目次：

• パート1.要件。 鉄の選択。 一般的なスキーム
• パート2.ソフトウェア。 中央ユニット、鉄
• パート3.セントラルユニット、ソフトウェア
• パート4.ウィンドウセンサー
• パート5. MySQL、PHP、WWW、Android

「それでは、すぐに同意しましょう。ハリウッドの映画を作るつもりはありません。 不思議の国でも、すべてのシナリオの5％しか承認されず、1％だけが本番に移行します。したがって、このすべての代わりに、独自のハリウッドを作成します。
エド・ギャスケル「デジタルシネマ、またはハリウッドアットホーム」

まえがき

なんと、Arduinoの別の気象観測所？！ はい、もう1つあります。何かがインターネット上の最後のものではなく、何かを教えてくれます。

すべてのプログラマーがプログラム「Hello World！」を作成する必要があるのと同様に、すべてのarduinoは、単純な気象ステーションまたはあまり気象観測ステーションを構築した経験が必要です。
インターネット上にすでに作成されている気象観測所のかなりの数のプロジェクトが説明されており、読者はそれらのいずれかを選択して実装できます。 私は隠しません、私は慎重に十数のそのようなプロジェクトと関連プロジェクトの束について勉強しました。 したがって、すべてをゼロから作成したとは言えません。もちろん、「巨人の肩の上に立った」のです。

私の計画には、データの保存と表示のためのサードパーティのサービスの使用が含まれていなかったとすぐに言わなければなりません。 最初から最後まで、AからZまで、すべてが内部からどのように機能するかを個人的に感じ、理解したかったのです。

したがって、何もないところからすばやくリベットしたい人にとっては、この一連の記事はおそらく適切ではありません。 組み立て説明書付きの既製のコンストラクターを購入する方が簡単です。 マイクロエレクトロニクスの専門家はここで何もすることはありません。旅の初めに自分を覚えて覚えているかもしれません。
しかし、本当にそれを理解したい人のために、彼らはそれを好きになると思います。 おそらく、教材はトレーニングツールとして有用です。

著者は、モノのインターネットの現代技術の複雑な迷路を案内します。 さらに、彼自身がそうであるので、初心者の目。

このプロジェクトは2016年に実装されましたが、まだ関連があると思います。

テクノロジーセット

シンプルなものと複雑なものを学び、連携します。

• 温度および湿度センサータイプDHT22、DHT11
• 気圧センサータイプBMP180
• WiFiモジュールESP8266
• 2.4 GHz nRF24無線モジュール
• Arduino Pro Miniファミリー、Arduino Mega
• 太陽電池と電池
• C / C ++プログラミング言語
• PHPプログラミング言語
• MySQLデータベース管理システム
• Javaプログラミング言語とAndroidフレームワーク（Adnroidがスマートフォンに天気データを表示するためのアプリケーションを作成する）。

リストされているトピックと卵のいくつかは価値がなく、いくつかは何年も研究することができます。 したがって、このプロジェクトに直接関係する部分のみで複雑なことに触れ、すべてがどのように機能するかを理解できるようにします。

しかし、 私たちは最初からすぐに始めます。 つまり、将来のデバイスの説明と設計から「紙の上」 、最終的に各レンガがその場所に置かれるように。

プロトタイピング

ウィキペディアが正しく伝えているように、 プロトタイピングは作業システムの大まかな実装です。 これは、はい、完全に非効率的でいくつかのエラーがありますが、工業デザインにクラフトを開発するかどうかのアイデアを与えます。 プロトタイププロセスは長くする必要はありません。 プロトタイピングの段階に続いて、システムの分析とその改良が行われます。

しかし、これは労働者がフルタイムで雇用されている業界です。

夕方に「モノのインターネット」のためにペットプロジェクトクラフトをリベットする人は誰でも、彼がプロトタイプ、半完成品を作成することを知っている必要があります。 彼は通常の工業製品のレベルからはほど遠い。 したがって、 私たちはアマチュアの工芸品に責任ある生命維持計画を委ねてはならず 、彼らが私たちを失望させないことを願っています。

産業用製品は産業用要素ベースで構築され、その後、ベストセラーになる前に、デバッグ、テスト、およびメンテナンスを含むさらに多くの段階を経ます。

したがって、このような重力の代わりに、独自のおもちゃを作成しますが、単純なおもちゃは作成しません。 技術的な創造性の要素、プログラミングの始まり、および他の多くの関連するものの（作成の過程での）知識。

もちろん、電子技術者はプログラミングの段階で苦労し、プログラマーは回路に汗をかかなければなりませんが、著者は可能な限りすべてを説明し、特定のソリューションが使用された理由を明確に説明しようとします。

