🔬 Разработка мобильной станции экологического мониторинга

1🔬 Сенсоры → 🧠 Микроконтроллер → 📱 Дисплей
2              ↓
3📡 Беспроводная связь → 💻 Компьютер → 📊 Анализ → 🗂️ База данных

 1DHT22 (Температура/Влажность):
 2├─ VCC → 5V
 3├─ GND → GND
 4└─ DATA → Pin 2
 5
 6BH1750 (Освещенность):
 7├─ VCC → 3.3V
 8├─ GND → GND
 9├─ SCL → A5
10└─ SDA → A4
11
12MQ-135 (Качество воздуха):
13├─ VCC → 5V
14├─ GND → GND
15└─ AOUT → A0
16
17LCD I2C (Дисплей):
18├─ VCC → 5V
19├─ GND → GND
20├─ SCL → A5
21└─ SDA → A4
22
23HC-05 (Bluetooth):
24├─ VCC → 5V
25├─ GND → GND
26├─ TX → Pin 8
27└─ RX → Pin 9

1Эталон: 22.0°C → Датчик: 21.5°C
2Эталон: 5.0°C → Датчик: 4.8°C
3Эталон: 40.0°C → Датчик: 39.2°C
4
5K = (40.0 - 5.0) / (39.2 - 4.8) = 35.0 / 34.4 = 1.017
6B = 5.0 - 1.017 × 4.8 = 0.118
7
8Формула: T_cal = T_sensor × 1.017 + 0.118

 1// Основные блоки программы
 2void setup() {
 3    // Инициализация датчиков и модулей
 4}
 5
 6void loop() {
 7    // Основной цикл работы
 8    readSensors();      // Чтение датчиков
 9    processData();      // Обработка данных
10    displayData();      // Отображение на LCD
11    sendData();         // Передача по Bluetooth
12    delay(interval);    // Пауза между измерениями
13}

 1// Скользящее среднее для сглаживания
 2float movingAverage(float newValue, float oldAverage, int n) {
 3    return (oldAverage * (n-1) + newValue) / n;
 4}
 5
 6// Медианный фильтр для удаления выбросов
 7float medianFilter(float values[], int size) {
 8    // Сортировка массива
 9    for (int i = 0; i < size-1; i++) {
10        for (int j = i+1; j < size; j++) {
11            if (values[i] > values[j]) {
12                float temp = values[i];
13                values[i] = values[j];
14                values[j] = temp;
15            }
16        }
17    }
18    return values[size/2];  // Возврат медианы
19}

 1void displayData() {
 2    lcd.clear();
 3    
 4    // Первая строка: Температура и влажность
 5    lcd.setCursor(0, 0);
 6    lcd.print("T:");
 7    lcd.print(temperature, 1);  // 1 знак после запятой
 8    lcd.print("C H:");
 9    lcd.print(humidity, 0);     // Без дробной части
10    lcd.print("%");
11    
12    // Вторая строка: Освещенность и качество воздуха
13    lcd.setCursor(0, 1);
14    lcd.print("L:");
15    if (lightLevel < 1000) {
16        lcd.print((int)lightLevel);
17    } else {
18        lcd.print(lightLevel/1000.0, 1);
19        lcd.print("k");
20    }
21    lcd.print(" A:");
22    lcd.print(airQuality);
23}

 1void sendData() {
 2    String jsonData = "{";
 3    jsonData += "\"timestamp\":" + String(millis()) + ",";
 4    jsonData += "\"temperature\":" + String(temperature, 2) + ",";
 5    jsonData += "\"humidity\":" + String(humidity, 1) + ",";
 6    jsonData += "\"light\":" + String(lightLevel, 0) + ",";
 7    jsonData += "\"airQuality\":" + String(airQuality);
 8    jsonData += "}";
 9    
10    bluetooth.println(jsonData);
11    Serial.println(jsonData);  // Дублирование в консоль для отладки
12}

