метеостанция новая с правильными рамками 2. Разработка действующей модели метеостанци

• Название: Разработка действующей модели метеостанци
• Дата: 29.03.2023
• Размер: 444.45 Kb.
• Имя файла: метеостанция новая с правильными рамками 2.docx
• Тип: Курсовой проект; #1024579

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ГОРОДА МОСКВЫ

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение города Москвы

«КОЛЛЕДЖ ИНДУСТРИИ ГОСТЕПРИИМСТВА И МЕНЕДЖМЕНТА № 23»

(ГБПОУ КИГМ № 23)

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

MДК.02.02. MДК 02.01 Микропроцессорные системы

Тема: Разработка действующей модели метеостанци

Выполнил студент		Шевченко Анастасия Алексеевна
		специальность 09.02.01 Компьютерные системы и комплексы группа 41­­_КСК
Руководитель		Лукьянчиков Максим Александрович

Содержание

Введение

Домашняя метеостанция появилась сравнительно недавно. Предками бытовых метеостанций являются обыкновенные барометры. Функциональность домашней метеостанции аналогична метеостанции, только гораздо меньше данных обрабатывается с одного или нескольких датчиков, установленных за окном и в других помещениях. Домашняя метеостанция показывает температуру в помещении и на открытом воздухе, измеряет влажность, атмосферное давление и генерирует ежедневный прогноз погоды на основе обработки полученных данных. Они работают как от электрической сети, так и от сменных аккумуляторов. Регулирования и автоматизация многих промышленных процессов требует точного и достоверного измерения влажности. Управляемые микропроцессором датчик влажности и давления представляет собой универсальное решение для измерения влажности и давления в экстремальных условиях эксплуатации. Благодаря простое обслуживание обширному набору функций и возможности расширения эти датчики доказывают свою надежность в различных технологических процессах.

В данной курсовой работе мы изучим:

1. 
   Классификацию цифровых метеостанций;
   
2. 
   Дорожные метеорологические станции;
   
3. 
   Лесные метеорологические станции.
   

В практической части изучим:

1. 
   Принцип работы и устройство метеостанции;
   
2. 
   Принцип работы микронтроллера Arduino Uno;
   
3. 
   Принципы подключения экрана LCD;
   
4. 
   Датчик измерения давления BMP180;
   
5. 
   Датчик измерения температуры и влажности DHT22;
   
6. 
   Программирование контроллера Arduino.
   

Теоретическая часть

Метеостанции позволяют получать точную и подробную информацию о текущем состоянии и прогнозе погоды непосредственно на месте ее расположения. Прогноз погоды, основанный на традиционных средствах массовой информации, усредняется на довольно большой территории, хотя все знают об изменчивости погоды даже в пределах одного крупного города.

Портативная метеостанция состоит из двух основных компонентов: базы и выносного метеорологического датчика. Метеостанция, являющаяся базовой, находится в помещении на полке или в офисе на столе и информирует пользователя обо всех изменениях погоды снаружи и изменении температуры в помещении. Погодный датчик устанавливается за окном на улице и по беспроводной связи передает прогноз погоды на базу-метеостанцию, которая выводит данные на экран метеостанции. База метеостанции питается от сети или от батареек, в зависимости от модели; наружный датчик погоды питается от пальчиковой батарейки.

Основные функции метеостанции:

1. 
   Измерение температуры. Метеостанция измеряет температура с точностью до десятых внутри помещения и снаружи, получаея данные с выносного метеодатчика. Многие модели могут производить наблюдения и записывать все изменения температуры в электронный журнал по дате. Диапазон температур для комнатного датчика (встроенного в основание метеостанции) от -5°С до +50°С, для наружного наружного датчика от -40°С до +60°С;
   
2. 
   Измерение влажности. Влажность измеряется как внутри помещения, так и снаружи в диапазоне от 2% до 98%, выводится на экране метеостанции в числовых данных. Выявляют уровень комфорта при разнице температуры и влажности;
   

3. 
   Цифровой барометр. Подобно классическому аналоговому барометру домашняя метеостанция представляет собой прогноз погоды на день и отображает состояние неба в виде интуитивно понятных иконок (солнце, облака, переменная облачность с Солнцем, облачно, дождь, снег и т. д.). Метеостанция может помочь предотвратить образование льда, осадков в виде снега или дождя;
   
4. 
   Измерение атмосферного давления. Он выполнен с точностью до 1 мбар и отображается в виде графика за сутки.
   
