使用NodeMCU和ThingSpeak的太陽(yáng)能Wi-Fi氣象站

氣象站是一種可以監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境的各種參數(shù)，如濕度、溫度、壓力、降雨量等的設(shè)備。我們之前用不同的微控制器建立了幾個(gè)氣象站，比如：

?基于物聯(lián)網(wǎng)的樹莓派氣象站

?基于物聯(lián)網(wǎng)的ESP32 Wi-Fi氣象站

?使用Arduino的物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線氣象站

這一次，我們使用ESP8266 NodeMCU作為主控制器，并使用太陽(yáng)能電池板為整個(gè)設(shè)置供電。這將是一個(gè)自給自足的太陽(yáng)能無(wú)線氣象站。它還使用3.7V 18650鋰離子電池為電路供電，該鋰離子電池將使用TP4056鋰離子充電器模塊為太陽(yáng)能電池板充電。除此之外，它將有一個(gè)DHT11傳感器來(lái)測(cè)量溫度和濕度，BMP280傳感器來(lái)測(cè)量壓力，雨水傳感器來(lái)檢測(cè)降雨量。所有天氣數(shù)據(jù)都將被記錄并保存在ThingSpeak物聯(lián)網(wǎng)云上，可以從世界任何地方進(jìn)行監(jiān)控。

組件的要求

?NodeMCU ESP8266

?DHT11溫濕度傳感器

?BMP280壓力傳感器

?雨水傳感器

?TP4056鋰離子充電器

?3.7V 18650鋰離子電池

?18650電池座

?DC-DC 0.9V-5V升壓升壓器

?太陽(yáng)能電池板6V， 100Ma

?1 n4007二極管

?電路試驗(yàn)板

?跳線

在進(jìn)入細(xì)節(jié)之前，讓我們了解一下這個(gè)太陽(yáng)能無(wú)線氣象站使用的不同組件和模塊。

TP4056鋰離子電池充電器模塊

TP4056是一款流行的鋰離子電池充電器控制器IC，它支持3.7v鋰離子電池的恒流恒壓充電。它帶有一個(gè)8針的SOP封裝，可以與一些外部組件組裝成一個(gè)完整的充電模塊。

TP4056的完整引腳描述如下：

使用TP4056充電器為3.7V鋰離子電池充電

要使用TP4056充電模塊為18650 3.7V鋰離子電池充電，請(qǐng)按照以下原理圖連接電路。

它也可以使用微型USB線和移動(dòng)充電器等從5V直流輸入源充電。但在這個(gè)太陽(yáng)能Wi-Fi氣象站項(xiàng)目中，我們使用太陽(yáng)能光伏模塊為電池充電。

為太陽(yáng)能電池板上的18650鋰離子電池充電

這里的NodeMCU由太陽(yáng)能電池板供電。18650電池的輸出為(3.7-4)伏，不能用于為NodeMCU供電，因?yàn)樗枰?v才能上電。因此TP4056鋰離子充電器的輸出連接到(0.9-5)V DC-DC升壓電路，將電壓升壓到5v。

BMP280壓力傳感器

BMP280是一款絕對(duì)氣壓傳感器，適用于移動(dòng)應(yīng)用。它是非常受歡迎的非常緊湊的尺寸和低功耗。它被用于手機(jī)、智能手表、氣象站等。BMP280基于博世久經(jīng)考驗(yàn)的壓阻壓力傳感器技術(shù)，具有高精度、線性度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

BMP280的特點(diǎn)：

?壓力范圍：300- 1100hpa

?溫度范圍：-40-85°C

?平均典型電流消耗：3.4 μA @ 1hz

?接口：I2C和SPI

?工作電壓：1.71 V ~ 3.6 V

如果你沒(méi)有BMP280，那么BMP180也可以用來(lái)建立一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)氣象站。

DHT11溫濕度傳感器

DHT11是一種用于測(cè)量環(huán)境溫度和濕度的傳感器。DHT11傳感器包括用于測(cè)量濕度的電容式濕度傳感元件和用于檢測(cè)溫度的NTC熱敏電阻。所述濕度感應(yīng)電容元件具有兩個(gè)電極，電極之間有保持水分的襯底作為電介質(zhì)。電容值隨濕度的變化而變化。電路集成電路測(cè)量和處理這些電阻值，并將其轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的數(shù)字信號(hào)。

特點(diǎn):

?工作電壓：3.3V-5.5V

?溫度范圍：0-50°C

?溫度精度：±2%°C

?濕度范圍：20 ~ 90% RH

?濕度精度：±5% RH

我們之前使用DHT11傳感器使用樹莓派，Arduino和ESP8266建立氣象站。

雨水傳感器

雨水傳感器是用來(lái)探測(cè)降雨的。這適用于自動(dòng)雨刷，氣象站等應(yīng)用。雨水傳感器的工作原理是可變電阻。當(dāng)表面干燥時(shí)，兩個(gè)電阻線圈分開，電阻非常高。在下雨的情況下，表面潮濕，電阻低(短路)。該可變電阻使用分壓器網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為可變電壓，然后將該模擬信號(hào)饋送到LM393電壓比較器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

物聯(lián)網(wǎng)氣象站電路圖

這個(gè)太陽(yáng)能氣象站的連接圖如下所示。

BMP280傳感器與NodeMCU的連接方式如下表所示

DHT11傳感器與NodeMCU的連接關(guān)系如下表所示

該表顯示了Rain Sensor和NodeMCU之間的連接

這是物聯(lián)網(wǎng)氣象站的完整設(shè)置：

設(shè)置ThingSpeak賬戶太陽(yáng)能氣象站

在成功完成硬件設(shè)置后，現(xiàn)在是時(shí)候設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)了，所有的天氣數(shù)據(jù)都將存儲(chǔ)在這個(gè)平臺(tái)上。這里我們使用ThingSpeak來(lái)存儲(chǔ)氣象站參數(shù)并在GUI中顯示它們。ThingSpeak是一個(gè)非常流行的物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，用于在線構(gòu)建存儲(chǔ)、監(jiān)控和處理數(shù)據(jù)。我們還使用ThingSpeak構(gòu)建了許多基于物聯(lián)網(wǎng)的項(xiàng)目。

