Arduino: DIY - Meteo Station (2)

U prošlom broju smo predstavili meteorološku stanicu koju ćemo praviti. Naveli smo šta će nam sve biti potrebno i šta želimo da dobijemo kao finalni proizvod. Sada je na redu povezivanje senzora i modula sa Arduinom i napajanjem, kao i po koji zahvat na samoj dozni/kućištu. Povezivanje smo izdelili na par fritzing šema, radi preglednosti, koje spojene daju jednu celinu.

Trust me I’m an engineer

Mega, naravno, ne može sve ove senzore da napoji strujom, pogotovo što tu ima nekoliko baš nezajažljivih potrošača, tako da je moralo da se ugradi nezavisno napajanje (što bi i trebalo da se radi kod svih stand alone projekata). Horozovo napajanje naizmeničnu struju na 220 volti pretvara u jednosmernu na 12 volti i tri ampera, što je sasvim dovoljno za našu stanicu. Mega će se napajati preko DC priključka, a znamo da je za eksterno napajanje potreban napon između 7 i 12 volti. Radi blage predostrožnosti i eventualnih naponskih skokova, a napajanje je na gornjoj granici prihvatljivog za Megu, malo smo „zavili” izlazni napon na napajanju preko potenciometra odmah do izlaza na nekih 11 volti. Osim toga, napravili smo naponsku sekciju za pet volti i 3,3 volta (plus GND linija), koja će napajati naše senzore. Za step-down izlaznog napona napajanja na pet volti upotrebili smo LM2596 modul, koji je vrlo jeftin (0,7 dolara), na kojem preko potenciometra možemo da biramo izlazni napon. Mi smo ga postavili na pet volti, a plus mu je i to što prema specifikaciji ima maksimalni izlaz od tri ampera, to jest, nije „zagušio” struju. Za napon od 3,3 volta nismo upotrebili nijedan modul, već smo napravili naponski regulator uz pomoć AMS1117 i par kondenzatora (100uF 16V i 10uF 20V), a dodali smo i jednu plavu LE diodu uz otpornik od 220 oma. Ovakva konfiguracija je, prema specifikaciji u stanju da obezbedi stabilan napon od 3,3 volta do 800 miliampera opterećenja, a maksimalno jedan amper uz dropout napona. Linije oba napona i GND rasporedili smo preko dvoredih muških hedera zalemljenih na PCB. Ovo je vrlo praktično rešenje za razvođenje instalacije i lako se mogu ispratiti žice, a isto tako se žice lako povezuju.

U donjem levom delu smo smestili Megu i pričvrstili je tri-milimetarskim šrafovima. Radi lakšeg povezivanja upotrebili smo Screw Shield. Ovaj šild je uprošćena varijanta Proto šilda, o kome smo već pisali (SK 10/2017). Razlika je u tome što Screw Shield osim ženskih hedera ima i terminale gde šrafovima pričvršćujemo žice. Šild nije neophodan, ali ukoliko se koristi hook-up žica (22AWG), onda je neophodno krimpovati muške dupont konektore, a to je posao za one sa boljim vidom. Odmah povezujemo GND Mege sa GND linijom naponske sekcije da bismo zatvorili strujne krugove naših senzora. Kod eksternih napajanja najveća greška se pravi usled nezatvorenog strujnog kruga.

Fasten your seatbelts!

Prvi na redu za povezivanje je MQ135 modul, koji meri koncentraciju gasova (amonijak, azotni oksidi, alkohol, benzen, dim, ugljen-dioksid) u ppm-ima (parts per million). Na sajtu CO2.Earth možemo videti srednje vrednosti koncentracije koje meri opservatorija Mauna Loa na Havajima i možemo da vidimo kako polako, ali sigurno, sve više i više zagađujemo ovu našu lepu plavu planetu. Kao i cela serija MQ senzora, i ovaj modul funkcioniše tako što prikuplja vrednosti koje dobija preko tankih osetljivih slojeva koji prethodno treba da se zagreju. U tu svrhu prilikom zagrevanja senzor vuče dosta struje, do 800 miliampera, tako da nije preporučljivo napajati ga direktno sa Arduina. Modul ima četiri pina (A0, D0, GND i VCC) i može da radi na naponima od 2,5 do pet volti. Mi smo ga povezali na našu odvojenu naponsku sekciju (5V i GND), a A0 smo povezali sa Megom na A0 analogni pin. D0 ostaje nepovezan. Sam modul smo postavili sa donje strane kućišta na već postojeći otvor.

Sledeći na redu je MQ2 koji ima isti dizajn i način funkcionisanja kao i MQ135, samim tim je isto tako veliki potrošač. Njegove ploče su osetljive na LPG, propan i hidrogen, mada se može koristiti i za otkrivanje metana i dima. Način povezivanja je isti kao i kod MQ135, s tim da A0 modula povezujemo na A1 Arduina. Zajedničko za oba modula je da zagrevanje do preciznih očitavanja traje i do 24 časa. Tek nakon toga možemo reći da su očitavanja ispravna. Takođe, D0 (digitalni output) daje samo stanje logičke 0 i 1, to jest, detektuje da li ima gasova ili nema, a osetljivost se podešava preko potenciometra. Ukoliko se pravi uređaj koji treba da alarmira prisustvo određenih gasova, D0 je pin koji treba da uzmemo u razmatranje.

