Đài quan sát trong nhà đơn giản: 9 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Dự án này sẽ hướng dẫn bạn cách tạo một đài quan sát đơn giản với một số cảm biến hiện có và dễ mua. Thật vậy, tôi đã xây dựng cái này cho một trong những học sinh của mình. Học sinh muốn tìm hiểu ánh sáng mặt trời ảnh hưởng như thế nào đến nhiệt độ và độ ẩm trong phòng. Các đại lượng vật lý quan tâm trong dự án này là (1) cường độ ánh sáng, (2) độ ẩm, (3) nhiệt độ và (4) áp suất không khí. Với những thông tin đó, bạn sẽ có thể tạo ra các hệ thống hoặc thiết bị khác để điều khiển máy điều hòa không khí, máy tạo độ ẩm hoặc máy sưởi để tạo ra một môi trường phòng thoải mái.

Bước 1: Chuẩn bị cảm biến

Bạn có thể xây dựng mạch với các cảm biến sau hoặc chỉ cần mua bảng mô-đun của các cảm biến hoặc bảng mô-đun đó.

1. Cảm biến ánh sáng xung quanh TEMT6000 (Datasheet PDF)

2. Áp suất và nhiệt độ BMP085 hoặc BMP180 (* chúng là sản phẩm cũ, bạn có thể cần tìm các sản phẩm thay thế khác) (tài liệu học tập từ Adafruit)

3. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 (tài liệu học tập từ Adafruit)

4. Cảm biến ánh sáng UV GUVA-S12SD (Datasheet PDF)

Đối với việc sử dụng các cảm biến, tôi đã đính kèm một số liên kết tham khảo. Bạn có thể tìm thấy một số hướng dẫn và tài liệu tham khảo hữu ích trên internet.

Bước 2: Chuẩn bị bộ xử lý chính

Tôi đã chọn bảng Arduino Uno để kiểm tra hệ thống và mã hóa. Tuy nhiên, tôi thấy rằng atmega328P không đủ bộ nhớ để lưu trữ và chạy mã nếu thêm nhiều cảm biến hơn. Vì vậy, tôi khuyên bạn có thể sử dụng bo mạch Arduino atmega2560 khi bạn cần nhiều hơn 4 cảm biến.

Bộ điều khiển vi mô (MCU):

· Bo mạch Atmega328P cho Arduino

· Hoặc bảng Atmega2560 cho Arduino

Bước 3: Chuẩn bị hệ thống

Tôi muốn đo một số đặc điểm vật lý ở ngoài trời và trong nhà. Cuối cùng, tôi đã kết nối các cảm biến sau với bảng Atmega2560.

Môi trường trong nhà:

1. Áp suất và nhiệt độ BMP180 x 1 chiếc

2. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 x 1 chiếc

Môi trường ngoài trời:

1. Cảm biến ánh sáng xung quanh TEMT6000 x 1 chiếc

2. Áp suất và nhiệt độ BMP085 x 1 chiếc

3. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 x 1 chiếc

4. Cảm biến ánh sáng UV GUVA-S12SD x 1 chiếc

Bạn có thể thấy rằng tôi đã sử dụng các cảm biến khác nhau để đo áp suất. Đó chỉ là vì tôi không có bảng mô-đun BMP180 khi tôi đang xây dựng mạch. Tôi khuyên bạn nên sử dụng cùng một loại cảm biến nếu bạn cần đo lường chính xác và so sánh công bằng.

Bước 4: Chuẩn bị ghi dữ liệu

Ngoài ra, tôi muốn thiết bị lưu trữ dữ liệu mà không cần kết nối với máy tính. Tôi đã thêm một mô-đun ghi dữ liệu với đồng hồ thời gian thực. Sau đây là các mục để ghi dữ liệu và kết nối dây.

· Thẻ SD

· Pin đồng xu CR1220

· Mô-đun ghi dữ liệu cho Arduino (tài liệu học tập từ Adafruit)

Bước 5: Chuẩn bị công cụ

Sau đây là một số công cụ hoặc thiết bị cần thiết để xây dựng mạch.