必要条件

通常、このステップはスキップされます。 今すぐそのようなことをすることを決めてから、プロジェクト全体を行き止まりにするか、耐えられないほどにする細かい詳細が明らかになります。 ウィッシュリストはすべて記録する必要があります。これにはGoogleディスクを使用します。これはPCとモバイルデバイスから利用できます。

だから、私たちの気象観測所は：

• 外の温度と湿度を測定する
• 家の温度と湿度を測定する
• 大気圧を測定する
• 指定された値をディスプレイに表示します
• インターネット上のサーバーにデータを転送します。データはデータベースに保存され、Webページに表示されるか、モバイルアプリケーションで使用されます。

使用されるセンサーは最もシンプルで安価です。 たとえば、先を見据えて、DHT22は温度を非常に正確に測定しますが、湿度があると少し不正確になります。 しかし、繰り返しますが、私たちにはプロトタイプがあり、5％の湿度の広がりが私たちの生活の中で重要なものに影響を与えないため、それは重要ではありません。

システムアーキテクチャ、ハードウェア、およびソフトウェアは、新しいセンサーと新しい機能を追加するためのシステム拡張性をさらに高める必要があります。

鉄 コンポーネントの選択

これは最も重要な部分であり、はんだ付けやプログラミングではありません。 システムの要件を決定した後、何を実装するかを正確に判断して決定する必要があります。

ここに微妙な違いがあります。 コンポーネントの機能を十分に理解するために選択するためには、テクノロジー自体を知る必要があります。 つまり、言い換えれば、初心者の電子技術者やプログラマーから遠く離れていることが必要です。 それでは、可能性のあるデバイスの全範囲を研究するために数年を費やすために今何をしますか？

悪循環？ しかし、それらを破壊する悪循環が存在します。

抜け道があります。 他の人のプロジェクトを取り、繰り返すことができます。 私は気象観測所の既存のプロジェクトを研究し、一歩前進したことを願っています。

だから。 気象観測所のアーキテクチャはArduinoに基づいています。 Arduinoのエントリのしきい値は小さいため、すでに対処しました。 さらに選択する方が簡単です。

気象ステーションには、リモートの無線センサーと中央モジュールが含まれることがすぐに明らかになりました。

中央のメインユニットは屋内に配置されます。 初期段階でこれを決定することが重要です。これから、動作温度や電力の「ダンス」などの重要な特性を決定します。

リモートセンサー（「センサー」）には「頭脳」がなく、そのタスクは定期的にデータを測定して中央のホームユニットに送信することです。 中央ユニットは、すべてのセンサーからデータを受信し、画面に表示して、インターネット上のデータベースに送信します。 データがデータベースに格納されるとすぐに、グラフィックを描画することもできます。

外の世界との関係については、インターネットは間違いなくWiFiモジュールESP8266によって選択されており、代替手段はほとんどありませんでした（おおよそ今、そのような代替手段が登場しているかもしれません）。 イーサネット拡張カードはArduino用に製造されましたが、ケーブルにまったく接続したくありませんでした。

興味深い質問は、ウィンドウ化されたセンサー（またはセンサー、システム拡張性の要件を覚えていますか？）とセンターの間に接続を提供する方法でした。 433 MHzのビーコンは明らかに適切ではありません（これらはすべてに適していません）。

ESP8266を再度利用しますか？

この決定の短所：

• 家庭外では持続可能なWiFiが必要です

  
  

• 通信範囲は長くなりません

  
  

• インターネットがダウンした場合、リモートセンサーは表示されなくなります。

  
  

• より大きな電力消費。

  
  

• 消費電力ESP8266：

  
  

• 120-170 mAを送信する場合

  
  

• 50-56 mAを使用する場合

  
  

• ディープスリープ時10μA（μA）

  
  

• 5 µA（µA）オフ。

  
  

最終的に、リモートセンサーをメインホームユニットに接続するために、2.4 GHzトランスミッターとレシーバーを1本のボトルに入れ、外部アンテナを追加したnRF24L01 +チップが選択され、壁を確実に「突破」しました。

消費電力nRF24L01 + 2.4 GHz：

• 11 mAを受け取ったとき
• 2Mbps-13 mAで送信する場合
• スタンバイIモード-26μA（μA）
• オフ状態900 nA（nA）。

ESP8266に関しては、nRF24L01 +の場合、動作温度範囲は-40℃〜+ 80℃が適しています。

nRF24L01 +を約1ドルで購入できます。または、外部アンテナを使用して3ドルですぐに購入できます。 ESP8266-01は約4ドルで購入できます。 製品の説明を注意深く読んでください！ それ以外の場合は、アンテナを1つ購入します。

