"Умные часы"

25.01.2020 / 12:24 от Metalismatic

Прочее arduino, датчики

Сегодня сказ пойдет о бесполезнейшей поделке - о часах и работе с датчиками, в общем о том, как я лепил велосипед и сделал часы. Данные часы работают на базе ардуино. Они измеряют температуру(погрешность 1-2 градуса), влажность и проверяют воздух на наличие углекислого газа(что лично для меня немаловажно). Да, с одной стороны вы можете смело кидаться помидорками и кричать с пеной у рта, что глупо и бесполезно, но не торопитесь. Ведь по факту мы рассмотрим относительно примитивную систему умного дома(если чуть-чуть допилить).

Компоненты
Ну, давайте по порядку, из чего же точно состоят наши часы? Вот примерный список стоимости необходимых компонентов:
arduino(подойдет абсолютно любая) - 200 рублей
12864 v2(дисплей) - 500 рублей
aht10 - 100 рублей
mq135 - 100 рублей
динамик - 5 рублей
Датчик напряжения 0-25В - 20 рублей
повышающий преобразователь напряжения - 40р
модуль часов реального времени - 130 рублей
2 аккумулятора 18560(1200мА/ч каждая батарейка) с платой зарядки tp4056 - 200 рублей
тактовая кнопка - 15 рублей

Подготовка к сборке
aht10, модуль часов - подключаются через I2C. Для того, чтобы подключить 2 или более датчика на один разъем нам нужен хаб/макетка, ну и конечно знать адреса наших модулей(в случае использования других датчиков не из моей статьи). Для этого подключаем наши модули и запускаем скетч:

[копировать] [скачать]
#include <Wire.h>
 
void setup() {
    Wire.begin();
 
    Serial.begin(9600);
    while (!Serial);
    Serial.println("\nI2C Scanner");
} 
 
void loop(){
    byte error, address;
    int nDevices;
 
    Serial.println("Scanning...");
 
    nDevices = 0;
    for(address = 8; address < 127; address++ ){
        Wire.beginTransmission(address);
        error = Wire.endTransmission();
 
        if (error == 0) {
            Serial.print("I2C device found at address 0x");
            if (address<16)
                Serial.print("0");
            Serial.print(address,HEX);
            Serial.println(" !");
 
            nDevices++;
        }
        else if (error==4) {
            Serial.print("Unknow error at address 0x");
            if (address<16)
                Serial.print("0");
            Serial.println(address,HEX);
        } 
    }
    if (nDevices == 0)
        Serial.println("No I2C devices found\n");
    else
        Serial.println("done\n");
 
    delay(5000);
}

Далее переходим к нашему замечательному дисплею, единственному в своем роде для ардуинки(больше и удобнее дисплея вам нигде не сыскать). Припаеваем проводки по схеме:

Далее берем датчик газа MQ135 и оставляем его на сутки:

[копировать] [скачать]
// библиотека для работы с датчиками MQ (Troyka-модуль)
#include <TroykaMQ.h>
 
// имя для пина, к которому подключен датчик
#define PIN_MQ135         A0
// имя для пина, к которому подключен нагреватель датчика
#define PIN_MQ135_HEATER  11
 
// создаём объект для работы с датчиком
// и передаём ему номер пина выходного сигнала и нагревателя
MQ135 mq135(PIN_MQ135);
 
void setup() {
  // открываем последовательный порт
  Serial.begin(9600);
  // включаем нагреватель
  mq135.heaterPwrHigh();
  Serial.println("Heated sensor");
}
 
void loop()
{
  // если прошёл интервал нагрева датчика
  // и калибровка не была совершена
  if (!mq135.isCalibrated() && mq135.heatingCompleted()) {
    // выполняем калибровку датчика на чистом воздухе
    mq135.calibrate();
    // если известно сопротивление датчика на чистом воздухе 
    // можно его указать вручную, допустим 160
    // mq135.calibrate(160);
    // выводим сопротивление датчика в чистом воздухе (Ro) в serial-порт
    Serial.print("Ro = ");
    Serial.println(mq135.getRo());
  }
  // если прошёл интевал нагрева датчика
  // и калибровка была совершена
  if (mq135.isCalibrated() && mq135.heatingCompleted()) {
    // выводим отношения текущего сопротивление датчика
    // к сопротивлению датчика в чистом воздухе (Rs/Ro)
    Serial.print("Ratio: ");
    Serial.print(mq135.readRatio());
    // выводим значения газов в ppm
    Serial.print("\tCO2: ");
    Serial.print(mq135.readCO2());
    Serial.println(" ppm");
    delay(100);
  }
}

Советую собрать вот такой тестовый агрегат для калибровки:

После чего нам необходимо будет замерить воздух на улице и вписать полученное значение в скетч. Предельно допустимые значения воздуха в помещении до 1100 ppm, с этого значения и выше - начинает болеть голова.

