Түнгі аспанды бақылаушыларға арналған портативті метеостанция: 7 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:25

Жарықтың ластануы - әлемдегі көптеген проблемалардың бірі. Бұл мәселені шешу үшін біз түнгі аспанның жасанды жарықпен қаншалықты ластанғанын білуіміз керек. Әлемде мұғалімдері бар көптеген студенттер жарықтың ластануын қымбат датчиктермен өлшеуге тырысады. Мен портативті люксметрді (Portable Luxmeter жобасының алдыңғы нұсқасы бойынша) TSL2591 сенсоры бар ауа райына ауыстыруды шештім. Бұл сенсор түнгі ластануды өлшеуге жеткілікті сезімтал. Сонымен қатар мен температура мен ылғалдылықты өлшеу үшін HTU21D қосамын.

1 -қадам: Түнгі ластану дегеніміз не және оны қалай өлшейді

Түнгі ластану - бұл шамдардан, көліктерден, үйлерден, қаладағы үлкен дисплей панельдерінен және адам жасаған барлық жарық. Бұл жарық жасанды деп аталады. Бақылаушылар үшін жасанды жарық қаладан жұлдыздарды көрудің басты мәселесі болып табылады және олар қала сыртына шығуы керек. Адам үшін жарықтың жоғары ластануы зиянды. Сонымен қатар ағаштар, шөптер мен жануарлар үшін.

Орныңыздың жарықпен ластануын тексеру үшін мына жерден жарық ластану картасын көре аласыз

Бұл тек модель, ал нақты мәндер әр түрлі болуы мүмкін. Мен сол люксметрді жасадым.

Жарықтың ластануын өлшеу үшін мен тек люкс өлшеймін және шамасын/ arsec2 есептеймін.

Мен люкстен канделаға дейін әр шаршы метрге есептей аламын:

1 cd/m2 = 1 люкс

Бір шаршы доғаның секундтық шамасы (mag/arcsec2) түнгі аспан фонын сипаттайды (ол беттің жарықтығын атайды).

Вики туралы толығырақ: Беттің жарықтығы

Cd/m2 есептеу үшін mag/arcsec2 формуласы:

[mag/arcsec2 мәні] = Log10 ([cd/m2 мәні]/108000)/-0,4

unihedron.com/projects/darksky/magconv.php

2 -қадам: BOM

Бұл жоба үшін сізге қажет:

1. WEMOS D1 Mini немесе кез келген микроконтроллер

(Мен wemos қолданамын, себебі ол ең кіші, USB портымен Arduino Nano -ны қолданып көруге болады)

WEMOS D1 MINI (Yanwen экономикалық әуе поштасы)

WEMOS D1 MINI (AliExpress стандартты жеткізу)

WEMOS D1 MINI 10 дана (China Post Registered Air Mail - тегін жеткізу)

бағдарламалауға және кодты wemos -қа жүктеуге арналған USB кабелі

2. TSL2591 датчигі

TSL2591 (Yanwen экономикалық әуе поштасы)

TSL2591 (China Post тіркелген әуе поштасы)

TSL2591 (China Post тіркелген әуе поштасы)

3. HTU21D температура мен ылғалдылық сенсоры

HTU21D (Cainiao Super Economy)

HTU21D (Yanwen экономикалық әуе поштасы - ақысыз жеткізу)

4. OLED дисплейі 0,96 (128 x 64)

OLED дисплейі

OLED дисплейі

OLED дисплейі

5. 18650 батарея

18650 литий -ионды батарея

18650 литий -ионды батарея

батарея 18650 ұстағыш

6. TP4056 зарядтау модулі

tp4056

tp4056

7. қосқыш түймелері немесе секіргіш

қызыл түсу

тамшылар, әр түрлі

8. нан тақтасы мен дюпондық кабельдер

шағын нан тақтасы

нанға арналған жиынтық

9. корпус, мен ағаштан + таспадан жасаймын

қызыл таспа

Prusa 3D принтері, мен пластиктен корпус жасаймын деп үміттенемін: D

3 -қадам: Схема

Цикл өте қарапайым:

Барлық i2c модульдерін (TSL2591, OLED, HTU21D) wemos (SCA -> D2, SCL -> D1) SCL және SDA түйреуіштеріне қосыңыз.

