开源WiFi气象站系统/zh

概述 项目名称：开源WiFi气象站系统 目的：获取身边实时的温度、湿度、光照甚至pm2.5数据 难度：中 耗时：5小时 制作者： 简介: 它能够获取你身边实时的温度、湿度、光照甚至pm2.5数据，并且在屏幕上显示出来，如果你需要，甚至可以将其接入互联网，只要有一台能上网的手机或者计算机，任何地方、任何时候都能查看到这些数据。而这套系统完全由Microduino来实现，非常简单。 材料清单 Microduino设备 模块 数量 功能 Microduino-Core+/zh 1 核心板 Microduino-USBTTL/zh 1 下载程序 Microduino-WiFi/zh 1 连接网络 Microduino-Temp&Hum/zh 1 数字温湿度传感器 Microduino-Air quality/zh 1 空气质量传感器 Microduino-Light/zh 1 光照传感器 Microduino-OLED/zh 1 显示 其他设备 模块 数量 功能 Micro-USB线 1 下载程序、供电 Microduino-USBTTL/zh 1 下载程序 GP2Y1010AU0F 1 pm2.5传感器 螺丝 7 固定模块 螺丝刀 1 固定螺丝 外壳 1 1000px 实验原理 气象站专用板上安装了多参数传感器，包括数字温湿度传感器（Microduino-Tem&Hum）、光照强度传感器（Microduino-Light）、空气质量传感器（Microduino-Air）和pm2.5传感器（GP2Y1010AU0F）。每个传感器均与Microduino-Sensorhub连接，由Microduino核心（Microduino Core+）对传感器数据分析处理，以直观的文字提示方式在OLED中显示。同时通过Microduino CC3000模块（wifi）使Microduino核心连接到网络，与mCotton物联网平台通讯并以直观的文字和图表信息反馈给用户，用户只需要用通过能上网的手机或者计算机，在任何地方任何时候都能查看到这些数据，用户甚至可以设置传感器值来触发微博,与大家一起分享你的生活。 总的来说，用户通过气象站可以随时随地感受的身边环境的变化，把无形变有形，去感受大自然的瞬息万变。 本系统由传感器、协调器、网络适配器、OLED显示器、mCotton物联网平台五个部分组成，综合了传感技术、网络通信技术、OLED显示技术和物联网技术。传感器主要完成温度、湿度、光照参数、空气质量的采集，协调器分析处理采集的数据，同时通过网络适配器连接到网络与mCotton物联网平台通信，从而可以在mCotton物联网平台下查看到这些数据。 600px 管理平台构成 管理平台大致可分为两个部分：一是Microduino核心控制，负责采集传感器数据，并且连接到互联网。二是mCotton物联网平台，负责将数据以曲线形式直观显示给用户，用户可以随时随地查看，并且可以设置微博触发，分享你的生活环境。如图2-2所示： 主要传感器 600px 下图展示了本系统的处理流程。数据采集系统：主要负责对环境温度、湿度、光照强度等数据的采集。传感器采集的数据上传到Microduino核心，具有扩展方便等优点。 无线传输系统：该系统主要将设备采集到的数据，通过无线网络传送到服务器上，使用WiFi传输数据。 数据处理系统：该系统负责对采集的数据进行上传存储、直观显示，用户可随时随地通过电脑和手机等终端进行查询。 600px 文档 气象站代码:【气象代码】 气象站代码Github:Weather_Station 调试过程 搭建服务器 气象站既然要连入互联网，一个用来储存和显示的服务器必不可少，首先我们需要搭建好一个网络服务器。 关于mCotton 目前定位于做一个开放的通用物联网平台，主要提供传感器数据的接入，存储和展现服务，为所有的开源软硬件爱好者、制造型企业，提供一个物联网项目的平台， 使得硬件和制造业者能够在不关心服务器实现细节和运维的情况下，拥有交付物联网化的电子产品的能力。 我们只需在mCotton注册一个账号，它会提供给你一个唯一的API KEY，这个便是用来在服务器里判别唯一身份之用的。 mCotton作为一个开放的公共物联网接入平台，目的是为服务所有所有的爱好者和开发者，使传感器数据的接入、存储和展现变得轻松简单。 下面我们介绍一下如何使用mCotton平台完成您的轻松接入。 注册 打开mCotton的主页:somvpn.cn:3000，在页面中点击”Sign in/Join”，然后会弹出登录/注册框，再点击“Create account”进入用户注册页面。 