5. 
   Анемометр. Измеряет направление и скорость ветра, данные поступают с удаленного погодного датчика за окном, а обработка данных измеряет температуру охлаждения ветра с погрешностью 1°с
   
6. 
   Измерение количества осадков. Он измеряет интенсивность осадков за сутки в мм/час и общую за 24 часа с записями в журнале.
   

Может показаться, что в связи с широким развитием "официальной" метеорологии отпала необходимость в домашних метеостанциях. Но на самом деле они могут предоставить информацию, о которой не сообщает ни один прогноз по радио, телевидению или Интернету. Дело в том, что стандартные прогнозы (даже если они полностью оправданы) являются чисто усредненными. А в пределах одного крупного города или района области (области) возможны весьма существенные отклонения. Домашняя метеостанция показывает, как будет развиваться погода в ближайшие несколько часов в определенной точке. Недостатком является то, что вам придется заплатить за такое устройство. Да, и вам нужно будет его настроить. Нет почти никакой пользы для незастроенной станции. Это означает, что вам придется разбираться в технических тонкостях и основных метеорологических терминах. Но это устройство станет незаменимым помощником для фермеров и рыбаков, охотников и егерей, водителей (и просто владельцев личного автомобиля), а также для многих других людей.
Назначение:

Используя домашнюю метеостанцию, можно не бояться внезапно попасть под дождь или обнаружить, что ночью ударил мороз и "побил" все садовые растения. С помощью этого устройства вы можете заранее оценить, как правильно одеваться перед выходом на работу или на длительную прогулку. Легко будет понять, стоит ли вечером основательно топить печи или ограничиться легкой разминкой. Мониторинг влажности воздуха в помещении позволит определить, насколько он соответствует гигиеническим нормам. Людям, чувствительным к изменениям атмосферного давления, также понравится крытая метеостанция — они смогут обнаружить эти изменения раньше, чем успеют повлиять на свое здоровье, и принять меры.

Способ установки:

Речь идет в первую очередь о разнице между проводными и беспроводными моделями. Кабельный вариант дешев и прост, но он не так прост в использовании, как кажется. Основной блок и датчик соединены с помощью специального кабеля. Его длина и возможность укладки в определенных местах определяют, где можно использовать такое устройство. Кроме того, вам придется проделать технологические отверстия в окнах или стенах. И еще один недостаток-варианты с дистанционным датчиком, подключенным через кабель, нельзя просто переместить в другое место.

Вид питания:

Самые дешевые метеостанции работают на батарейках. По большей части это мини-категория, которая позволяет экономить полезное пространство в доме. Обычно используются элементы питания формата АА. Мощность оборудования определяет время, затраченное на один комплект. В маломощных устройствах это может занять до 5-6 месяцев.
По принципу работы:

Аналоговая метеостанция сейчас встречается довольно редко. Причина в том, что она недостаточно точна из-за механических измерительных приборов и датчиков. Даже лучшие из этих показателей не отвечают современным требованиям. Но аналоговые метеостанции выглядят более солидными и надежными, чем цифровое оборудование. Часто они воспроизводят внешний вид старинного снаряжения, которое использовалось в эпоху парусного флота. По большей части это скорее сувениры, чем настоящее метеорологическое оборудование. Электронная метеостанция гораздо полезнее в повседневной жизни. Вместо стрелочных индикаторов здесь используются специальные дисплеи. Их разрешение достаточно велико, чтобы использовать устройство комфортно в темноте и при плохой видимости. Бюджетные модификации обычно оснащаются монохромными или черно-белыми экранами. В более дорогих версиях устанавливаются цветные мониторы.

По функциональности:

Все массовые метеостанции для дома изготавливаются сразу с барометром и гигрометром, а не только с термометром. Этот набор функций характерен даже для самых бюджетных экземпляров. Почти любое устройство также поставляется с часами. Потому что можно с успехом отказаться и от отдельных настольных часов, и от будильников. Можно также сказать, что стандартная функция теперь постепенно становится встроенным календарем. Дорогие модели более функциональны. Некоторые из них позволяют ознакомиться с историей давления, температуры и влажности, что полезно для личных метеорологических наблюдений. В премиум-сегменте принято подключать метеостанции к компьютерам и мобильным устройствам, в том числе и по беспроводным каналам. Некоторые устройства оснащены проекторами, которые отображают прогноз погоды на стенах и потолках.

1. 
   Классификация цифровых метеостанций.
   