Ну и как же без красочной 8 битной музыки на оповещении о превышении углекислого газа? Для этого советую воспользоваться сервисом по конвертированию midi файлов в код:
https://extramaster.net/tools/midiToArduino/

В моем примере ее не будет, но вы запросто можете добавить ее в свой проект

Часы настраиваем с помощью скетча:

[копировать] [скачать]
#include <Wire.h>
#include <TimeLib.h>
#include <DS1307RTC.h>
 
const char *monthName[12] = {
  "Jan", "Feb", "Mar", "Apr", "May", "Jun",
  "Jul", "Aug", "Sep", "Oct", "Nov", "Dec"
};
 
tmElements_t tm;
 
void setup() {
  bool parse=false;
  bool config=false;
 
  // get the date and time the compiler was run
  if (getDate(__DATE__) && getTime(__TIME__)) {
    parse = true;
    // and configure the RTC with this info
    if (RTC.write(tm)) {
      config = true;
    }
  }
 
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) ; // wait for Arduino Serial Monitor
  delay(200);
  if (parse && config) {
    Serial.print("DS1307 configured Time=");
    Serial.print(__TIME__);
    Serial.print(", Date=");
    Serial.println(__DATE__);
  } else if (parse) {
    Serial.println("DS1307 Communication Error :-{");
    Serial.println("Please check your circuitry");
  } else {
    Serial.print("Could not parse info from the compiler, Time=\"");
    Serial.print(__TIME__);
    Serial.print("\", Date=\"");
    Serial.print(__DATE__);
    Serial.println("\"");
  }
}
 
void loop() {
}
 
bool getTime(const char *str)
{
  int Hour, Min, Sec;
 
  if (sscanf(str, "%d:%d:%d", &Hour, &Min, &Sec) != 3) return false;
  tm.Hour = Hour;
  tm.Minute = Min;
  tm.Second = Sec;
  return true;
}
 
bool getDate(const char *str)
{
  char Month[12];
  int Day, Year;
  uint8_t monthIndex;
 
  if (sscanf(str, "%s %d %d", Month, &Day, &Year) != 3) return false;
  for (monthIndex = 0; monthIndex < 12; monthIndex++) {
    if (strcmp(Month, monthName[monthIndex]) == 0) break;
  }
  if (monthIndex >= 12) return false;
  tm.Day = Day;
  tm.Month = monthIndex + 1;
  tm.Year = CalendarYrToTm(Year);
  return true;
}

Сборка
Собираем вот такой модуль питания состоящий из 18650, платы tp4056 и преобразователя напряжения(при сборке по моей схеме, выходное напряжение получается в районе 3,6В, что мало для нашей системы, поэтому мы повысим его до 12В и подадим напрямую в ардуино, на вход VIN

)

В целом в сборке нет ничего сложного, как и ранее писал, датчик температуры и модуль часов подключаем через I2C, выводим 5В и землю на макетку, дисплей подключаем по схеме, кроме контакта на яркость BLA, его я запитал от 9 пина, для реализации включения подсветки дисплея при нажатии на кнопку(загорается у меня на 30 секунд):

[копировать] [скачать]
if (val=val>=600){
   m=100;
   n=1;
   analogWrite(6, 110);
 }
 m=m-n;
 if(m<=0){
   digitalWrite(6, LOW);
  n=0;
 }

В чем универсальность данного проекта? По факту через разъем i2c можно прикрутить бесконечное количество датчиков и всю эту лабуду выводить на сервер через NodeMCU и на основе полученных данных, что-то делать, к примеру, можно сделать пожарную сигнализацию, а если углубиться и запариться создать сеть из датчиков с общим выводом данных на единый сервер на NodeMCU.
Данный проект был задуман изначально как проверка себя, на сколько я смогу далеко зайти и не более того. Да это велосипед, но он мой.