600px 在用户注册页面，填写相关信息后点击完成注册 600px 增加设备 登陆后点击”Projects“进入工程页面 600px 在工程页面中找到”Weather Station”项目，点击其中的“Assemble to My Devices”按钮，可以添加自己的设备 600px 在“Name”中输入自己的设备名称，然后点击“Submit”按钮发布 600px 获得APIKEY 发布完毕后就可以在“My Garage”页面中看到自己的设备 600px 找到自己发布的气象站设备，可以看到该设备专属的设备ID，记下它 600px 下载程序 将Microduino-Core+与Microduino-USBTTL叠加（无上下顺序），通过USB数据线与电脑连接起来 确认你搭建了Microduino的开发环境，否则参考附录1-Arduino IDE安装指导。 400px 打开Arduino IDE编程软件，点击 【文件】->【打开】 浏览到项目程序地址，点击“weatherCC3000.ino”程序打开 600px 600px 在def.h文件中需要设置相应的配置参数： define WLAN_SSID “你要连接的WiFi的网络名” define WLAN_PASS “你要连接的WiFi的密码” define WEBSITE “设置的服务器地址” define WEBSITEPORT “设置的服务器端口号” define APP_KIT_ID “步骤3获得的设备ID号” 600px 点击“工具”，在板选项里面选择板卡（Microduino-Core+），在处理器选项里面选择处理器（Atmega644pa@16M,5V），再在端口选项里面选择正确的端口号，然后直接烧录程序 600px 拼装气象站 Step1:将OLED屏和A1用螺丝固定在一起 Step2:把B1~B5用B6拼接在一起 Step3:将Core+,USBTTL,Hub连接在一起并且用螺丝螺帽固定在A2上,再将传感器连接线连接在PM2.5传感器上 PM2.5传感器使用胶水黏在底板上 Step4:将B7，B8，B9按照如图所示分别拼接到温湿度传感器，气体传感器和光照传感器上 Step5:按说明图上所示的位置将温湿度传感器、气体传感器和光照传感器连接到Hub板上 再分别将传感器固定在Step2中内部四周B1和B2组合的卡槽上，完成后将A1和A2分别接在其顶部和底部 Step6:完成上述步骤后用B0进行固定，之后插上USB线，气象站完成 设置完成后就可以在OLED上看到各个传感器的数据 同时在mCotton上设置好的设备上也能看到气象站上传的数据 600px 程序说明 国内可用： 主程序部分 //1,屏幕显示部分============================= #include"Arduino.h" #include "U8glib.h" //2,传感器部分================================ #include <Wire.h> #include "I2Cdev.h" #include <AM2321.h> #include <SoftwareSerial.h> //3,WIFI部分================================ #include <Adafruit_CC3000.h> #include <ccspi.h> #include <SPI.h> #include <string.h> #include "utility/debug.h" //4，自定义部分============================= #include "def.h" #include "oled.h" #include "wifi.h" #include "sensor.h" #define INTERVAL_LCD 200 //OLED及传感器刷新时间间隔 #define INTERVAL_NET 30000 //传感器数据上传时间间隔 unsigned long lcd_time = millis(); //OLED及传感器更新计时器 unsigned long net_time = millis(); //传感器数据上传更新计时器 void setup(void) { Serial.begin(115200); //初始化波特率 setup_wifi(); //初始化WIFI } void loop(void) { if (lcd_time > millis()) lcd_time = millis(); if (millis() - lcd_time > INTERVAL_LCD) { SensorUpdate(); //更新传感器 volcd(sensorTemp, sensorHumi, sensorLight, sensorPM25, sensorEtoh); //更新OLED显示 lcd_time = millis(); //更新计时器 } if (net_time > millis()) net_time = millis(); if (millis() - net_time > INTERVAL_NET) { updateWeatherData(sensorTemp, sensorHumi, sensorLight, sensorPM25, sensorEtoh); //上传传感器数据 