1void sendDataCSV() {
2    String csvData = String(millis()) + "," +
3                     String(temperature, 2) + "," +
4                     String(humidity, 1) + "," +
5                     String(lightLevel, 0) + "," +
6                     String(airQuality);
7    
8    bluetooth.println(csvData);
9}

 1import serial
 2import matplotlib.pyplot as plt
 3import json
 4from collections import deque
 5import time
 6
 7class EcoMonitor:
 8    def __init__(self, port='COM5', baudrate=9600):
 9        self.serial_connection = serial.Serial(port, baudrate)
10        self.data_buffer = {
11            'time': deque(maxlen=100),
12            'temperature': deque(maxlen=100),
13            'humidity': deque(maxlen=100),
14            'light': deque(maxlen=100),
15            'air_quality': deque(maxlen=100)
16        }
17        
18    def read_data(self):
19        """Чтение данных с Arduino"""
20        if self.serial_connection.in_waiting:
21            raw_data = self.serial_connection.readline().decode().strip()
22            try:
23                # Парсинг JSON или CSV данных
24                data = json.loads(raw_data)
25                return data
26            except:
27                # Fallback для CSV формата
28                values = raw_data.split(',')
29                if len(values) == 5:
30                    return {
31                        'timestamp': int(values[0]),
32                        'temperature': float(values[1]),
33                        'humidity': float(values[2]),
34                        'light': float(values[3]),
35                        'airQuality': int(values[4])
36                    }
37        return None

 1def setup_plots(self):
 2    """Настройка графических окон"""
 3    self.fig, self.axes = plt.subplots(2, 2, figsize=(12, 8))
 4    self.fig.suptitle('Мониторинг окружающей среды')
 5    
 6    # Настройка каждого графика
 7    self.axes[0,0].set_title('Температура (°C)')
 8    self.axes[0,0].set_ylim(0, 50)
 9    self.axes[0,0].grid(True)
10    
11    self.axes[0,1].set_title('Влажность (%)')
12    self.axes[0,1].set_ylim(0, 100)
13    self.axes[0,1].grid(True)
14    
15    self.axes[1,0].set_title('Освещенность (lx)')
16    self.axes[1,0].set_yscale('log')  # Логарифмический масштаб
17    self.axes[1,0].grid(True)
18    
19    self.axes[1,1].set_title('Качество воздуха')
20    self.axes[1,1].set_ylim(0, 1023)
21    self.axes[1,1].grid(True)
22    
23    plt.tight_layout()
24    plt.ion()  # Интерактивный режим

 1THRESHOLDS = {
 2    'temperature': {'min': 18, 'max': 26},      # Комфортная температура
 3    'humidity': {'min': 40, 'max': 60},         # Оптимальная влажность
 4    'light': {'min': 200, 'max': 1000},         # Достаточное освещение
 5    'air_quality': {'min': 0, 'max': 300}       # Приемлемое качество воздуха
 6}
 7
 8def check_alerts(self, data):
 9    """Проверка превышения пороговых значений"""
10    alerts = []
11    
12    for param, value in data.items():
13        if param in THRESHOLDS:
14            threshold = THRESHOLDS[param]
15            if value < threshold['min']:
16                alerts.append(f"⚠️ {param}: {value} ниже нормы ({threshold['min']})")
17            elif value > threshold['max']:
18                alerts.append(f"🚨 {param}: {value} выше нормы ({threshold['max']})")
19    
20    return alerts

1□ DHT22 подключен к Pin 2 (проверить питание 5V)
2□ BH1750 подключен к I2C (SDA/SCL, питание 3.3V)
3□ MQ-135 подключен к A0 (питание 5V, прогрев 24ч)
4□ LCD I2C подключен к I2C (адрес 0x27, питание 5V)
5□ HC-05 подключен к Pin 8/9 (питание 5V)
6□ Все GND соединены с общей землей
7□ Питание подается от стабилизированного источника
8□ Проводка аккуратная, соединения надежные