Оларды wemos -тан 3,3 В -пен қосыңыз.

Батареяның плюс терминалын 5 В сымына және tp4056 зарядтау модуліндегі аккумулятор + түйрегіне батареядағы плюс терминалына қосыңыз.

Барлық жерді біріктіріңіз.

4 -қадам: HTU21D сенсоры

Мен 0,3 ° C дәлдікпен өлшейтін жаңа температура сенсорын сатып аламын!

Бұл сенсор туралы білу керек нәрселер (ұшқыннан):

• I2C интерфейсін қолданады
• Ылғалдылықтың дәлдігі ± 2%
• Температураның типтік дәлдігі ± 0,3 ° С
• Ылғалдылық 0 -ден 100% -ға дейін жұмыс істейді, бірақ бұл сенсор сумен жанасатын қатал ортада ұсынылмайды (мысалы, жаңбыр).
• 3.3В сенсор - 5В сигналдарын шектеу үшін логикалық деңгейдегі кірістірілген түрлендіргіштерді немесе 10k резисторларды қолданыңыз
• I2C шинасында бір уақытта тек бір HTU21D сенсоры тұра алады

Менің түйіндемем: бұл жақсы сенсор, себебі ол 0,3 ° C дәлдікпен және температура мен ылғалдылықпен өлшенеді. Артықшылықтары I2C кедергісі мен кемшіліктері 3.3V, бірақ бұл менің жағдайда маңызды емес.

5 -қадам: TSL2591

Бұл сенсор түнгі аспанның ластануын өлшеу үшін жақсы, себебі сезімталдығы (188 микро люкске дейін).

1. ықтимал ир және толық өлшемі бар диодтар. Мен оны қолданбаймын.

2. 5В -тан 3,3 В -қа дейінгі кернеу реттегіші

Чиптің сипаттамалары (adafruit -ден):

• Адам көзінің реакциясы шамамен
• Өте кең динамикалық диапазон 1 -ден 600 000 -ға дейін
• Lux ауқымы: 188 uLux сезімталдығы, 88 000 люкске дейінгі кіріс өлшемдері.
• Температура диапазоны: -30 -80 *С.
• Кернеу диапазоны: борттық реттегішке 3.3-5В
• Интерфейс: I2C
• Бұл тақтада/чипте I2C 7-биттік 0x29 адресі қолданылады (бекітілген)
• Өлшемдері: 19mm x 16mm x 1mm /.75 «x.63» x.04 «Салмағы: 1.1g
• Өлшеуге арналған 2 диод - ИК және толық спектр

Қорытынды:

188 uLux - бұл перферкт, сонымен қатар I2C байланысы қарапайым. Мүмкін мәселе I2C адресін (0x29) шешуі мүмкін. Сондай -ақ борттық реттегіш жақсы және қыс мезгілінде (аязда) сенсорды қолдануға болады.

6 -қадам: код

Сізге бұл кітапханалар қажет (мен оларды бір ZIP файлына қосамын):

• Adafruit-GFX-кітапхана-шебері
• adafruit_gfx_кітапхана_мастері
• Adafruit_HTU21DF_Кітапханалық-мастер
• Adafruit_Sensor-master
• Adafruit_TSL2591_Кітапхана шебері

Код: сіз менікін пайдалана аласыз немесе меншікті жасай аласыз. Түнгі аспан өлшемі үшін максималды интеграция уақытын (600 MS) орнатуды және максимумға (GAIN_MAX) қосуды ұмытпаңыз.