net_time = millis(); //更新计时器 } } 用户配置部分 def.h #define WLAN_SSID "AZURE" //WIFI网络名 #define WLAN_PASS "azure001" //WIFI密码 #define WEBSITE "mcotton.microduino.cn" //服务器网址 #define WEBSITEPORT 8080 //服务器端口号 #define APP_KIT "TLcrn6vaAahjnvKR2" //设备ID号#define APP_KIT "YourDeviceID" //设备ID号 #define WEBPAGE "/api/v1.0/d" #define WEBUTTONPAGE "/api/v1.0/ce" OLED显示部分 U8GLIB_SSD1306_128X64 u8g(U8G_I2C_OPT_NONE); //设置OLED型号 //-------字体设置，大、中、小 #define setFont_L u8g.setFont(u8g_font_7x13) #define setFont_M u8g.setFont(u8g_font_fixed_v0r) #define setFont_S u8g.setFont(u8g_font_chikitar) //温度计图案 const unsigned char bmp_tem[] U8G_PROGMEM = { 0xE0,0x81,0x30,0x83,0x10,0x82,0x10,0x82,0x10,0xFA,0x10,0x82, 0x10,0x82,0x10,0xFA,0x10,0x82,0xD0,0x82,0xD0,0xFA,0xD0,0x82, 0xD0,0x82,0xD0,0xFA,0xD0,0x82,0xD0,0x82,0xD0,0xFA,0xD0,0x82, 0xD0,0x82,0xD8,0x86,0xC4,0x88,0xF2,0x93,0xFB,0xB7,0xF9,0xA7, 0xFD,0xAF,0xFD,0xAF,0xF9,0xA7,0xFA,0x97,0xF2,0x93,0xC4,0x88, 0x18,0x86,0xF0,0x83 }; //水滴图案 const unsigned char bmp_hum[] U8G_PROGMEM = { 0x00,0x00,0x01,0x00,0x00,0x01,0x00,0x80,0x03,0x08,0x80,0x03,0x18,0x80,0x07,0x1C, 0xC0,0x07,0x3C,0xC0,0x07,0x3E,0xE0,0x0F,0x3E,0xE0,0x0F,0x7A,0xF0,0x1F,0x7B,0xF8, 0x1F,0x72,0xF8,0x1F,0x3E,0xF8,0x3F,0x1C,0xFC,0x3F,0x00,0xFC,0x7F,0x00,0xFE,0x7F, 0x00,0xFE,0x7F,0x00,0xFE,0x7F,0x00,0xFF,0xFF,0x00,0xFF,0xFF,0x00,0xFF,0xFF,0x00, 0xF3,0xFF,0x00,0xF2,0x7F,0x00,0xE6,0x7F,0x00,0xC6,0x7F,0x00,0x0E,0x3F,0x00,0x3C, 0x1E,0x00,0xF8,0x1F,0x00,0xE0,0x07,0x00,0x80,0x01 }; //显示函数 void osd_setup(int _osd_setup,char* _osd_text) { u8g.firstPage(); do { setFont_L; u8g.setPrintPos(4, 30); u8g.print(_osd_text); u8g.drawFrame(0,48,128,14); if(_osd_setup) u8g.drawBox(0+2,48+2,map(_osd_setup,0,5,0,128-4),14-4); } while( u8g.nextPage() ); } //显示函数 void volcd(float temp, float humi, float light, float pm25, float etoh) { u8g.firstPage(); do { u8g.setDefaultForegroundColor(); u8g.drawXBMP( 4, 1, 15, 32, bmp_tem); u8g.drawXBMP( 70, 2, 24, 30, bmp_hum); setFont_M; //设置字体为大 u8g.setPrintPos(20, 16); //设置文字开始坐标 u8g.print("`C "); setFont_L; //设置字体为大 u8g.setPrintPos(20, 32); //设置文字开始坐标 