 1#include <DHT.h>
 2#include <Wire.h>
 3#include <BH1750.h>
 4#include <LiquidCrystal_I2C.h>
 5#include <SoftwareSerial.h>
 6
 7// Конфигурация пинов
 8#define DHT_PIN 2
 9#define DHT_TYPE DHT22
10#define MQ135_PIN A0
11#define BT_RX 8
12#define BT_TX 9
13
14// Инициализация объектов
15DHT dht(DHT_PIN, DHT_TYPE);
16BH1750 lightMeter;
17LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
18SoftwareSerial bluetooth(BT_RX, BT_TX);
19
20// Переменные данных
21struct SensorData {
22    float temperature;
23    float humidity;
24    float light;
25    int airQuality;
26    unsigned long timestamp;
27};
28
29SensorData currentData;
30
31void setup() {
32    // TODO: Инициализация всех компонентов
33}
34
35void loop() {
36    // TODO: Основной цикл работы
37}

 1void readSensors() {
 2    // Чтение температуры и влажности
 3    currentData.temperature = dht.readTemperature();
 4    currentData.humidity = dht.readHumidity();
 5    
 6    // Проверка на ошибки DHT22
 7    if (isnan(currentData.temperature) || isnan(currentData.humidity)) {
 8        Serial.println("Ошибка чтения DHT22!");
 9        return;
10    }
11    
12    // Чтение освещенности
13    currentData.light = lightMeter.readLightLevel();
14    
15    // Чтение качества воздуха
16    currentData.airQuality = analogRead(MQ135_PIN);
17    
18    // Временная метка
19    currentData.timestamp = millis();
20    
21    // Применение калибровочных коэффициентов
22    applyCalibration();
23}
24
25void applyCalibration() {
26    // TODO: Применить коэффициенты калибровки
27    currentData.temperature *= TEMP_CALIBRATION;
28    currentData.humidity *= HUMIDITY_CALIBRATION;
29    currentData.light *= LIGHT_CALIBRATION;
30}

 1void displayData() {
 2    lcd.clear();
 3    
 4    // Строка 1: T:25.3C H:45%
 5    lcd.setCursor(0, 0);
 6    lcd.print("T:");
 7    lcd.print(currentData.temperature, 1);
 8    lcd.print("C H:");
 9    lcd.print((int)currentData.humidity);
10    lcd.print("%");
11    
12    // Строка 2: L:1250 A:245
13    lcd.setCursor(0, 1);
14    lcd.print("L:");
15    if (currentData.light < 1000) {
16        lcd.print((int)currentData.light);
17    } else {
18        lcd.print(currentData.light/1000, 1);
19        lcd.print("k");
20    }
21    
22    lcd.print(" A:");
23    lcd.print(currentData.airQuality);
24}

 1void sendData() {
 2    // JSON формат для структурированной передачи
 3    String jsonString = "{";
 4    jsonString += "\"time\":" + String(currentData.timestamp) + ",";
 5    jsonString += "\"temp\":" + String(currentData.temperature, 2) + ",";
 6    jsonString += "\"hum\":" + String(currentData.humidity, 1) + ",";
 7    jsonString += "\"light\":" + String(currentData.light, 0) + ",";
 8    jsonString += "\"air\":" + String(currentData.airQuality);
 9    jsonString += "}";
10    
11    // Отправка через Bluetooth
12    bluetooth.println(jsonString);
13    
14    // Дублирование в Serial для отладки
15    Serial.println(jsonString);
16}

 1# Быстрый тест приема данных
 2import serial
 3import json
 4
 5ser = serial.Serial('COM5', 9600)  # Замените на ваш порт
 6
 7for i in range(10):  # Прочитать 10 измерений
 8    if ser.in_waiting:
 9        data = ser.readline().decode().strip()
10        try:
11            parsed = json.loads(data)
12            print(f"T: {parsed['temp']}°C, "
13                  f"H: {parsed['hum']}%, "
14                  f"L: {parsed['light']}lx, "
15                  f"A: {parsed['air']}")
16        except:
17            print(f"Raw data: {data}")