Arduino Weathercloud Weather Station: 16 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

ฉันสร้างสถานีตรวจอากาศเชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ต มันวัดอุณหภูมิ ความชื้น ความดัน ปริมาณน้ำฝน ความเร็วลม ดัชนี UV และคำนวณค่าอุตุนิยมวิทยาที่สำคัญอีกสองสามค่า จากนั้นส่งข้อมูลนี้ไปที่ weathercloud.net ซึ่งมีกราฟิกและ UX ที่ดี นอกจากนี้ยังมีกล้องเว็บแคมสภาพอากาศ มีค่าใช้จ่ายประมาณ 140 € ฉันสร้างสถานีนี้เป็นโครงการโรงเรียนของฉัน สถานีนี้ติดตั้งอยู่ที่โรงเรียนของฉันในเมืองบราติสลาวา สโลวาเกีย นี่คือข้อมูลปัจจุบัน

เครดิตภาพ: นิตยสาร Mimo ใช้โดยได้รับอนุญาต

หมายเหตุ: ฉันทำงานในโครงการนี้มานานกว่าสองปีแล้ว คำแนะนำนี้เป็นเพียงการอัปโหลดซ้ำของคำสั่งที่ฉันเผยแพร่เมื่อหนึ่งปีก่อน แต่มีการเปลี่ยนแปลงมากมายที่ฉันตัดสินใจสร้างคำสั่งใหม่ นอกจากนี้ยังไม่มีใครดูคำสั่งสอนอายุหนึ่งปี

อัปเดต 14.12.2018: มาแล้ว! ฉันเพิ่มเครื่องวัดความเร็วลม (มาตรวัดลม) ให้กับสถานีของฉัน มีข้อความและรูปภาพใหม่ ดังนั้นอย่าลืมตรวจสอบ

ขั้นตอนที่ 1: Weathercloud

ก่อนอื่น Weatherclud คืออะไร? Weathercloud เป็นเครือข่ายขนาดใหญ่ของสถานีตรวจอากาศที่รายงานข้อมูลแบบเรียลไทม์จากทั่วทุกมุมโลก ได้ฟรีและมีสถานีตรวจอากาศมากกว่า 10,000 สถานีเชื่อมต่ออยู่ ประการแรก ฉันมีเว็บไซต์ HTML ของตัวเองที่ข้อมูลทั้งหมดถูกส่งไป แต่การสร้างเว็บไซต์และกราฟิกของคุณเองนั้นยาก และง่ายกว่ามากที่จะส่งข้อมูลทั้งหมดไปยังแพลตฟอร์มคลาวด์ขนาดใหญ่ที่มีกราฟิกที่ดีและเซิร์ฟเวอร์ที่เสถียร ฉันค้นหาวิธีส่งข้อมูลไปยัง weathercloud และพบว่าคุณสามารถทำได้อย่างง่ายดายด้วยการโทร GET แบบง่ายๆ ปัญหาเดียวของ Weathercloud คือบัญชีฟรีช่วยให้คุณสามารถส่งข้อมูลทุก ๆ สิบนาทีเท่านั้น แต่นั่นไม่น่าจะเป็นปัญหาสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ คุณจะต้องสร้างบัญชี Weathercloud เพื่อให้สามารถใช้งานได้ จากนั้นคุณจะต้องสร้างโปรไฟล์สถานีบนเว็บไซต์ของพวกเขา เมื่อคุณสร้างโปรไฟล์สถานีตรวจอากาศบน Weathercloud คุณจะได้รับ Weathercloud ID และ Weathercloud KEY เก็บสิ่งเหล่านี้ไว้เพราะ Arduino ต้องการให้พวกเขารู้ว่าจะส่งข้อมูลไปที่ใด

ขั้นตอนที่ 2: รายการชิ้นส่วน

Google ชีต BOM

ราคาโดยประมาณ: 140€/150$

ขั้นตอนที่ 3: เครื่องมือ

เครื่องมือเหล่านี้อาจมีประโยชน์:

เครื่องปอกสายไฟ

สว่านแบตเตอรี่

หัวแร้ง

คีม

ไขควง

ปืนกาว

มัลติมิเตอร์

เลื่อย

สว่านเจาะต้นไม้

ไฟล์

ขั้นตอนที่ 4: DS18B20 แผงป้องกันรังสีแสงอาทิตย์

แผงป้องกันรังสีดวงอาทิตย์เป็นสิ่งที่ใช้กันทั่วไปในสถานีอุตุนิยมวิทยาเพื่อป้องกันรังสีดวงอาทิตย์โดยตรง ดังนั้นจึงช่วยลดข้อผิดพลาดในการวัดอุณหภูมิได้ นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นตัวยึดสำหรับเซ็นเซอร์อุณหภูมิ เกราะป้องกันรังสีมีประโยชน์มากแต่มักจะทำจากเหล็กและมีราคาแพง ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจสร้างเกราะป้องกันด้วยตัวเอง ฉันสร้างคำแนะนำที่แสดงวิธีทำเกราะป้องกันรังสีเช่นนี้ นี่คือคำสั่งสอน

