Stacja pogodowa - czujnik WiFi

[dariann]

Cześć,
urządzenie do monitorowania pogody to chyba najbardziej popularny i pewnie oklepany temat ale chciałem spróbować zrobić je samemu zwłaszcza, że można to zrobić na wiele sposobów. Jest to pierwsza wersja rozwojowa i już widzę, że będę musiał wprowadzić jedną poprawkę ale o tym w podsumowaniu. Projekt zakłada monitorowanie:

• temperatury
• wilgotności
• jasności (aby w przyszłości można było skorelować ją z temperaturą)
• poziomu naładowania akumulatora

Całość chciałem oprzeć na jednym mikrokontrolerze zapewniającym odczyt danych z czujników wraz z dostępem do sieci, który dodatkowo mógłby być zasilany z akumulatora. Nie chciałem też projektować dedykowanego PCB ani używać gotowego układu w postaci Arduino Uno, bo to dość duża płytka no i nie jest tania. Mój wybór padł na układ ESP8266 (w wersji NodeMCU v3), ponieważ spełnia praktycznie wszystkie wymagania i ma większe możliwości niż gołe Arduino. Poza tym chciałem poznać i sprawdzić skryptowy język Lua dla NodeMCU, który podobno jest przeznaczony do IoT (Internet of Things). Jako czujnika temperatury i wilgotności użyłem AM2320, który ma dość duży zakres temperatur (-40°C do 80°C) oraz łatwo da się programować w Lua. Jeszcze się nie zdecydowałem w jakiej obudowie umieszczę ESP ale całość z czujnikiem wygląda tak:

Zastosowane elemety:

• ESP8266 (w wersji NodeMCU v3)
• AM2320
• Akumulator Li-Pol Akyga 980mAh 3,7V
• Ładowarka Li-Pol TP4056 pojedyncza cela 1S 3,7V microUSB z zabezpieczeniami
• Fotorezystor 10-20kΩ
• 2x BC547; 3x 10kΩ; 2x 100kΩ; 1x 220kΩ

Niestety układ ESP posiada tylko jeden pin dla przetwornika ADC o oznaczeniu A0, dlatego szukałem w internecie jak można go współdzielić do pomiaru jasności fotorezystora i poziomu akumulatora. Jednak jedyne co znalazłem to sposoby na odczyt z różnych czujników (fotorezystor, termistor, itp) za pomocą wystawiania logicznej jedynki na porcie D (wystawione "1" daje zasilanie na czujnik, a "0" nie) podpiętej do danego czujnika. Musiałem więc wymyślić własne rozwiązanie, które nie jest idealne ale działa:

Jedynka wystawiona na pin D5 pozwala na odczyt wartości napięcia z fotorezystora, a zero podaje napięcie z akumulatora. Zworka JP1 pozwala na odłączenie akumulatora od zasilania ESP co jest przydatne podczas programowania, wówczas ESP zasilany jest z portu USB.

Czujniki umieściłem w obudowie i przykleiłem do ramy okiennej:

Program umieszczony w ESP odczytuje wartości z czujników co minutę i udostępnia w postaci strony internetowej

Podsumowanie:

Ze względu na to, że na płytce NodeMCU użyty jest stabilizator 3,3V pozwalający podawać mu napięcie niewiele większe niż na wyjściu to założyłem, że zasilanie bezpośrednio z akumulatora wystarczy tak długo aż napięcie akumulatora zbliży się do 3,3V. Nie spowoduje to całkowitego rozładowania, więc jest bezpieczne a układ się sam wyłączy. Mimo, że układ sprawuje się dobrze to jednak zauważyłem, że czasami działa niestabilnie i po bliższym przyjrzeniu się schematowi płytki NodeMCU zauważyłem podłączoną diodę pomiędzy VIN a zasilaniem ESP, która powoduje spadek napięcia o 0,7V. Prawdopodobnie ma ona zabezpieczać przed zamianą biegunów zasilania ale dodatkowo wprowadza spadek napięcia, który w przypadku zasilania z portu USB nie ma znaczenia. W kolejnej wersji dodam przetwornicę 5V i zobaczę jak wtedy będzie działać.

Jeżeli ktoś z kolegów lub koleżanek znalazł sposób jak lepiej rozwiązać pomiar napięcia z czujnika i akumulatora przy pomocy pinu A0 bez użycia dodatkowego przetwornika ADC, to chętnie poczytam. Docelowo chciałbym przechowywać pomiary na malince i mieć podgląd danych historycznych ale jeszcze nie znalazłem odpowiedniego oprogramowania, bo albo jest zbyt złożone w konfiguracji i ciężkie dla maliny albo zbyt proste. Oprogramowanie ESPHome użyte w projekcie "Zabezpieczenie akumulatora 3,7V Li-Pol - hardware & software" wygląda ciekawie, więc może się nada, zobaczymy.

sp_code.zip

[Treker (Damian Szymański)]

Dziękuję za opis i gratuluję ciekawego DIY! Właśnie zatwierdziłem ten temat, więc projekt jest już widoczny publicznie. Jeśli chcesz, aby Twój projekt wziął udział w naszej akcji rabatowej (50 zł do sklepu Botland) to upewnij się, że link do tego tematu umieściłeś w tym miejscu

Zachęcam do opisywania kolejnych projektów

 

[ethanak]

11 godzin temu, dariann napisał:

jak lepiej rozwiązać pomiar napięcia z czujnika i akumulatora przy pomocy pinu A0 bez użycia dodatkowego przetwornika ADC

Użyć multipleksera: https://botland.com.pl/multipleksery-8-bitowe/388-analogowy-multiplekser-cd4051-5szt-5904422355517.html

Zaleta: nie wymaga żadnych dodatkowych elementów.