システムの中核が迫ってきました。 センサー自体に目を向けます。

ご存知の通り、路上では温度が負の値に達する可能性があるため、DHT11センサーは適切ではありませんが、DHT22は適切です。

DHT22 / AM2302の機能：

• 3.3 V〜5 Vの電源、5 Vを推奨
• 測定時およびデータ転送時の最大消費量2.5mA
• 湿度測定範囲0〜100％、精度2〜5％
• -40〜+ 125°Cの温度測定範囲、±0.5°Cの精度
• 0.5秒以下の測定要求-2秒ごとに1回。

家の中では、負の温度が出ないことを願っていますので、DHT11を使用できます。特にすでに持っているので。

DHT11の機能：

• 3.3 V〜5 Vの電源
• 最大消費量2.5 mA、測定時およびデータ転送時
• 湿度測定範囲20〜80％、精度5％
• ±2°Cの精度で0〜+ 50°Cの温度測定範囲
• 測定要求は1 Hz以下-1秒に1回です。

約3ドルでDHT22を購入します。 DHT11は安価です-1ドルですが、精度は低くなります。

さて、Arduinoに戻りましょう。 どのボードを選択しますか？

Arduino UNOでシステムの個々の部分をテストしました。 つまり ESPモジュールをUnoに接続して調査し、接続を解除してから、nRF24などを接続しました。 海外のセンサーの最終的な実装のために、彼はArduino Pro MiniをミニチュアのUnoに最も近いものとして選択しました。

消費電力の点では、Arduino Pro Miniも見栄えが良いです。

• USB-TTLコンバーターはありません。それ自体は多くの「食」をします。
• LEDは10k抵抗を介して接続されます。

高度な省エネのために、それが計画されました：

• LEDを取り外します-Arduino Pro Miniの電源インジケータ（後悔しましたが、ボードを台無しにしませんでした）
• Atmel ATmega328マイクロプロセッサのベアアセンブリを使用する（使用しない）
• 低電力ライブラリまたはJeeLibを使用します 。

ライブラリから低電力ライブラリを選択しました。これはシンプルで、必要なものだけが含まれています。

中央ユニットには、多数の周辺機器を接続することが計画されていたため、Arduino Megaボードが選択されました。 さらに、UNOと完全に互換性があり、より多くのメモリがあります。 今後、この選択は完全に正当化されたと言えます。

Arduino Megaは約8ドルで購入できます。

電力と電力消費

次に、電力と電力消費について説明します。

Arduino Pro Miniには2つの形式があります。

• 5V電源および16MHz周波数
• 3.3Vの供給電圧と8MHzの周波数。

nRF24L01 +無線モジュールは電力に3.3 Vを必要とし、ここではパフォーマンスは重要ではないため、8MHzおよび3.3VでArduino Pro Miniを購入してください。

同時に、Arduino Pro Miniの電圧範囲は次のとおりです。

• 3.3 Vモデルの場合は3.35-12 V
• 5 Vの場合は5-12 V

5V Arduino Pro Miniをすでに持っていたので、それを使用しました。 Arduino Pro Miniは約4ドルで購入できます。

中央ユニットは、12 V、450 mA、5 Wの出力を提供する小さな電源ユニットを介して220 Vネットワークから給電されます。 5ドルでこのように。 5Vにはまだ別の出力があります。

これで十分でない場合は、配信するのにより強力になる可能性があります。 つまり、中央ユニットの電力を節約することはあまり意味がありません。 しかし、リモートワイヤレスセンサーの場合、省エネが最も重要な部分です。 しかし、機能を失いたくもないでしょう。

そのため、Arduino Pro MiniとnRF24無線モジュールは、4個のNi-Mhバッテリーで駆動されます。

最新のバッテリーの最大容量は約2500〜2700mAhであり、それ以上はマーケティングの秘trick（Ansmann 2850）または不正行為（UltraFire 3500）のいずれかであることに注意してください。

いくつかの理由でリチウムイオン電池を使用していません。

• とても高い
• 周囲温度が0°Cを下回ると、リチウムイオン電池の容量は40〜50％に減少します
• 安価なものは保護なしで作られており、安全ではありません（短絡または放電中に爆発および燃焼する可能性があります。YouTubeで多数のビデオを参照してください）
• 使用しなくても（すべての化学元素について言えることですが）古くなり、2年後、リチウムイオンバッテリーは容量の約20％を失います。

プロトタイプの場合、高品質のニッケル水素単3または単4電池で十分に対応できます。 さらに、大電流は必要ありません。 Ni-MHバッテリーの唯一のマイナスは、長い充電です。

気象観測所の一般的なスキーム

まとめると。 以下は、すべてがどのように機能するかの一般的な概要です。

継続する。