Мы рассмотрим восемь видов метеостанций:

1. 
   Цифровая метеостанция с барометром;
   
2. 
   Термостаты;
   
3. 
   Термометры с измерением влажности;
   
4. 
   Термометры с датчиком;
   
5. 
   Цифровая метеостанция с беспроводным датчиком;
   
6. 
   Цифровая метеостанция с прогнозом погоды;
   
7. 
   Метеостанция с символьным отображением;
   
8. 
   Термометры с часами.
   

Цифровая метеостанция с барометром.

Типы погодных станций с барометром и без:

1. 
   Аналоговые;
   
2. 
   Цифровые.
   

Рисунок 1 – Цифровая метеостанция с барометром
Бытовые аналоговые станции состоят из механических устройств и элементов. Они включают в себя счетчики, которые определяют температуру, давление, влажность, а некоторые модели имеют встроенный хронометр. Корпус этих станций выполнен в классическом стиле из натуральных материалов (камень, дерево, металл). Цифровые метеостанции (электронные) - это портативные устройства, которые записывают данные о погоде и климатических условиях с помощью электронных датчиков. Они оснащены жидкокристаллическим экраном, который отображает температуру в определенное время, уровень влажности, давление и прогноз на ближайшее будущее.

Некоторые модели работают из двух источников. Помимо барометра, термометра и гигрометра, цифровая метеорологическая система включает в себя дополнительные устройства:

1. 
   анемометр и флюгер, измеряющие направление и скорость ветра;
   
2. 
   дождемер: определяет количество осадков;
   
3. 
   календарь, будильник, часы и т. д.
   
4. 
   USB-выход для передачи данных на персональный компьютер. Бытовые метеостанции с барометром необходимы людям, страдающим изменениями артериального давления или вегетососудистыми заболеваниями. Встроенные барометры в механических приборах делятся на ртутные и стрелочные.
   

Недостатком ртутных барометров является то, что, в отличие от стрелочных барометров, трудно рассчитать динамику изменения давления. Существуют механические установки погоды с барометром, который отображает информацию о погодных условиях для охоты или рыбалки. Цифровые устройства отображают значения атмосферного давления с меньшей точностью, чем механические устройства. Более важным показателем прогноза погоды для них является динамика повышения и понижения давления. Показатели колеблются от 195 до 1080 миллиметров ртутного столба.

Рисунок 2 – Аналоговая метеостанция

Термометры



Рисунок 3 – Термометр

Цифровой термометр – это небольшой комнатный прибор с жидкокристаллическим дисплеем, который отображает информацию о температуре в помещении и снаружи. Термометры без датчиков используются только для измерения комнатной температуры. Преимущества цифровых комнатных термометров заключаются в компактности и дешевизне, а недостатки-в низкой информативности и недостаточной функциональности.

Простейшими механическими установками являются спиртовые термометры, определяющие температуру воздуха в определенном месте и в определенное время. Они обладают лучшим временем отклика на перепады температур, но внешний вид не всегда привлекателен как элемент дизайна. Кроме спирта, существуют стрелочные (механические) термометры на биметаллической спирали, а также ртутные. Механические термометры чувствительны к перепадам температур благодаря чувствительному датчику-спирали, и имеют привлекательный внешний вид, подходящий для любого интерьера. Измерение температуры является основной функцией электронных метеорологических систем. Рабочий элемент представляет собой термопару (или резистор) из металлической или платиновой проволоки.

Цифровые термометры хранят минимальные и максимальные значения температуры. Существуют мини-метеостанции, которые состоят из термометра и барометра, или термометра и часов, и выполняют меньшее количество функций. Они обычно способны измерять температуру и влажность.

Преимущества аналоговых (механических) метеостанций:

1. 
   Точность показаний;
   
2. 
   Привлекательный внешний вид. Способные вписываться в классический интерьер жилого помещения;
   
3. 
   Более длительный срок эксплуатации по сравнению с цифровыми устройствами;
   
4. 
   Нет необходимости в монтаже, устройство легко использовать;
   
5. 
   Надежность.
   

Недостатки:

1. 
   Малый функционал в устройстве могут быть встроенные только термометр, барометр и гигрометр;
   
2. 
   Механические установки тяжелые по весу;
   
3. 
   Высокая цена из–за используемых для изготовления корпуса материалов.
   

Преимущество цифровых метеостанций:

1. 
   Значительный набор функций для адекватной оценки метеорологических условий и прогнозирования погодных явлений;
   
2. 
   Выносные контроллеры анализируют данные о погоде с различных точек для составления наиболее точной картины;
   
3. 
   Стильный и современный дизайн;
   
4. 
   Компактность устройства.
   