按照以下步驟創(chuàng)建一個(gè)ThingSpeak帳戶。

第一步：注冊(cè)ThingSpeak

首先，如果你沒(méi)有Mathworks帳戶，請(qǐng)登錄https://thingspeak.com/并創(chuàng)建一個(gè)新的免費(fèi)Mathworks帳戶。

第二步：登錄ThingSpeak

用你的憑證登錄ThingSpeak，然后點(diǎn)擊“新頻道”?，F(xiàn)在填寫項(xiàng)目的詳細(xì)信息，如名稱、字段名稱等。這里我們必須創(chuàng)建四個(gè)字段名，如濕度，溫度，壓力和雨。然后點(diǎn)擊“保存頻道”。

步驟3：記錄憑據(jù)

選擇已創(chuàng)建的通道并記錄以下憑據(jù)。

通道ID，它在通道視圖的頂部。

編寫一個(gè)API密鑰，可以在通道視圖的API Keys選項(xiàng)卡上找到。

步驟4：向GUI添加小部件

單擊“Add Widgets”并添加四個(gè)適當(dāng)?shù)膚idget，如儀表、數(shù)字顯示和指示器。在我的情況下，我已經(jīng)采取了顯示溫度和濕度的儀表，數(shù)字顯示的壓力和指示雨。為每個(gè)小部件選擇適當(dāng)?shù)淖侄蚊?

ESP8266太陽(yáng)能Wi-Fi氣象站編程

在成功完成硬件連接和ThingSpeak設(shè)置之后，現(xiàn)在是時(shí)候?qū)SP8266 NodeMCU進(jìn)行編程了。

要使用Arduino IDE將代碼上傳到NodeMCU，請(qǐng)遵循以下步驟：

1. 打開Arduino IDE，然后進(jìn)入File - >Preferences - >Settings。

2. 在“附加板管理器URL”字段中鍵入，然后單擊“確定”。

3. 現(xiàn)在轉(zhuǎn)到Tools > Board > Boards Manager。在“單板管理器”窗口中，在搜索框中輸入ESP8266，選擇最新版本的單板，單擊“安裝”。

4. 安裝完成后，進(jìn)入“Tools ->Board ->”，選擇“NodeMCU 1.0(ESP-12E Module)”?，F(xiàn)在您可以使用Arduino IDE對(duì)NodeMCU進(jìn)行編程。

完成上述設(shè)置后，使用Arduino IDE對(duì)NodeMCU進(jìn)行編程，將完整的代碼上傳到ESP8266 NodeMCU。下面給出了完整代碼的逐步解釋。

通過(guò)在代碼中包含所有所需的庫(kù)文件來(lái)啟動(dòng)代碼，例如ESP8266WiFi.h用于ESP8266板，Wire.h用于I2C通信等。

包括Adafruit_BMP280.h單擊Arduino IDE中的草圖，然后去包括庫(kù)->管理庫(kù)和搜索Adafruit BMP280，從列表中選擇第一個(gè)搜索結(jié)果并單擊安裝。

在這里，DHT.h用于DHT11傳感器，可以從這里的鏈接下載。ThingSpeak.h庫(kù)用于ThingSpeak平臺(tái)，可以通過(guò)以下步驟添加到Arduino IDE中：

在Arduino IDE中，選擇Sketch/Include Library/Manage Libraries。

從列表中單擊ThingSpeak庫(kù)，然后單擊Install按鈕。

接下來(lái)，定義BMP280的I2C地址。BMP280的缺省地址是0x76。然后為Adafruit_BMP280類和DHT類定義一個(gè)對(duì)象。

現(xiàn)在，聲明網(wǎng)絡(luò)憑據(jù)——即SSID和密碼。需要將NodeMCU連接到互聯(lián)網(wǎng)。

接下來(lái)，聲明ThingSpeak帳戶憑據(jù)，如通道號(hào)和之前記錄的寫入API。

然后使用函數(shù)Wire.begin初始化I2C。這里GPIO4 (D2)用作SDA， GPIO0 (D3)用作SCL。DHT11連接引腳D1使用dht.setup定義。

要將NodeMCU連接到互聯(lián)網(wǎng)，請(qǐng)調(diào)用WiFi。開始并傳遞網(wǎng)絡(luò)SSID和密碼作為參數(shù)。使用WiFi.status()檢查網(wǎng)絡(luò)連接是否成功，連接成功后，在LCD上打印帶有IP地址的消息。

然后使用ThingSpeak.begin使用保存的憑證連接到ThingSpeak平臺(tái)。

接下來(lái)，使用readTemperature()和readPressure()從BMP280傳感器解碼溫度和壓力值。帕斯卡壓力值轉(zhuǎn)換為hpa。

這里使用getHumidity()從DHT11傳感器讀取濕度值，從模擬通道接收雨量值。

最后，使用setField()分配ThingSpeak云的字段，并使用writeFields()將數(shù)據(jù)發(fā)送到云。

現(xiàn)在最后啟動(dòng)電路并在ESP8266中上傳代碼。然后打開ThingSpeak網(wǎng)站，你會(huì)看到壓力表中的溫度和濕度值。

本文編譯自iotdesignpro