Проектирование функциональной схемы метеостанции с беспроводным интерфейсом для интеграции в систему домашней автоматизации

В статье целью исследования является предложение метеостанции с беспроводным интерфейсом. Актуальность исследования обусловлена тем, что существующие полезные устройства и технические решения, предназначенные для измерения и индикации параметров микроклимата, не имеют интерфейсов микропроцессорных взаимодействий, в результате чего обладают низкой степенью интеграции в системы домашней автоматизации и, как следствие, не отвечают современным требованиям к устройствам промышленной электроники. Решением данной проблемы является проектирование метеостанции с беспроводным интерфейсом.

Ключевые слова: метеостанция, беспроводной интерфейс Bluetooth, системы домашней автоматизации, полезное устройство, микроконтроллер.

На данном уровне научно-технического прогресса мировым сообществом повсеместно используются различные полезные устройства и технические решения для автоматизации тех или иных видов деятельности. Так, например, на экономических субъектах промышленной направленности автоматизируются средства и методы решения производственных задач в рамках единого технологического цикла. Подобным образом производится повсеместная автоматизация работы различных бытовых приборов.

На данный момент многие современные устройства проектируются согласно принципам домашней автоматизации, в рамках чего бытовые приборы обязательно должны обладать тем или иным интерфейсом микропроцессорных взаимодействий, чтобы обеспечивалась их упрощенная интеграция в полноценную систему. Актуальность следования данным принципам при проектировании бытовых устройств обусловлена тем, что разнотипные приборы могут дополнять функционал друг друга при интеграции в единую систему автоматизации. Например, устройства мониторинга и контроля параметров микроклимата в помещениях могут дополнять систему отопления в доме, обеспечивая комплексный подход к управлению нагревателями (и/или потоками теплоносителей в контурах теплого пола).

Метеостанция является одним из полезных устройств промышленной электроники, функциональность которых заключается в мониторинге параметров микроклимата (к основным параметрам можно отнести температуру, влажность и атмосферное давление). Целью настоящего исследования является предложение метеостанции с беспроводным интерфейсом для возможности упрощенной интеграции в системы домашней автоматизации. Актуальность исследования обусловлена тем, что существующие полезные устройства и технические решения не могут в полной мере обеспечить упрощенную интеграцию в системы домашней автоматизации (или имеют высокую стоимость при наличии данных функций). Одним из очевидных решений обозначенной проблемы является проектирование простой метеостанции с беспроводным интерфейсом (например, Bluetooth , как наиболее распространённый в системах домашней автоматизации).

Предлагаемое устройство должно реализовывать следующие функции:

1. Измерение температуры в диапазоне от -30 до + 45 °С .
2. Измерение относительной влажности в диапазоне от 0 до 100 %.
3. Измерение атмосферного давления в диапазоне от 300 до 1100 hPa .
4. Обеспечение визуализации результатов измерений с помощью индикатора буквенно-цифровой информации.
5. Обеспечение беспроводной передачи данных ( Bluetooth ).

Функциональная схема предлагаемого устройства, удовлетворяющего обозначенных техническим и функциональным характеристикам, представлена на рис. 1. Основу работы устройства составляет микроконтроллер семейства AVR [1].

Основные элементы устройства представлены:

1. Датчиком влажности и температуры, необходимым для выполнения требований (1) и (2). В качестве датчика предполагается использование модуля DHT-22, информационный обмен с которым осуществляется по последовательному интерфейсу микропроцессорных взаимодействий 1-Wire.
2. Датчиком для измерения атмосферного давления, удовлетворяющего требованию (3), связь с которым организуется с использованием последовательного интерфейса I2C.
3. Текстовым ЖКИ для визуального предоставления результатов измерений в виде буквенно-цифровой информации (требование 4), управление реализуется с использованием 4-битной шины данных.
4. Bluetooth -модуль [2], необходимый для выполнения требования (5). При этом возможно подключение как смартфона (один из наиболее распространённых в настоящее время электронных девайсов), так и системы домашней автоматизации. Модуль представляет собой преобразователь интерфейсов: из последовательного интерфейса UART в беспроводной интерфейс Bluetooth и обратно.
5. Цепь питания, представляющая собой цепочку AC/DC преобразователя для получения напряжения постоянного тока +5 В (питание микроконтроллера, ЖКИ и датчика влажности и температуры) при использовании в качестве источника питания сетевого напряжения 230 В, а также DC/DC преобразователя — понижение постоянного напряжения +5 В в напряжение +3,3 В (питание Bluetooth -модуля и датчика атмосферного давления).

Таким образом, была предложена метеостанция с беспроводным интерфейсом, представленная соответствующей функциональной схемой, на которой отражены особенности интерфейсов взаимодействий и организация цепи питания.

Литература:

1. Мартин Т. Микроконтроллеры Atmega. Семейство микроконтроллеров AVR. Вводный курс. — М.: изд. Додэка-XXI, 2010. — 296 с.
2. Таненбаум Э., Уэзеролл Д. Беспроводные сети. 5-е изд. — М.: Техносфера, 2016. — 323 с: ил.