u8g.print(temp , 1); //温度 setFont_M; //设置字体为大 u8g.setPrintPos(100, 16); //设置文字开始坐标 u8g.print("%"); setFont_L; //设置字体为大 u8g.setPrintPos(100, 32); //设置文字开始坐标 u8g.print(humi , 0); //湿度 setFont_L; //设置字体 u8g.setPrintPos(4, 49); //设置文字开始坐标 u8g.print(light , 0); //光照强度 setFont_M; //设置字体 u8g.print(" Lux"); setFont_L; //设置字体 u8g.setPrintPos(4, 63); //设置文字开始坐标 u8g.print(pm25 , 1); //光照强度 setFont_M; //设置字体 u8g.print(" ug/m3"); setFont_L; //设置字体 u8g.setPrintPos(80, 49); //设置文字开始坐标 u8g.print(etoh , 0); //光照强度 setFont_M; //设置字体 u8g.print(" ppm"); setFont_M; //设置字体为大 u8g.setPrintPos(80, 63); //设置文字开始坐标 u8g.print(" LED:"); } while( u8g.nextPage() ); } void volcdsetup(char* zi,unsigned int x,unsigned int y) { //#ifdef OLED u8g.firstPage(); do { setFont_L; u8g.setPrintPos(x, y); u8g.print(zi); } while( u8g.nextPage() ); //#endif } 传感器数据采集部分 #include <SoftwareSerial.h> #include <AM2321.h> AM2321 am2321; SoftwareSerial pmSerial(4,5); //PM2.5传感器通讯软串口 float sensorTemp; //温度值 float sensorHumi; //湿度值 float sensorPM25; //pm2.5浓度 float sensorLight; //光照强度 float sensorEtoh; //空气质量 //读取pm2.5传感器 float PM25(){ int data_s = 0; //串口接收数据 int num = -1; //串口接收数据计数 int sum = 0; //校验和 int cal[5]; //接收数据缓存 float dustDensity = 0; //PM2.5浓度 pmSerial.begin(2400); //首先启动软串口 pmSerial.flush(); //清空串口缓存 while(1) { if(pmSerial.available() > 0) //串口缓存有数据 { data_s = pmSerial.read(); //读取串口缓存数据 if(data_s == 0xAA) //得到数据帧起始位 { num = 0; //开始计数 } else if(num >= 0) { num++; //读到数据，计数+1 cal[num-1] = data_s; //数据保存到缓存中 if(num == 6) //读到数据帧最后一位 { sum = cal[0] + cal[1] + cal[2] + cal[3]; //计算校验和 if(sum == cal[4] && cal[5] == 0xFF) //校验和匹配，数据帧最后一位为0xFF，说明接收的数据帧正常 { dustDensity = (cal[0]*256 + cal[1])*(5.0/1024)*550; //计算PM2.5浓度，单位ug/m3 } else //接收的数据不正常 { dustDensity = 0; //浓度清零 } break; } } } } pmSerial.end(); //关闭软串口 return dustDensity; //返回值 } //更新传感器数据 void SensorUpdate() { //获取pm2.5浓度 sensorPM25 = PM25(); //获取温度，湿度 am2321.read(); sensorTemp = am2321.temperature / 10.0; sensorHumi = am2321.humidity / 10.0; //获取光照强度 sensorLight = map(analogRead(A0), 0, 1023, 0, 255); //获取空气质量 sensorEtoh= map(analogRead(A2), 0, 1023, 0, 30); } 视频