Егер сіз менің кодты қолдануға тырыссаңыз, ino файлын жүктеңіз. Мен кодты нұсқаулықтан көшіргенде, кітапханаларда қате бар

Мен айдың жүктелу бейнесін тек көңіл көтеру үшін қолданамын. Сіз кез келгенін пайдалана аласыз, массив алу үшін осы бетті пайдаланыңыз:

javl.github.io/image2cpp/

//https://lastminuteengineers.com/oled-display-arduino-tutorial///https://javl.github.io/image2cpp///mcd.php… // HD44780-символға негізделген сұйық кристалды дисплейлердің (СКД) контроллері. https://unihedron.com/projects/darksky/magconv.php… #қосу

#қосу

#қосу #қосу #қосу «Adafruit_HTU21DF.h» #include «Adafruit_TSL2591.h» int counter; // OLED дисплейі TWI мекенжайы #define OLED_ADDR 0x3C Adafruit_SSD1306 дисплейі (-1); // - 1, arduino тақтасындағы қайта іске қосу түймесі бар қайта іске қосу дисплейі үшін Adafruit_HTU21DF htu = Adafruit_HTU21DF (); Adafruit_TSL2591 tsl = Adafruit_TSL2591 (2591); // сенсор идентификаторы үшін нөмірді енгізіңіз (кейінірек пайдалану үшін) uint32_t lum; uint16_t ir, толы; int ulux; қалқыма люкс; қалқу температурасы; rel_hum қалтқысыз; float mag_arcsec2; // visual mags/arcsecond² [mag/arcsec2 мәні] = Log10 ([cd/m2 мәнінде/108000)/-0.4 // таңбалар // Цельсий шкаласы үшін белгісіз таңба дәрежесі PROGMEM = {0xe, 0x11, 0x11, 0x11, 0xe, 0x0, 0x0, 0x0; // exponent 2 const unsigned char exponent PROGMEM = {0xe, 0x1b, 0x3, 0x6, 0xc, 0x18, 0x1f, 0x0}; // 'moon_logo', 128x64px const unsigned char intro PROGMEM = {0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfe, 0x3f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xc1, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf0, 0x3f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff. 0xff, 0xff, 0xff, 0xc0, 0xff, 0xfd, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x01, 0xff, 0xfd, 0xff 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfe, 0x03, 0xff, 0xc0, 0x3f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff. 0xfc, 0x07, 0xff, 0xe0, 0x7f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf0, 0x07, 0xff, 0xf8, 0xff, 0xff, 0xff 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xe0, 0x0f, 0xff, 0xf0, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xc0, 0x0f, 0xff, 0x77, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff., 0x80, 0x1f, 0xbe, 0x7f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x80, 0x1f, 0xcc, 0xff, 0xff, 0x8f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x00, 0x3f, 0xc0, 0xff, 0xff, 0x1f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xc0, 0xff, 0xff, 0x8f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfe, 0x00, 0x3f, 0xe0, 0x7f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfc, 0x00, 0x3f, 0x80, 0x1f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf8, 0x00, 0x3f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf8, 0x00, 0x3f, 0xf1, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff., 0xff, 0xff, 0xf0, 0x00, 0x3f, 0xf9, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x ff, 0xff, 0xf0, 0x00, 0x3f, 0xfb, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf0, 0x00, 0x3f, 0xff, 0xff 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xe0, 0x0f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff 0xe0, 0x18, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xe0, 0x60, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xe0, 0x00, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xe7, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xe1, 0xe7, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xc0, 0x00, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xe0, 0x07, 0xff 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xc0, 0x18, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xe0, 0x0f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xx0, 0xff 0xff, 0xff, 0xe0, 0x0f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xc0, 0x48, 0x7f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xc0, 0x1f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xc0, 0x80, 0x3f, 0xff, 0xff, 0xff, 0x00, 0x1f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff. 0xff, 0xff, 0xc0, 0xc4, 0x1f, 0xff, 0xff, 0xfc, 0x00, 0x0f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xc0, 0x60, 0x0f, 0xff, 0xff 0x0f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xc0, 0xf0, 0x03, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf0, 0x07, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff 0xc0, 0x00, 0x00, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf0, 0xe3, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xc0, 