Przy okazji: do tego celu lepiej użyć płytki Lolin32 Lite (ESP32). Ma na pokładzie ładowarkę, stabilizator o naprawdę bardzo niskim spadku napięcia (ok. 0.1V),  sześć wejść analogowych (jeśli używasz WiFi), no i jest przystosowany do zasilania z akumulatora.

Zaleta: w sumie wychodzi taniej

 

[dariann]

@Treker Dziękuję, właśnie go zgłosiłem

@ethanak Multiplekser analogowy przekaże mi napięcie z wybranego wejścia takie jakie ono jest bez spadku? Hmmm... muszę to wypróbować. Trochę jest płytek opartych na ESP i każdej się nie przyglądałem ale Lolin32 rzeczywiście wygląda na lepiej wyposażoną, dzięki!

[_LM_]

Ten adc z espka nie jest zbyt dobrej jakości a najwięcej brakuje porządnego opisu do niego. Bo właściwie wiemy tylko w jakim zakresie napięć działa i z jaką szybkością. Do bardziej wymagających zadań lepiej zastosować zewnętrzny adc lub to co proponował @ethanakczyli esp32 

[H1M4W4R1]

1 godzinę temu, dariann napisał:

Multiplekser analogowy przekaże mi napięcie z wybranego wejścia takie jakie ono jest bez spadku? Hmmm... muszę to wypróbować. Trochę jest płytek opartych na ESP i każdej się nie przyglądałem ale Lolin32 rzeczywiście wygląda na lepiej wyposażoną, dzięki!

To trochę bardziej skomplikowane... Zależy od warunków pomiaru i rezystancji wewnętrznej ADC. Z reguły nie jest to istotne, ale te 4 Ohmy mogą czasem namieszać przy bardzo dokładnych pomiarach.

W Twoim przypadku raczej nie mierzysz wartości rzędu e-6/e-9 Volta, więc możesz sobie na taki zabieg pozwolić.

[dariann]

Mam w zapasie jeszcze jeden NodeMCU, więc spróbuję podłączyć mu multiplekser i sprawdzę jak będzie się spisywał, bo jeszcze nie bawiłem się takim układem. Do następnych projektów wezmę jednak zaproponowany esp32, bo ten ADC w NodeMCU nawet przy pomiarach napięcia baterii wykonywanych co sekundę odczytuje wartość +-2, co przy praktycznie podwójnym podziale napięcia (mój dzielnik i wewnętrzny dzielnik) nie powinno mieć miejsca. Z tego co widzę to chyba nie mają go w botlandzie, chyba że kiepsko szukam.

Dzięki chłopaki za propozycje i podpowiedzi!

[_LM_]

Node mcu, vemos, esp07, esp12, to wciąż ten sam układ esp8266 tylko na różnych płytkach i ewentualnie z różnym rozmiarem flasha

EDIT ah chodzi że chcesz przetestować multiplekser. Ok nie wymądrzam się 

Edytowano Grudzień 8, 2022 przez _LM_

[dariann]

@ethanak Tak, chcę go przetestować ale chciałbym też dowiedzieć się, który "esp" jest najbliżej Twojego opisu, bo szukałem w botlandzie po frazie "Lolin32" i nic nie znalazłem natomiast tych "esp" trochę jest.

[ethanak]

W botlandzie nie mają. Szukaj na allegro fraz "lolin 32 lite" albo "esp32 lite".

Chodzi o taką płytkę, która ma gmiazda usb i akumulatora obok siebie po jednej stronie.

[matsobdev]

W msalamon.pl za przesyłkę nie zapłacisz.

[ethanak]

@dariann Konkretnie to ta płytka: https://sklep.msalamon.pl/produkt/esp32-wemos-lite-4mb-flash/

55 minut temu, matsobdev napisał:

W msalamon.pl za przesyłkę nie zapłacisz.

Coś bliżej bo to interesujące?

[matsobdev]

Nie wiem, czy aktualne, ale za podanie maila do newslettera (wewnętrznego, a przynajmniej na to wychodzi) jest darmowa przesyłka bez minimalnej kwoty. Wychodzi, że aktualne.

Edytowano Grudzień 8, 2022 przez matsobdev

[ethanak]

17 minut temu, matsobdev napisał:

Wychodzi, że aktualne.

Zawsze dobrze wiedzieć, thx.

[matsobdev]

Jakoś niedawno, jeszcze był kod rabatowy "prezent" na -10% chyba.