ฉันยังพบวิดีโอที่แสดงขั้นตอนเดียวกัน ดังนั้นคุณสามารถใช้สิ่งนั้น:

ขั้นตอนที่ 5: กล่องเทอร์มินัล

กล่องเทอร์มินัลเป็นศูนย์กลางของสถานี สายเคเบิล 14 คอร์หลักเชื่อมต่อกับกล่องเซิร์ฟเวอร์ สายเคเบิลจาก DS18B20 เข้าไป สายเคเบิลจากกล่อง UV เข้าไป นอกจากนี้ยังเป็นเจ้าภาพเซ็นเซอร์ความชื้นและความดัน เมื่อคุณเลือกกล่องขั้วต่อ คุณสามารถใช้กล่องรวมสัญญาณพลาสติก IP65 ที่มีขนาดเกิน 10x5x5 ซม. (4"x2"x2 ") ได้

ขั้นตอนที่ 6: กล่องเซ็นเซอร์ UV

กล่องเซ็นเซอร์ UV โฮสต์เซ็นเซอร์ UVM-30A UV และยังเป็นจุดกึ่งกลางระหว่างกล่องขั้วต่อหลักกับเกจวัดปริมาณน้ำฝนและลม กล่องเซ็นเซอร์ UV สามารถเป็นกล่องพลาสติก IP65 ที่มีฝาปิดโปร่งใสทั้งหมด

ขั้นตอนที่ 7: Weathercam

เว็บแคมสภาพอากาศ (หรือกล้องตรวจสภาพอากาศตามที่ฉันชอบเรียก) ใช้เพื่อบันทึกหรือสตรีมภาพของสภาพอากาศจริง จากภาพ คุณสามารถกำหนดความเข้มของแสงและความขุ่นมัวได้ ฉันไปหากล้อง wifi ราคาถูกที่สุด แต่คุณสามารถใช้กล้อง wifi ใดก็ได้ที่คุณเลือก กล้องราคาถูกนี้ใช้งานได้ดี แต่มีปัญหาหนึ่งข้อกับมัน คุณต้องมีคอมพิวเตอร์ที่ใช้ซอฟต์แวร์สตรีมมิงอยู่ตลอดเวลา นั่นไม่ใช่ปัญหาสำหรับฉัน เพราะมีเซิร์ฟเวอร์ที่ใช้งานเว็บไซต์ในเครือข่ายอยู่แล้ว จึงสามารถดูแลการสตรีมได้เช่นกัน แต่ถ้าคุณไม่มีคอมพิวเตอร์แบบนี้ในเครือข่ายในบ้านของคุณ เราขอแนะนำให้คุณซื้อกล้อง Raspberry pi และ Raspberry pi มันแพงกว่า (25$ เทียบกับ 70$) แต่คุณไม่มีทางเลือกอื่นถ้าคุณต้องการเว็บแคม ในทั้งสองกรณี คุณต้องวางกล้องไว้ในกล่องที่ทนฝนและแดด คุณสามารถใช้กล่องเดียวกันกับเซ็นเซอร์ UV ได้ ฉันทำกล่องของตัวเองจากกล่องพลาสติกธรรมดาและลูกแก้ว แต่นั่นก็ไม่จำเป็น แบตเตอรี่สำหรับกล้องจะต้องชาร์จใหม่อย่างต่อเนื่อง คุณสามารถทำได้โดยดึงสาย USB ออกแล้วต่อสาย + และ - เข้ากับเอาต์พุตกำลัง 5V สำหรับเซ็นเซอร์ เมื่อคุณมีกล้องที่ทนฝนและแดด คุณก็สามารถติดตั้งได้ทุกที่ที่มีซิป

