или хостинга для сервера, в этом случае ESP8266 вам не нужен, просто добавите его потом.

Для считывания данных с датчиков типа DHT есть библиотека Adafruit DHT Sensor Library. Работа с ней проста и понятна.

Для датчика давления подходит библиотека Adafruit BMP085 Unified, которая требует наличия библиотеки абстрактного уровня Adafruit Sensor.

В составе всех библиотек есть примеры скетчей.

Вот и всё пожалуй с теоретической частью. «Наши цели ясны, задачи определены. За работу, товарищи!»

Центральный блок. Железо

Ну наконец-то, после всех заумствований приступаем к сборке!

Примечание. Если вы до этого ни разу не собирали метеостанцию (да ладно!), то вы можете начать и не имея всех деталей под рукой. Например, можно начать не имея радиомодуля и/или ESP8266. Датчик барометрического давления BMP180 также может отсутствовать. Добавите потом. Правда в этом случае вам придется самостоятельно закоментировать в скетче те участки кода, которые отвечают за взаимодействие с отсутствующими блоками, но это не так уж и сложно. Я покажу как.

Главное, чтобы хоть что-то собралось и заработало, тогда веселее продолжать.

Как уже говорилось, центральный блок основан на Arduino MEGA. Ещё нам понадобятся:

• датчик температуры и влажности DHT11
• датчик барометрического давления типа BMP180
• WiFi модуль ESP8266
• радиомодуль типа nRF24 2,4 Ггц
• дисплей типа LCD1604 (4 строки по 16 символов), купить можно за $5
• блок питания с выходом 5-12 В постоянного напряжения (я использовал зарядку от мобильного с USB выходом что удобно)
• макетная плата под пайку, паяльник, канифоль, припой либо обычная беспаечная arduino-макетная плата. Лично я паял для надёжности, потому что проект явно был долгоиграющим и не хотелось страдать из-за случайно выдернутого из макетки проводка.

Макетную плату для распайки можно купить от $1. Берите размером побольше, чтобы хватило на все соединения. И ещё раз: перед покупкой читайте описание, а не картинку.

Беспаечную плату можно купить от $2. Берите размером побольше, чтобы хватило на все соединения.

Соединительные провода бывают таких нужных нам типов:

• Dupont кабель «папа-мама» (есть и «папа-папа», «мама-мама»). Это шлейф из нескольких проводов с разными цветами изоляции и коннекторами под штыревые контакты для Arduino. Такими проводами удобно соединять платы и датчики напрямую к Ардуино без использования макетной платы.
• Обычные соединительные провода под беспаечную макетную плату для Ардуино.
• Пучок проводков для пайки.

Первым делом распаял табло LCD-1604. Сначала припаял штырьки к табло, затем разъемы к макетной плате.

Вид снизу.

Паял по наитию без предварительной разводки, поэтому здесь никакой схемы приведено не будет. Делайте как удобнее, хуже не будет. Придерживайтесь только принципа, что чёрный провод — это всегда земля, красный — «плюс» питания, остальные цвета как получится. Получилось так.

Для того чтобы не забыть, где какие разъемы, «покрасил» белым корректором участки платы по соседству и сделал соответствующие надписи. Некрасиво? Зато практично и быстро, это же прототип!

Распиновка и соединение

Дисплей 16×4 LCD1604

Подробнее о дисплее и работе с ним погуглите «Работа с символьными ЖКИ на базе HD44780». Отметим, что нужно внимательно отнестись к полярности подключения питания к ЖК-индикатору и чтобы напряжение питания было в диапазоне +4,5…5,5 В. Невнимательное отношение к этому может привести к выходу индикатора из строя!