0x00, 0x00, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xc0, 0x00, 0x01, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf1, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff 0x43, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfb, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xe0, 0x00, 0x4f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfb, 0xff, 0xff 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xe0, 0x00, 0x5f, 0xff, 0xff, 0x03, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf0, 0x00, 0x3f, 0xff, 0xff, 0x87, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf0, 0x00, 0x00, 0xcf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf0, 0x00, 0x01, 0xff, 0xff, 0xb7, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff., 0xff, 0xff, 0xf8, 0x00, 0x01, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf8, 0x00, 0x03, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfc, 0x01, 0x0f, 0x3f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff., 0xfc, 0x01, 0xfe, 0x3f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfe, 0x00, 0x00, 0x3f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff., 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x1f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff., 0x00, 0x0f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x80, 0x 00, 0x0f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xc0, 0x00, 0x03, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xe0, 0x00, 0x01, 0xff, 0xff, 0xfd, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf, 0xf 0x7f, 0xff, 0xf3, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf8, 0x00, 0x00, 0x1f, 0xff, 0xc7, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff. 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfc, 0x00, 0x00, 0x00, 0xfc, 0x0f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00. 0x1f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x7f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff. 0xff, 0xff, 0xff, 0xe0, 0x00, 0x00, 0x00, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xf8, 0x00, 0x00, 0x03, 0x00 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfe, 0x00, 0x00, 0x1f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xe0, 0x01, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff}; void setup () {// htu21d htu.begin (); // tsl2591 sensor_t сенсоры; tsl.getSensor (& сенсор); tsl.setGain (TSL2591_GAIN_MAX); // MAX, HIGH MED, LOW, tsl.setTiming (TSL2591_INTEGRATIONTIME_600MS); // 100MS, 200 MS, 300MS, 400MS, 500MS, 600MS // дисплейдің дисплейін орнату.begin (SSD1306_SWITCHCAPVCC, OLED_ADDR); display.clearDisplay (); display.display (); display.drawBitmap (0, 0, кіріспе, 128, 64, АҚ); display.display (); кешіктіру (1000); display.setTextSize (1); display.setTextColor (АҚ); display.setFont (& FreeSerif9pt7b); display.clearDisplay (); } void loop () {lux = 0; ulux = 0; mag_arcsec2 = 0; температура = 0; rel_hum = 0; кешіктіру (100); lum = tsl.getFullLuminosity (); ir = lum >> 16; толық = lum & 0xFFFF; кешіктіру (100); lux = tsl.calculateLux (толық, ир); // microlux ulux ішіндегі жарық қарқындылығы = lux*1000000; егер (ulux <0) {ulux = 0; } mag_arcsec2 = log10 (lux/108000)/-0,4; // (log ((ulux/108000)) /(-0.4) temp = htu.readTemperature (); rel_hum = htu.readHumidity (); display_values ();} void display_values () {//display.drawPixel(120, Display.clearDisplay (); display.setCursor (1, 15); display.print (temp); display.drawBitmap (42, 2, дәреже, 8, 5, WHITE); display.setCursor (50, Display.print («C»); display.setCursor (70, 15); display.print (rel_hum); display.setCursor (114, 15); display.print («%»); display.drawLine (1, 20, 127, 20, АҚ); display.drawLine (67, 1, 67, 20, АҚ); display.setCursor (1, 35); display.print («ulux =»); display.setCursor (50, 35); display.print (ulux); display.setCursor (1, 55); display.print («mag/arsec»); display.drawBitmap (70, 45, экспонент, 8, 8, АҚ); дисплей. setCursor (83, 55); display.print (mag_arcsec2); display.display ();}

7 -қадам: Ішінде

Мен жеке корпус жасаймын және сіз көріп тұрғандай дупонды кабельдері бар тақтаны қолданамын.

Мен USB40 кабелімен батареяны зарядтау үшін TP4056 қолданамын (swtich dip jumper қажет).

Қосу/өшіру үшін мен секіргішті қолданамын.

Күндізгі жарық үшін TSL2591 0 және mag/arcsec2 nan көрсетеді.

Түнгі аспан үшін TSL2591 0 -ден 1000 000 microlux (ulux) және сәйкес mag/arcsec2 көрсетуі керек

(шамамен 14-22 маг/арсек2).

FullMoon үшін мен 50k ulux өлшедім, ол 0,05 люкс.