Kišni senzor dolazi u obliku pločice 40 x 50 milimetara, koju smo postavili sa gornje strane kućišta. Uz senzor se dobija i prateći modul, a povezuju se sa dve žice. Ako se dobiju negativne vrednosti, potrebno je samo žicama zameniti mesta. Modul ima četiri pina, gde pored naponskih (VCC i GND) imamo analogni output (A0) i switch signal output (D0). Modul povezujemo na 5V naponsku sekciju, a A0 na analogni pin A2. D0 pin se može koristiti kao i oni na MQ modulima za stanje logičke 0 i 1, gde ćemo, recimo, sa prvim kapima kiše preko releja spustiti roletne. Spada u štedljive potrošače pošto troši samo 15 miliampera.

Prelazimo na merenja temperature, a prvi u nizu je NTC u formi vodonepropusne sonde. O NTC-u smo već pisali pre nekoliko brojeva (SK 9/2017) i znamo da nam za očitavanje temperature treba otpornik, shodno datasheetu. Ovaj naš je, standardno, deset kilooma (103), pa smo uzeli otpornik sa istom vrednošću (10k). Postavili smo ga tako da sonda „viri” iz kućišta sa leve strane i propisno ga zalili da ne bi ulazila voda. Njega na Megu povezujemo preko analognog pina A3.

Sledeći na redu je dobro poznati DHT22 o kojem smo pisali (SK 4/2017), ali ovaj put u formi senzora, to jest, potreban nam je otpornik od 10k koji ćemo postaviti između 5V pina i data pina. Njega smo postavili na suprotnu stranu od NTC-a sa nekoliko sitnih otvora na kućištu da bi senzor mogao ispravno da registruje temperaturu i relativnu vlažnost vazduha. Data pin ide na digitalni pin 2.

Kada smo pisali o meteorološkim merenjima, nismo se dotakli Dallas DS18b20 senzora, koji dolazi u više varijanti, a mi smo ovaj put uzeli vodonepropusnu sondu. Dalas dolazi sa tri izvoda, gde je crveni VCC, crni GND, a žuti je DATA. Sonda može da radi na naponima od tri do pet volti i da meri temperature u rasponu od -55° do +125° celzijusa sa podesivom rezolucijom. Senzor koristi one-wire komunikaciju i može se povezati klasično (tri žice) ili kao „parazit” (dve žice), ali u svakom slučaju nam treba 4,7k otpornik.

Povezujemo sondu na petovoltnu naponsku sekciju, dok DATA žica ide na digitalni pin 3. Sondu provlačimo kroz pripremljenu plastičnu cev, daleko od kućišta, a žice provlačimo uz već provučen kanap. Prosto je nemoguće kroz vodovodnu cev (pola cola, 22 milimetra) i fitinge bez unapred pripremljenog kanapa provući bilo šta. Cev može biti i kanalizaciona (recimo 32) i tada nema potrebe za varenjem, a spojevi mogu da se rastave.

Dok smo za temperaturu iskoristili screw šild da na njega zalemimo BMP280 modul, o kome smo isto tako pisali, modul sa oznakom GY-BM E/P280 se može povezati putem SPI i I2C interfejsa, a mi smo se odlučili za ovaj drugi. Prilikom povezivanja smo imali problem sa I2C adresom kada smo ga povezali na naponsku sekciju, tako da smo ga ostavili da se napaja preko 3,3-voltnog izlaza na Megi. SCL i SDA pinovi idu na digitalne 20 i 21 pinove. Modul će meriti temperaturu unutar kućišta, ali i vazdušni pritisak, a preko njega i nadmorsku visinu. Naravno, može se postaviti na neko drugo mesto uza zid kućišta.

Poslednji u nizu modula je GY ML8511 koji meri koncentraciju ultraljubičastog zračenja. Modul ima pet pinova, od kojih naponske GND i 3,3 volta povezujemo na odgovarajuću naponsku sekciju. OUT i EN povezujemo na analogne A4 i A5 pinove Mege. VIN pin ne koristimo. Modul smo postavili u gornjoj zoni kućišta i napravili smo mu svojevrstan prozor od pleksiglasa da može da očitava UV vrednosti, ali i da voda ne može prodreti unutra. Modul je u stanju da kroz kalkulacije izmeri UV index preko UV intenziteta (u milivatima po centimetru kvadratnom).

Šta dalje?

U ovom broju smo spakovali našu meteorološku stanicu. Nedostaju anemometar (merač brzine vetra) i merač smera duvanja vetra. Najjeftiniji je nedovoljno jeftin, ali to ne znači da ga nećemo dodati nekom prilikom. Na PVC cevi smo ostavili mesta za njega, a tu je i provučen kanap za kabl. U sledećem broju ćemo se pozabaviti skečom i nekim varijacijama na temu.

Dejan PETROVIĆ