ทีนี้มาดูซอฟต์แวร์กัน ส่วนนี้ต้องใช้ทักษะการเขียนโค้ดขั้นสูง คุณต้องมีคอมพิวเตอร์ที่ทำงานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน (อาจเป็น Raspberry pi) ในเครือข่ายในบ้านของคุณเพื่อทำสิ่งนี้ทั้งหมด สิ่งแรกที่คุณต้องทำคือเชื่อมต่อกล้อง IP ของคุณกับเครือข่าย Wi-Fi ที่บ้าน จากนั้นคุณต้องเปลี่ยนชื่อผู้ใช้และรหัสผ่านในสคริปต์ตามชื่อผู้ใช้และรหัสผ่านของคุณบนอินเทอร์เฟซของกล้อง คุณต้องเปลี่ยนที่อยู่ IP ของกล้องในสคริปต์ด้วย จากนั้น คุณต้องตั้งค่าตัวกำหนดเวลางานเพื่อเรียกใช้สคริปต์ที่รวมไว้ทุก 5 นาทีหรือมากกว่านั้นบนเซิร์ฟเวอร์/คอมพิวเตอร์ของคุณ ตอนนี้สคริปต์ควรจับภาพหน้าจอของภาพของกล้องทุกๆ 5 นาที และบันทึกลงในโฟลเดอร์ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า โฟลเดอร์นี้จะต้องเป็นแบบสาธารณะ คุณจึงสามารถค้นหาได้จากเครื่องมือค้นหาดังนี้: example.com/username/webcam-j.webp

ขั้นตอนที่ 8: ตัวยึดเซ็นเซอร์ด้านบน

ที่ยึดเซ็นเซอร์ด้านบนเป็นส่วนประกอบเหล็กที่ยึดเซ็นเซอร์ด้านบน (ยูวี ปริมาณน้ำฝน และความเร็วลม) ไว้บนหลังคา ส่วนที่คุณเห็นในภาพเหล่านี้เหมาะกับอาคารของเราเท่านั้น คุณสามารถติดตั้งเซ็นเซอร์เหล่านี้ได้ตามต้องการ นี่เป็นเพียงตัวอย่าง เรามีท่อเหล็กบนหลังคาอยู่แล้ว ดังนั้นจึงง่ายต่อการติดตั้งที่ยึด

ขั้นตอนที่ 9: ปัญหาความเข้ากันได้ของโล่

มีปัญหาความเข้ากันได้อย่างง่ายระหว่างอีเทอร์เน็ตชิลด์และโปรโตชิลด์ คุณไม่สามารถวาง protoshield ไว้บนอีเทอร์เน็ตชิลด์ได้ เนื่องจากตัวเชื่อมต่ออีเทอร์เน็ตไม่ยอมให้คุณ และคุณไม่สามารถวางอีเทอร์เน็ตชิลด์ไว้ด้านบนของโปรโตชิลด์ได้ เนื่องจากอีเทอร์เน็ตชิลด์จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อโดยตรงกับ Arduino ผ่านตัวเชื่อมต่อ ICSP แต่โปรโตชิลด์ไม่มี ปัญหาง่ายๆ วิธีแก้ปัญหาง่ายๆ ฉันเพิ่งตัดรูสี่เหลี่ยมในโปรโตชิลด์เพื่อให้ตัวเชื่อมต่ออีเทอร์เน็ตสามารถใส่เข้าไปได้

ขั้นตอนที่ 10: การวัดปริมาณน้ำฝน

มาตรวัดปริมาณน้ำฝนที่ฉันสั่งนั้นใช้งานได้ดี แต่มีปัญหาใหญ่อย่างหนึ่งกับมัน ไม่มีอินเทอร์เฟซการสื่อสารเช่น I2C หรือ RX/TX มีเพียงสวิตช์ง่ายๆ ที่จะเปิดเป็นเวลา 60 ไมโครวินาทีทุกครั้งที่ฝนตกมากกว่า 0.28 มม./ตร.ม. Arduino สามารถจับได้อย่างง่ายดายเมื่อไม่ได้ทำอะไรนอกจากการวัดปริมาณน้ำฝน แต่เมื่อมีหน้าที่อื่นที่ต้องทำ (เช่น การวัดอุณหภูมิและส่งไปยังคลาวด์) มีความเป็นไปได้สูงที่โปรเซสเซอร์ของ Arduino จะไม่ว่างในขณะที่เปิดมาตรวัดปริมาณน้ำฝน ซึ่งจะทำให้การอ่านปริมาณน้ำฝนไม่ถูกต้อง นั่นเป็นเหตุผลที่ฉันเพิ่ม Arduino ตัวที่สอง - Arduino nano งานเดียวของนาโนคือการวัดปริมาณน้ำฝนและส่งไปยังอาร์ดิโนต้นแบบผ่าน I2C วิธีนั้นการอ่านปริมาณน้ำฝนจะแม่นยำเสมอ ฉันสร้าง PCB ที่มีทั้ง Arduino nano และโมดูล RTC แต่คุณสามารถประสานเข้ากับโปรโตชิลด์ได้เช่นกัน ฉันรู้ว่านี่ไม่ใช่วิธีแก้ปัญหาที่ง่ายและถูกที่สุด แต่ฉันชอบ และเป็นระเบียบและเป็นระเบียบมาก

