Сначала короткая предыстория появления этого поста. Относительно давно, помигав светодиодом, захотелось сделать что-то полезное. Так появился Беспроводной программируемый по Wi-Fi комнатный термостат с монитором качества воздуха и другими полезными функциями. Как назло, в это время перестал работать мой промышленный термостат. Меня выручил еще сырой макет, наспех спрятанный в картонную коробочку. За время отопительного сезона напрягал лишь один недостаток прототипа – это необходимость таскать по квартире удлинитель 220В и кабель, который всегда путался под шваброй ногами. Поэтому решил сделать нечто похожее, но автономное, притом, с питанием от батареек, как в серийном образце.

Понятно, что на потреблении устройства в целом сказывается слишком много факторов таких, как энергопотребление подключенных модулей, потребление самого контроллера, который управляет периферией, не последнюю роль тут играет оптимальное построение самого кода и алгоритм работы устройства.

Приступая к задаче, для меня было очевидно одно – вряд ли программы промышленных автономных устройств составлены на платформе Arduino IDE. Где все спрятано в громоздкие тяжеловесные библиотеки, а простые коды (скетчи) занимают в редакторе несколько десятков строк, делая работу в этой среде комфортной и не требующей особых усилий. Уточню сразу – дальше речь о выборе языка программирования между Ардуино, Си или Ассемблером. "Язык Ардуино"- это сленг для краткости. Нет такого языка программирования. Если увидите тут и дальше "язык Ардуино", то — это "Arduino IDE — интегрированная среда разработки для Windows, MacOS и Linux, разработанная на Си и C ++"(Википедия).

Еще донедавна мне не удавалось найти в Интернете любительскую метеостанцию с питанием от батареек. Я имею ввиду бытовую автономную метеостанцию с измерениями параметров в помещении, на улице и отображением информации на дисплее метеостанции. Любители не заморачиваются на этой проблеме, а питают свои автономные девайсы от солнечных батарей, аккумуляторов и т.п. Уточню — проблема касается только одного из узлов метеостанции — базы, а первые проекты малогабаритных беспроводных автономных выносных датчиков на Ардуино появились 10 лет назад. Вместе с тем, промышленные устройства такого плана — бытовые метеостанции, комнатные термостаты годами работают от пары батареек АА и этот факт является той целью, которой хотелось бы достичь.

Это было донедавна. Несколько дней назад меня поразил очередной проект @Berkseo, как поражают все его проекты: "Беспроводная мини погодная станция с e-paper экраном на батарейках". Тут все на уровне промышленных бытовых метеостанций, за исключением одного момента — в устройстве нет внешнего датчика.

Полтора года назад разместил статью Автономная метеостанция на контроллере ATMEGA328P и питанием от батареек с беспроводным выносным датчиком. Хотя прототип и выполнял свои функции, но имел серьезные недостатки — слишком малая частота обновления данных и большое энергопотребление.

Ниже — новая версия метеостанции с другими алгоритмами, элементной базой и кодом с низкоуровневыми вставками. Все это позволило выйти на время работы метеостанции от одного комплекта батареек даже несколько больше, чем гарантируют производители некоторых товаров такого плана.

Многие испытывают трудности при соединении по эфиру радиомодулей nRF24L01. Об этом свидетельствует тема на форуме Амперки, открытая в конце 2014г. За пять с небольшим лет в теме накопилось более 120(!) страниц. Это при том, что автор темы не просто обозначил проблему, а поделился своим трехнедельным опытом победного для него боя. Кроме того, он тут же — в первом сообщении создал навигатор по страницам темы, где приводит ссылки на решения проблемы другими.

Я тоже не из тех счастливчиков, которым легко удалось связать радиомодули. Ниже — мой подход к решению проблемы.

Модули nRF24L01 работают в полудуплексном режиме. Это как разговор по рации: каждый из корреспондентов в один момент времени либо говорит, либо слушает. То есть, каждый из двух узлов работает в режиме и приемника и передатчика: передатчик, отправив сообщение ждет на подтверждение приема сообщения со стороны приемника.

Как правило, все тесты, которые мне встречались в Инете, сводятся к проверке работы и качества связи пары радиомодулей в полнофункциональном режиме, когда передатчик, послав пакет, ждет на подтверждение приема пакета приемником.

Я же разделил эту задачу на несколько простых задачек. Вначале модули проверяются на работоспособность и правильность подключения (шаг 1), затем один из пары работающих радиомодулей тестируется на работу в режиме передатчика без ожидания отклика с приемника (шаг 2) и последний этап — улучшение качества связи в этой связке передатчик-приемник (шаг 3).

Для общего представления — картинка с прототипом:

Итак ...

Совершенствуя свой комнатный термостат, о котором писал раньше, я задался целью дополнить его беспроводным датчиком температуры для измерения температуры воздуха на улице, собрать термостат с питанием от батареек и заменить модули приемник-передатчик RF 433MHz другой парой радиомодулей с большей дальностью связи при напряжении питания не более 3В. По ходу решения этих задач вырисовалась автономная метеостанция, речь о которой пойдет ниже.

Тем, кто тут впервые, советую сразу перейти сюда. Тут — новая версия метеостанции.

В свое время мне понравился монитор качества воздуха из публикации Сергея Сильнова «Компактный монитор домашнего воздуха (CO2, температура, влажность, давление) с Wi-Fi и мобильным интерфейсом».

В мониторе качества воздуха (далее – монитор) из проекта Сергея информация с датчиков температуры, влажности, давления, содержания СО2 в воздухе обрабатывается контроллером ESP8266 и отображается на монохромном экране несколькими кадрами. Кроме того, в мониторе через форму в браузере сохраняется в памяти ESP8266 ключ идентификации сервиса Blynk и автоматически отправляются данные на Blynk.

Монитор имел одну серьезную проблему: он зависал при выключении-включении или даже «промигивании» напряжения питания монитора.

Я повторил проект с несущественными изменениями, а для устранения зависаний монитора добавил в схему альтернативное питание. Простое, как грабли: обмотка реле находилась под напряжением адаптера AC/DC, а контакты реле переключали питание с адаптера на батарейки, когда исчезало напряжение в сети 220В.

Мой мнимый успех продержался до первого длительного отключения электроэнергии в доме (у нас такое бывает). Дешевые батарейки разрядились раньше, чем появилось напряжение в розетках, а я вернулся к отправной точке.

После того, как наступил на свои же грабли, решил не искать простых решений.

В системе автономного отопления моей квартиры работает выпускаемый серийно беспроводной комнатный термостат. Система, конечно, функционирует и без него: термостат был приобретен для экономии расхода газа и повышения комфорта.

Вещь очень полезная, но, на мой взгляд, несколько морально устаревшая. Было решено собрать нечто похожее на купленный термостат, добавив для начала в макет термостата более удобную настройку и подключение к Интернету.

Что в результате получилось – читайте дальше. Надеюсь, кроме меня проект будет интересен другим.