Недостатки цифровых метеостанций:

1. 
   Обязательное наличие источника питания;
   
2. 
   Неправильный монтаж внешних датчиков
   

Термостат с измерением влажности



Рисунок 4 ­– Термометр с измерением влажности

Гигрометр в механических метеостанциях измеряет уровень влажности в помещении, поэтому он является важной частью устройства для обеспечения хорошего самочувствия человека и создания комфортного микроклимата. Изменяя уровень влажности в помещении, вы можете улучшить свое здоровье и вылечить некоторые заболевания, например, избавиться от длительного сухого кашля. Для измерения влажности в термогигрометрах используется гидрофобный материал, который изменяет размер при повышении и понижении уровня влажности, действуя аналогично термометру. Цифровые термогигрометры способны определять параметры комфорта (точка росы, тенденции изменения параметров) в помещении для человека. Чтобы следить за здоровьем метеочувствительных людей, требуется как минимум два прибора-термометр и гигрометр, поэтому обычный бытовой прибор для измерения уровня влажности для этой цели не подходит. Термогигрометр способен комплексно измерять и анализировать показатели влажности для создания комфортного микроклимата, диапазон которого варьируется от 0 до 100%.

Термометры с датчиком.



Рисунок 5 – Термометры с датчиком

Цифровые погодные установки имеют встроенные или удаленные датчики, которые крепятся к внешней стороне окна. Встроенные приборы встроены в основание станции для измерения температуры в помещении. Простые модели метеостанций с датчиками-цифровыми термометрами. Назначение таких приборов заключается исключительно в измерении температуры, которое осуществляется с помощью выносного датчика температуры. Проводные датчики компактны, работают без дополнительного источника питания и обеспечивают бесперебойную связь. Недостатком является длина провода длиной от двух до трех метров, что может быть ограничением при монтаже.

Метеостанции с датчиками, помимо основных, могут выполнять множество других полезных функций:

1. 
   Определять уровень комфортности микроклимата в помещении для человека;
   
2. 
   Выводить предупреждения о возникновении гололеда на улице;
   
3. 
   Устанавливать уровень шума на улице или внутри помещения, измерять уровень углекислого газа в воздухе;
   
4. 
   Датчик освещенности информирует об уровне света и ультрафиолетовых лучей.
   

Цифровая метеостанция с беспроводными датчиками.



Рисунок 6 – Цифровая метеостанция с беспроводными датчиками

Беспроводные датчики передают данные в базу данных с помощью радиосигнала. Дистанционные беспроводные датчики цифровых погодных установок просты в установке и устанавливаются на достаточно большом расстоянии от базовой станции. Недостатком является необходимость автономного источника питания, который ограничен в производительности при минусовых температурах воздуха, так как аккумуляторы перестают работать при температуре -30 С. Базовая установка способна принимать сигнал датчика на расстоянии до 300 метров. При расчете дальности приема сигнала помехи в виде перегородок, мебели и других возможных препятствий не учитываются. В зависимости от модели станции для анализа погодных явлений используются один или несколько наружных датчиков. Метеостанции обычно оснащаются одним датчиком, но максимальное их количество не ограничено.

Достоинства проводных датчиков:

1. 
   Компактны;
   
2. 
   Отсутствует дополнительный источник питания;
   
3. 
   Формируют достоверные данные;
   
4. 
   Надежность крепления снаружи помещения.
   

Недостатки:

1. 
   Ограничение по размещению из­-за длины провода;
   
2. 
   При установке устройства с проводным датчиком вам нужно будет просверлить отверстия в оконном проеме или стене. Другой вариант - установить датчик на подоконнике как можно ближе к окну, но в этом случае показания метеосистемы могут оказаться ненадежными;
   
3. 
   Сложности с размещением сенсоров в количестве более одного.
   

Достоинство беспроводных датчиков:

1. 
   Удобное размещение на удаленном расстоянии от базовой станции;
   
2. 
   Генерирование надежных данных;
   
3. 
   Удобная установка - необходимо разместить датчик вне помещения на высоте двух метров над землей в зоне действия сигнала от базового блока.
   

Недостатки:

1. 
   Наличие дополнительного источника питания с ограниченными условиями эксплуатации.
   
2. 
   При выборе небольшого диапазона работы сигнала возможны перебои в приеме из-за препятствий в виде мебели, толстых бетонных стен и др.
   
3. 
   Дороже, чем проводные.