如何應用 Arduino 自製室內環境監測器

Guest Author

1C1OOCC

I do engineering design for machines and electronics but do love science, art and history.

這個專題項目將向您示範如何使用一些在市場上容易入手的傳感器，製作一個簡單的室內環境監測器。我實際做了一件出來給我的學生，讓他找出日光如何影響室溫和濕度。在這項目中，重要的物理性質有 (1) 光度，(2) 濕度，(3) 溫度，和 (4) 氣壓。有了這些信息，就可以製造其他系統或設備來控制空調，加濕或加熱器，以營造舒適的房間環境。

步驟 1: 準備傳感器

GUVA-S12SD

TEMT6000

BMP085

DHT11

您可以使用以下傳感器構建電路，也可以直接購買這些傳感器的模塊板或模塊板。

環境光傳感器 TEMT6000 (Datasheet PDF)
壓力及溫度傳感器 BMP085 or BMP180 (請參閱 Adafruit 上的學習文件)
注: 它們是些舊款元件，您可能需要尋找其他替代。
溫濕度傳感器 DHT11 (請參閱 Adafruit 上的學習文件)
紫外光傳感器 GUVA-S12SD (Datasheet PDF)

我附加了一些關於傳感器使用的連接，您可以在網上找到一些有用的教程和參考資料。

步驟 2: 準備主處理器

我選擇了 Arduino Uno 開發板來測試系統和編碼，但是我發現 (如果添加了更多傳感器)，Atmega328P 沒有足夠的內存來存儲和運行代碼。因此，在您需要四個以上傳感器時，我建議使用 Atmega2560 Arduino 開發板。

微控制器 (MCU):

Atmega328P Arduino 開發板
Atmega2560 Arduino 開發板

步驟 3: 準備測量系統

DHT11

BMP180

室內傳感器
這兩個傳感器將測量房間的溫度和濕度

CUVA-S12SD

TEMT6000

BMP085

DHT11

室外傳感器
這些傳感器將測量室外環境

我期望能夠測量得到室外和室內的一些物理性質。最後，我連接了以下傳感器到 Atmega2560 板上。

室內環境用：

壓力及溫度傳感器 BMP180 × 1 件
溫濕度傳感器 DHT11 × 1 件

室外環境用：

環境光傳感器 TEMT6000 × 1 件
壓力及溫度傳感器 BMP085 × 1 件
溫濕度傳感器 DHT11 × 1 件
紫外線傳感器 GUVA-S12SD × 1 件

您可能會發現我使用了不同的傳感器來測量壓力，是因為我在構建電路時沒有 BMP180 模塊板存貨。如果需要進行精確的測量和合理的比較，我建議您使用相同的傳感器。

步驟 4: 準備數據記錄配件

另外，我希望設備能在不連接電腦的情況下存儲數據，因此添加了帶有實時時鐘的數據記錄模塊。以下是用於數據記錄和電路接駁的配件：

SD 卡
CR1220 鈕扣電池
Arduino 的數據記錄模塊 (請參閱 Adafruit 上之學習文檔)

步驟 5: 準備製作工具

以下是構建電路時，所需的一些工具或設備：

30AWG 繞線筆
焊鐵
焊錫絲 (無鉛)
麵包板
2.54 mm 接頭
連接線
鍍銀線 (30AWG)
熱膠槍
3D 打印 (例如: 保護殼)
Arduino IDE (我們需要用它來對開發板進行編程)

步驟 6: 重置數據記錄模塊上的 DS1307 實時時鐘 (RTC)

如何應用 Arduino 自製室內環境監測器 7 — 安裝 RTClib 後，您可以在 Arduino 菜單上找到一些範例

如何應用 Arduino 自製室內環境監測器 8 — 當 MCU 板連接到 PC 時，添加了這些腳本來更新 RTC

想將這些數據用於科學實驗，這樣正確的時間測量對於數據分析來說就很重要。若在編程中使用 delay() 函數，會在時移中引起測量誤差。然而，我不知道如何只用 Arduino 板進行精確的實時測量。為了避免採樣時間誤差或最小化測量誤差，我期望能夠對每個測量樣本進行時間記錄。幸運的是，數據記錄模塊具有實時時鐘 (RTC)，我們可以使用它來輸出數據的採樣時間。

要使用 RTC，請依照說明重設 RTC。我建議首先使用 Arduino Uno 開發板進行此操作，因為使用 Atmega2560 板時 (I2C 連接不同) 您必須修改電路。設置 RTC 之後，請勿卸下 CR1220 電池。同時，在記錄數據之前，請檢查電池的狀況。

步驟 7: 接駁電路

The block diagram of the connection between major components

因為要分別測量室內和室外環境，所以需要製作兩個接頭，連接兩組不同的傳感器，我利用了數據記錄模塊上的空位來安裝接頭。我同時使用焊接和繞線，以完成電路接駁。繞線乾淨方便，而焊接穩固安全，選擇一種令您感覺舒適的方法來構建電路。如果使用 Atmega2560 板，請確保已將 SDA 和 SCL 引腳的跳線連接，並必須重新連接數據記錄屏蔽模塊上的 RTC 連線。