Station météo

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Le projet Station météo a été réalisé par le bureau de l'ISEN Engineering en 2016. Ce projet consiste en la réalisation d'une station météo sans fils, permettant d'afficheur plusieurs paramètres. Ce projet est basé sur la technologie Opensource Arduino.

Description du projet

Élément intérieur

L'élément intérieur est destiné à afficher les informations météo de l'environnement intérieur et extérieur. Il est donc doté de :

  • Un écran lcd pour l'affichage
  • Un capteur de température/humidité pour l’environnement intérieur
  • Un module RTC pour conserver la date et l'heure sans alimentation
  • Un récepteur RF pour communiquer avec l'élément extérieur
  • Un arduino nano pour contrôler le tout

Les éléments sont reliés sur l'arduino par l'intermédiaire d'un circuit imprimé, et fixés dans un boîtier esthétique. Une pile permet d'alimenter le montage.

Élément extérieur

L'élément extérieur est uniquement destiné à relever les paramètres de l'environnement extérieur. Il est donc doté :

  • Une girouette pour déterminer la vitesse du vent
  • Un capteur de température/humidité pour l’environnement extérieur
  • Un émetteur RF pour communiquer avec l'élément intérieur
  • Un arduino nano pour contrôler le tout

Les éléments sont reliés sur l'arduino par l'intermédiaire d'un circuit imprimé, et fixés dans un boîtier. Une pile permet d'alimenter le montage.

Réalisation du projet

Élément intérieur

L'écran choisi est un 4*20 caractères rétro-éclairé permettant d'afficher toutes les informations. Chacune des pattes est soudée à une petite carte avec une puce PCF8574 qui fait la conversion parallèle / I2C afin d’économiser les E/S de l'arduino. Il reste donc à connecter à l'arduino l'alimentation de l'écran et les broches SDA et SCL du convertisseur (A4 (SDA) et A5 (SCL)).

Lcd4x20.jpg I2c lcd.jpg

Afin de récupérer la température et l'humidité intérieure on utilise un capteur DHT11 sous forme de breakout ou seul. Le capteur DHT11 est lui capable de mesurer des températures de 0 à +50°C avec une précision de +/- 2°C et des taux d'humidité relative de 20 à 80% avec une précision de +/- 5%. Une mesure peut être réalisée toutes les secondes.

Le composant seul dispose de 4 broches, avec seulement 3 utilisées. Il faut ajouter une résistance de tirage de 4.7K ohms entre la broche 1 et 2. DHT11.png

Sous forme de breakout, il suffit de le connecter à une broche d'E/S digital de l'arduino et de l'alimenter. DHT11 module.jpg

Afin d'afficher l'heure et la date sur l'écran, il faut que l'arduino puisse être alimenté en permanence, car il ne dispose pas de pile se sauvegarde comme un ordinateur. On va donc ajouter un module RTC DS1307 qui va permettre de conserver la date et l'heure même si l'arduino est éteint. Il dispose de 5 broches avec 4 seulement utilisées, les deux broches d'alimentation et les broches I2C qui se connectent en parallèle de l'écran, sur A4 et A5 de l'arduino. RTC.jpg

Le module récepteur RF 433MHz permet de recevoir les informations de l'élément extérieur. Il dispose de 4 broches dont seules 3 utilisées. La broche DATA et l'alimentation (Les signaux en entrée de la broche DATA de l'émetteur et en sortie de la broche DATA du récepteur sont de type logique TTL tout ou rien, 0 volt ou 5 volts). Il suffit donc de le relier à une broche E/S digital de l'arduino.

Recepteur RF.jpg


L'arduino choisi est un nano, pour sa petite taille, et la possibilité de le connecter facilement à un circuit imprimé. N'hésitez pas à consulter la documentation de la carte : Arduino nano

Le schéma complet du récepteur intérieur :

Station meteo int.png

Le PCB réalisé permet de connecter tous les éléments, les fichiers sont disponibles dans l'archive à la fin de l'article.

Le boîtier, un assemblage de contreplaqué de 5mm a été réalisé avec inkscape, puis laqué.

Élément extérieur

Afin de récupérer la température et l'humidité extérieure on utilise un capteur DHT11, identique à celui du module intérieur.

Le module émetteur RF 433MHz permet d'envoyer les informations à l'élément intérieur. Il dispose broches dont seules 3 utilisées. La broche DATA et l'alimentation.Il suffit donc de le relier à une broche E/S digital de l'arduino.

Emetteur RF.jpg

La girouette est un cylindre en bois dans lequel un aimant fixé sur un disque tourne autour d'un axe où sont fixés les godets. A chaque tour, l'aimant passe sur le capteur ILS et déclenche une impulsion électrique. On peut ainsi compter le nombre de tours effectué par la girouette en fonction du temps et déduire la vitesse du vent. Une résistance de tirage de 1k est ajoutée.

Capteur ils.png

L'arduino choisi est un nano, pour sa petite taille, et la possibilité de le connecter facilement à un circuit imprimé. N'hésitez pas à consulter la documentation de la carte : Arduino nano

Le schéma complet de l'emmeteur extérieur :

Station meteo ext.png

Améliorations

Le projet servant essentiellement à des évènements de promotion de notre association, il est alimenté par des piles, mais il est très facile d'ajouter un adaptateur secteur de 9v sur le module intérieur, consommateur à cause de l'écran. Cependant, l'élément extérieur peut rester longtemps alimenter par la pile, car peu consommateur. On peut modifier le code de l'élément extérieur en diminuant la fréquence des mesures et passer l'arduino en mode low power.

Un boitier étanche doit être réalisé pour l'élément extérieur et la girouette, imprimé en 3D par exemple.

Une antenne et des éléments RF de meilleure qualité peuvent être utilisés pour une application finale.

Des capteurs peuvent être facilement ajoutés sur les deux éléments, comme une girouette, un capteur de pression... Il suffit de trouver la place sur l'écran, et de concaténer les informations dans la chaîne transmise par l'élément extérieur.


Faites-le vous même !

Les fichiers du projet sont disponibles dans cette archive zip : Media:Station_meteo.zip. Elle contient les fichiers Eagle des deux éléments, les fichiers 3D et svg pour les différentes pièces, et le code arduino des deux éléments. Ces fichiers sont tous libres de droits :)


Pierre-Frédérick DENYS