• Công cụ gói 30AWG
• Hàn sắt
• Dây hàn (Không có dây dẫn)
• Breadboard
• Tiêu đề 2,54 mm
• Dây nhảy
• Dây quấn (30AWG)
• Keo nóng
• In 3D (Nếu bạn cần vỏ cho thiết bị của mình)
• Arduino IDE (Chúng tôi cần cái này để lập trình bảng điều khiển Micro)

Bước 6: Đặt lại Đồng hồ thời gian thực (RTC) DS1307 trên Mô-đun ghi dữ liệu

Tôi muốn sử dụng dữ liệu cho thí nghiệm khoa học. Do đó, thời gian đo chính xác là rất quan trọng để phân tích dữ liệu. Sử dụng hàm delay () trong lập trình sẽ gây ra lỗi đo trong dịch chuyển thời gian. Ngược lại, tôi không biết cách đo thời gian thực chính xác chỉ trên nền tảng Arduino. Để tránh sai số thời gian lấy mẫu hoặc giảm thiểu sai số đo, tôi muốn lấy mỗi mẫu đo với một bản ghi thời gian. May mắn thay, mô-đun ghi dữ liệu có đồng hồ thời gian thực (RTC). Chúng ta có thể sử dụng nó để xuất ra thời gian lấy mẫu dữ liệu.

Để sử dụng RTC, tôi làm theo hướng dẫn (liên kết) để đặt lại RTC. Tôi khuyên bạn nên làm điều này trước tiên với bảng Arduino Uno. Đó là bởi vì bạn phải sửa đổi mạch khi bo mạch Atmega2560 được sử dụng (kết nối I2C là khác nhau). Sau khi bạn đã đặt RTC, bạn không nên tháo pin cr1220. Trong khi đó, hãy kiểm tra tình trạng của pin trước khi ghi dữ liệu.

Bước 7: Kết nối

Tôi đã tách phép đo trong nhà và ngoài trời. Vì vậy, tôi đã tạo hai tiêu đề để kết nối hai nhóm cảm biến khác nhau. Tôi đã sử dụng không gian trống trên mô-đun ghi dữ liệu để gắn các tiêu đề. Để hoàn thành kết nối mạch, tôi sử dụng cả hàn và quấn. Quá trình quấn sạch sẽ và tiện dụng, trong khi mối hàn chắc chắn và chắc chắn. Bạn có thể chọn một phương pháp thoải mái để xây dựng mạch. Nếu bạn đang sử dụng bo mạch Atmega2560, hãy đảm bảo rằng bạn đã xây dựng kết nối nhảy cho các chân SDA và SCL. Kết nối của RTC trên lá chắn ghi dữ liệu phải được kết nối lại.

Để kết nối các cảm biến, tôi hàn các tiêu đề trên các mô-đun cảm biến và sau đó tôi sử dụng dây quấn để liên kết tất cả các cảm biến với các tiêu đề. Khi bạn đang sử dụng các mô-đun cảm biến đã thoát, tôi khuyên bạn nên kiểm tra điện áp hoạt động một cách cẩn thận. Một số mô-đun cảm biến chấp nhận cả đầu vào 5V và 3.3 V nhưng một số bị hạn chế chỉ sử dụng 5V hoặc 3.3V. Bảng sau đây cho thấy các mô-đun cảm biến đã sử dụng và điện áp hoạt động.

Bàn. Mô-đun cảm biến và điện áp hoạt động

Bước 8: Lập trình MCU

May mắn thay, tôi có thể tìm thấy các ví dụ ứng dụng cho tất cả các cảm biến. Nếu bạn chưa quen sử dụng chúng, bạn có thể tải chúng xuống trên internet hoặc bạn có thể cài đặt chúng bằng cách sử dụng trình quản lý thư viện trong Arduino IDE.

Tôi đã lập trình hệ thống xuất ra một chuỗi cho mỗi mẫu. Chuỗi sẽ được xuất và lưu trữ trong thẻ SD được gắn. Nếu bạn cần xem dữ liệu, hãy tắt thiết bị, sau đó ngắt kết nối thẻ SD. Sau đó, bạn có thể gắn thẻ SD vào đầu đọc thẻ. Tệp sẽ được lưu trữ dưới dạng tệp csv. Sau khi tải tệp dữ liệu xuống máy tính, bạn có thể xem tệp đó bằng chương trình văn bản hoặc chương trình trang tính.

(Bạn có thể tải xuống mã nguồn trong tệp đính kèm.)

Bước 9: Kiểm tra nó và sử dụng nó

Điều quan trọng là bạn phải hiểu ý nghĩa của dữ liệu. Tần suất lấy mẫu là một trong những thông số quan trọng. Khoảng thời gian đo hiện tại là 1 phút, bạn có thể cần phải thay đổi nó.

Ngoài ra, bạn sẽ thấy thước đo nhiệt độ của DHT11 không chính xác. Nếu bạn cần một giá trị chính xác hơn, bạn chỉ có thể sử dụng cách đọc nhiệt độ của cảm biến áp suất BMP.

Cảm ơn vì đã đọc cái này!