Пин LCD 1604	Arduino MEGA	Arduino UNO	Описание
VSS	GND	GND	GND
VDD	5 V	5 V	4,7 — 5,3V
RS	22	4	Высокий уровень означает, что сигнал на выходах DB0—DB7 является данными, низкий — командой
RW	GND	GND	Определяет направление данных (чтение/запись). Так как операция чтения данных из индикатора обычно бывает невостребованной, то можно установить постоянно на этом входе низкий уровень
E	23	5	Импульс длительностью не менее 500 мс на этом выводе определяет сигнал для чтения/записи данных с выводов DB0-DB7, RS и WR
DB4	24	8	Входящие/исходящие данные
DB5	25	9
DB6	26	10
DB7	27	11
LED A+			+5V или резистор 220 Ом → +5VLED-A
LED B-			GND
V0			GND или подстроечник на 10кОм

Программная инициализация будет выглядеть так:

// Arduino MEGA
LiquidCrystal lcd(22, 23, 24, 25, 26, 27);

// Arduino UNO
LiquidCrystal lcd(4, 5, 8, 9, 10, 11);

Температура, влажность DHT11

Подключение датчика температуры и влажности DHT11 (SainSmart). Датчик расположите лицевой стороной вверх, выводы будут описаны слева направо.

DHT11	Arduino Mega
DATA	Digital pin 2 (PWM) (см. ниже DHTPIN)
VCC	3,3—5 В (рекомендуется 5 В, лучше внешнее питание)
GND	GND

Программная инициализация

#define DHTPIN  2      // цифровой пин Digital pin 2 (PWM)
#define DHTTYPE DHT11  // см. DHT.h

// инициализация
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

Барометр BMP180

Подключение датчика атмосферного давления BMP180 (барометр) + температура по интерфейсу I2C/TWI.

BMP180	Arduino Mega
VCC	не подключен
GND	GND
SCL	21 (SCL)
SDA	20 (SDA)
3,3	3,3 В

Для UNO: A4 (SDA), A5 (SCL).

// инициализация
Adafruit_BMP085_Unified bmp = Adafruit_BMP085_Unified(10085); // sensorID

nRF24L01+

Краткие характеристики:

• Диапазон частот 2,401 — 2,4835 Ггц
• 126 каналов. Нулевой канал начинается с 2400 Мгц и далее с шагом 1 Мгц, например 70 канал находится соответственно на 2470 Мгц. При установке скорости передачи 2Mbps занимается ширина канала в 2 Мгц
• Питание 1,9 — 3,6 В (рекомендуется 3,3 В)

Вот распиновка модуля.

Некоторые советуют сразу же припаять керамический конденсатор 100nF (можно 1µF, 10µF) на выводы питания RF для избежания электрических помех.

Распиновка nRF24L01+ (смотреть сверху платы там где чип, пины должны быть внизу) :

пин 2 3,3V	пин 4 CSN	пин 6 MOSI	пин 8 IRQ
пин 1 GND	пин 3 CE	пин 5 SCK	пин 7 MISO

Подключение для метеостанции:

Arduino Mega	nRF24L01+
3,3 В	VCC пин 2 (лучше внешнее питание)
пин D8	CE пин 3 (chip enable in)
SS пин D53	CSN пин 4 (chip select in)
SCK пин D52	SCK пин 5 (SPI clock in)
MOSI пин D51	SDI пин 6 (SPI Data in)
MISO пин D50	SDO пин 7 (SPI data out)
IRQ пин 8 (Interrupt output) не подсоединен
GND	GND пин 1 (ground in)

Программирование радиомодуля будет подробно описано в программной части.

ESP8266

Распиновка ESP8266 (смотреть сверху платы там где чипы, пины должны быть внизу):

GND	GPIO2	GPIO0	RX
TX	CH_PD	RESET	VCC

Подключение ESP8266 для метеостанции:

ESP8266	Arduino Mega
TX	10 пин (SoftwareSerial RX)
RX	11 пин (SoftwareSerial TX)
VCC	3,3 В
GND	GND
CH_PD	Через резистор 10К к 3,3 В Arduino
GPI0	Необязательно. Через резистор 10К к 3,3 В Arduino
GPI2	Необязательно. Через резистор 10К к 3,3 В Arduino

КДПВ

Центральный блок в сборе. «Материнскую плату» вырезал из картонной коробки из-под обуви и к ней винтиками на 3 прикрутил всё остальное.

Как видим в этом месте всё питание осуществляется от пинов Ардуино, т.е. к блоку питания напрямую ничего не идёт, и пока мощи хватает.

Вроде всё. Ничего не забыл.

Паяйте, соединяйте. В следующей части будет приведен рабочий скетч для центрального блока и наша метеостанция уже что-то покажет.

Автор: tim4dev

Источник