ขั้นตอนที่ 11: การวัดความเร็วลม

ขั้นตอนนี้คล้ายกับขั้นตอนก่อนหน้ามาก ฉันทำบอร์ดที่วัดความเร็วลมแล้วส่งผ่าน I2C เพียงทำซ้ำขั้นตอนก่อนหน้าโดยไม่มี RTC ฉันพยายามใส่ทั้งสองบอร์ดเป็นอันเดียว แต่ก็ไม่ได้ผล

ขั้นตอนที่ 12: กล่องเซิร์ฟเวอร์

เป็นความคิดที่ดีที่จะซ่อนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดไว้ในกล่องขนาดเล็กที่จัดเป็นระเบียบ และนั่นคือสิ่งที่ฉันทำกับกล่องเซิร์ฟเวอร์ กล่องเซิร์ฟเวอร์โฮสต์ Arduino UNO, อีเธอร์เน็ตชิลด์, โปรโตชิลด์, ตัวควบคุม 5V, ขั้วต่อสายเคเบิลข้อมูลหลัก และแผงวัดปริมาณน้ำฝน หมายเหตุหนึ่งเกี่ยวกับ Arduino: รหัสของสถานีใช้หน่วยความจำ Arduino UNO ประมาณ 90% และอาจทำให้เกิดปัญหาได้ คุณอาจหรือไม่จำเป็นต้องใช้ Arduino Mega

ขั้นตอนที่ 13: การเชื่อมต่อ

เพียงเชื่อมต่อทุกอย่างตามแผนผังที่รวมไว้

ขั้นตอนที่ 14: รหัส

นี่เป็นส่วนสุดท้าย ส่วนที่เราทุกคนรอคอย - การทดสอบ ถ้ามันได้ผล คุณต้องเปลี่ยนที่อยู่ IP, Weathercloud ID และ Weathercloud KEY ตามเครือข่ายในบ้านและบัญชี Weathercloud ของคุณ คุณพร้อมที่จะอัปโหลดไปยัง Arduino ของคุณแล้ว คุณต้องอัปโหลดรหัสผู้ส่งฝน I2C ไปยัง Arduino nano บนกระดานปริมาณน้ำฝน และผู้ส่งลม I2C ไปยัง Arduino nano บนกระดานความเร็วลม นอกจากนี้ยังมีสคริปต์ index.php ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับขั้นตอนที่ 7.

ขั้นตอนที่ 15: การติดตั้ง

การทำให้สถานีตรวจอากาศของคุณทำงานได้ในเวิร์กช็อปของคุณเป็นเรื่องหนึ่ง แต่การทำให้สถานีตรวจอากาศใช้งานได้ในสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยในโลกแห่งความเป็นจริงก็เป็นอีกเรื่องหนึ่ง ขั้นตอนการติดตั้งขึ้นอยู่กับอาคารที่คุณติดตั้งสถานีเป็นอย่างมาก แต่ถ้าคุณมีแผงป้องกันรังสีดวงอาทิตย์และตัวยึดเซ็นเซอร์ด้านบน ก็ไม่น่าจะยากขนาดนี้ สามารถวางเซ็นเซอร์อุณหภูมิและความชื้นไว้ที่ใดก็ได้ในอาคาร แต่เซ็นเซอร์ UV และมาตรวัดปริมาณน้ำฝนจะต้องอยู่ที่ด้านบนของอาคาร เซ็นเซอร์ UV ต้องไม่อยู่ในเงามืดและมาตรวัดปริมาณน้ำฝนต้องไม่อยู่ใกล้กำแพง ไม่เช่นนั้นเมื่อมีลมแรง เม็ดฝนจะไม่ตกลงไปในมาตรวัดและค่าที่อ่านได้จะคลาดเคลื่อน นี่คือภาพที่แสดงวิธีการติดตั้งสถานีบนบ้านทั่วไป คุณควรระวังให้มากเมื่อติดตั้งสถานีบนหลังคา และคุณควรมีสว่านทรงพลังที่สามารถเจาะคอนกรีตรางน้ำได้

ขั้นตอนที่ 16: เสร็จสิ้น

ยินดีด้วย. หากคุณทำตามขั้นตอนทั้งหมดอย่างถูกต้อง แสดงว่าคุณมีสถานีตรวจสภาพอากาศบนระบบคลาวด์ที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ คุณสามารถดูข้อมูลจากสถานีของฉันได้ที่นี่ หากคุณมีคำถามหรือข้อเสนอแนะ เรายินดีที่จะรับฟังในส่วนความคิดเห็นด้านล่าง

ฉันกำลังวางแผนที่จะสร้างสถานีที่คล้ายกันโดยใช้บอร์ด ESP32 Wi-Fi และเซ็นเซอร์เพิ่มเติมบางส่วน (ความเร็ว/ทิศทางลม การแผ่รังสีแสงอาทิตย์ ความชื้นในดิน) แต่จะเพิ่มเติมในภายหลัง สนุก!