и на последок вот весь исходник:

[копировать] [скачать]
#include <U8glib.h>
#include <Wire.h>
#include <Thinary_AHT10.h>
#include <TimeLib.h>
#include <DS1307RTC.h>
#include <TroykaMQ.h>
#define PIN_MQ135  A0
int analogInput = A1;
float vout = 0.0;
float vin = 0.0;
float R1 = 30000.0; //  
float R2 = 7500.0; // 
float zarad=0;
int value = 0;
AHT10Class AHT10;
MQ135 mq135(PIN_MQ135);
#define PIN_MQ135_HEATER  3
U8GLIB_ST7920_128X64_1X u8g(10);                               // Создаём объект u8g для работы с дисплеем, указывая номер вывода CS для аппаратной шины SPI
uint32_t                timeStart;                             // Объявляем переменную для подсчёта количества секунд прошедших с момента старта скетча
uint8_t                 timeHours;                             // Объявляем переменную для вывода часов  прошедших с момента старта скетча
uint8_t                 timeMinutes;                           // Объявляем переменную для вывода минут  прошедших с момента старта скетча
uint8_t                 timeSeconds;
int analogPin = 3;     // номер порта к которому подключен потенциометр
int val = 0;           // переменная для хранения считываемого значения
int m=0; 
int n=0;
 
 
void setup()
{
  Serial.begin(9600);              //  установка связи по serial
  mq135.heaterPwrHigh();
   pinMode(analogInput, INPUT);
    mq135.calibrate();
  Wire.begin();
  if(AHT10.begin(eAHT10Address_Low))
    Serial.println("Init AHT10 Sucess.");
  else
    Serial.println("Init AHT10 Failure.");
 
}
 
void loop (){
   value = analogRead(analogInput);
   vout = (value * 5.0) / 1024.0; // see text
   vin = vout / (R2/(R1+R2)); 
  zarad=10+(((vin-2.5)*100)/4.2);
    val = analogRead(analogPin);     // считываем значение
    Serial.println(val);
  if (val=val>=600){
    m=100;
    n=1;
    analogWrite(6, 110);
  }
  m=m-n;
  if(m<=0){
    digitalWrite(6, LOW);
   n=0;
  }
  tmElements_t tm;
 
    u8g.firstPage();                                           // Всё что выводится на дисплей указывается в цикле: u8g.firstPage(); do{ ... команды ... }while(u8g.nextPage());
    do{  u8g.setColorIndex(1);                                 // Выбираем белый цвет
         u8g.drawBox(0, 0, 128, 11);                           // Выводим прямоугольник с координатами левого верхнего угла 0,0 и размерами 128x11 пикселей
         u8g.drawBox(0, 53, 128, 11); 
         u8g.setFont(u8g_font_6x10);                           // Выбираем шрифт u8g_font_6x10
         u8g.setColorIndex(0);                                 // Выбираем цвет фона
         u8g.setPrintPos(82, 9); u8g.print(zarad);
         u8g.drawStr(115 , 9, "%");
        u8g.setPrintPos(  4, 62); u8g.print(AHT10.GetTemperature());
        u8g.drawStr(36, 62, "C");
        u8g.setPrintPos(46, 62); u8g.print(AHT10.GetHumidity());
         u8g.drawStr(77, 62, "%");
         u8g.drawStr(84, 62, "AIR");
         u8g.setPrintPos(102, 62); u8g.print(mq135.readCO2());
         u8g.setColorIndex(1);                                 // Выбираем белый цвет
         u8g.setFont(u8g_font_courB24n);                       // Выбираем шрифт u8g_font_courB24n
          u8g.setPrintPos(35, 43); u8g.print(tm.Hour);    // Выводим старший разряд часов    в позиции   3х43
         u8g.drawStr    ( 55, 43, ":");                        // Выводим двоеточие               в позиции  33х43
         u8g.setPrintPos( 65, 43); u8g.print(tm.Minute);  // Выводим старший разряд минут    в позиции  46х43
                      // Выводим двоеточие               в позиции  76х43
 
    }    while(u8g.nextPage());
}

Оригинального в коде нет ничего, я не знаю язык C, но черт возьми, даже у меня получилось сделать это. Проект ни у кого не тырил, полностью оригинальный продукт. Если зайдет вам такой стиль изложения и будет интересно, то могу ответить на вопросы о сборке и напишу новую статью о сборке умного дома на raspberry и ардуино(сейчас в процессе)