如何應用 Arduino 自製室內環境監測器 2

如何應用 Arduino 自製室內環境監測器

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如何應用 Arduino 自製室內環境監測器 3
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I do engineering design for machines and electronics but do love science, art and history.

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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

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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。

  1. 環境光傳感器 TEMT6000 (Datasheet PDF)
  2. 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。
  3. 溫濕度傳感器 DHT11 (請參閱Adafruit上的學習文件)
  4. 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

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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

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DHT11
BMP180

室內傳感器
這兩個傳感器將測量房間的溫度和濕度

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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：

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

室外環境用：

  1. 環境光傳感器 TEMT6000 × 1 件
  2. 壓力及溫度傳感器 BMP085 × 1 件
  3. 溫濕度傳感器 DHT11 × 1 件
  4. 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：

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)

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安裝RTClib後，您可以在Arduino菜單上找到一些範例
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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
Indoor measurement
Outdoor measurement

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。

Header connections

我在傳感器模塊上焊接了插頭，然後繞線將所有傳感器連接到插頭，以接駁傳感器。在使用傳感器模塊時，建議您仔細檢查工作電壓。某些傳感器模塊接受5V和3.3V輸入，但某些傳感器模塊只能使用5V或3.3V的其中之一。

步驟 8: Programming the MCU

幸運的是，我可以找到所有傳感器的應用示例。如果您第一次使用它們，需要在網上下載，也可以使用Arduino IDE中的程式庫管理器進行安裝。

我將每個樣本都編程為系統輸出一個字符串，該字符串會被輸出並存儲在已安裝的SD卡中。如果需要查看數據，請關閉設備，然後卸載SD卡。然後，您可以將SD卡安裝到讀卡器上，搜索存儲為CSV檔案的文件。將數據文件下載至電腦之後，可以利用文本程序或工作表程序進行查看。

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源代碼

customObservatoryAtmega2560.ino

下載

步驟 9: 測試並使用它！

您一定要了解數據的含義，這一點很重要。而採樣頻率是重要的參數之一，當前的測量時間間隔是1分鐘，您可能需要更改它。

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因為我已經進行了時間調整，所以延遲(delay)不是60000。

此外，您會發現 DHT11 的溫度測量值不准確。 如果需要更精確的值，則可以使用BMP壓力傳感器的溫度讀數。

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DHT11的溫度讀數不准確。 如果需要更精確的讀數，可以使用BMP085 / BMP180的溫度讀數

感謝您閱讀本文！

英文版原文初次發佈於 www.instructables.com (2017年7月25日)

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