Сейчас в среде радиолюбителей сложно кого-нибудь удивить термометром, но проанализировав готовые решения, захотелось создать свой термометр-метеостанцию для дачи, чтобы сведения о погоде можно было смотреть в любой точке мира с телефона.
В качестве сервиса хранения погодных данных выбран замечательный проект "Народного мониторинга". Данный проект представляет собой сервис по отображению на карте мира показаний датчиков и камер, с возможностью публичного и частного просмотра.
Возможности метеостанции:

• Передача уличных погодных данных(температура, влажность, давление)
• Передача комнатной температуры
• Передача изображения c UART камеры на ftp сервер
• Управление двумя независимыми нагрузками посредством СМС/через проект
• Передача состояния двух цифровых входов

И самое главное, ради чего и создавалось,

• Автономная работа от литиевого аккумулятора 3300 мА/ч 3,7В в течении более месяца в режиме передачи погодных показаний каждых 5 минут

         Сердцем устройства является микроконтроллер STM32l151C8T6. Данный микроконтроллер представляет собой 32-х битный ARM конроллер с 10 Кбайт ОЗУ и 64 Кбайт ПЗУ. Для упрощения программирования и в целях дальнейшей модернизации, решено на устройстве применить FreeRTOS. Микроконтроллер тактируется от кварцевого резонатора CSTCE8M00G55 со встроенными конденсаторами частотой 8 МГц. Т.к. основной задачей было снижение энергопотребления (отсутствие электричества на дачном участке), для снижение токопотребления микроконтроллер в моменты простоя находится в STOP-mode. В этом режим, тактирование периферии и ядра приостановлено, данные в ОЗУ сохраняются. Выход из данного состояния производится по прерыванию RTC-Wakeup таймера либо изменения уровня UART. Применения такой фичи позволило отлавливать приход СМС не опрашивая контроллер, и не использовать отдельную линию RI модуля. В моменты, когда требуется работа переферии и происходит ожидание внешних событий, в задаче ожидания task_IDLE МК переходит в состояние Sleep, что также позволяет сэкономить немножко энергии.

        GSM модулем выбран сравнительно недорогой модуль компании SIMCom SIM800C. Опыт использования GSM модулей, вынудил поставить транзистор IRLML6401 в его цепи питания для жесткой перезагрузки. Согласованием напряжения логического уровня модуля(2,8В) и уровня питания МК (3,3В) выбран сдвоенный буфер SN74AUP2G17DCKR. Применение данной микросхемы позволило не опасаться паразитного питания отключенного GSM модуля через порт UART.

        В качестве датчиков погодных данных, применяются комнатный DS18b20, и уличный BME280(BMP280). В случае использования BMP280, функционал измерения влажности не реализуется. Я нарочно не стал использовать популярные гигрометры семейства DHT, т.к. у них нерациональный протокол передачи, высокая погрешность, стоимость связки BMP280 + DHT21 соизмерима со стоимостью BME280. Шина I2C, а также некоторые внешние линии ввода /вывода защищены защитными микросборками SRDA3.3-4.

        Для работы с внешними беспроводными датчиками влажности почвы, направления ветра, о которых будет рассказано в следующей статье, на плату установлен трансивер CC1101 совместно с балуном 0433BM15A0001E, настроенный на частоту 433 МГц.

        Питания всей схемы производится через LDO стабилизатор MCP1702, потребляющий всего 2 мкА. Зарядной цепью аккумуляторной батареи является контроллер заряда MCP73831T-2ACI/OT. Зарядка производится от источника постоянного тока напряжением 5В, например зарядного устройства от сотового телефона.
        В качестве камеры для устройства используется модуль UART-видеокамеры на контроллере VC0703

        В момент подачи питания, устройство производит инициализацию датчиков и gsm, после чего уйдет в сон. При срабатывании таймера, МК просыпается от сна и производит необходимые действия:

 

• ежеминутно обновляет в памяти погодные данные, усредняя методом скользящего среднего за время между отправками;
• каждые 5 минут, пробуждает GSM модуль и отправляет данные на сервер народного мониторинга посредством протокола TCP;
• каждые 8 часов захватывает картинку с видеокамеры и отправляет на FTP сервер, указанный в настройках;

    

        Если в процессе обновления погодных данных потеряется связь с датчиком, то сведения о датчике переданы не будут, и при следующем пробуждении, будет произведена попытка их переинициализации.

        Управлять выходами кроме сайта, также возможно посредством смс комманд. В программе реализован парсер смс с разбивкой на ключевые слова, позволяющий не учитывать порядок слов в смс, например : "включить свет на улице" и "на улице включить свет". На текущий момент, в прошивке реализованы команды управлением светом на улице и отоплением, соответственно выход 1 и 2.
Индикация:

• Одиночная вспышка синего светодиода - успешное чтение уличного погодного датчика
• Двойная вспышка синего светодиода - подключение к серверу
• Тройная вспышка синего светодиода - успешная отправка данных
• Четырехкратная вспышка синего светодиода - получена смс
• Двойная красная вспышка - подключено внешнее питание
• Тройная вспышка вспышка синего и красного светодиодов - сбой подключения к серверу

Настройка:

В первоначально собранное устройство необходимо установить микропрограммное обеспечение при помощи программатора ST-link. В дальнейшем, при обновлении прошивки, в связи с переконфигурированием выводов SWDAT и SWSCL, подключаться программатором необходимо в течении 3 секунд после перезагрузки устройства.
Конфигурация устройства происходит отправкой смс комманды с текстом "В настройки" на устройство. После получения смс, загорится красный светодиод, указывающий о готовности приема смс с настройками. В течении минуты необходимо отправить смс настройками, по шаблону
010203040506(12) 0000(4-8) user(1-15) pass(1-5) apn.opsos.ru(1-31) ftp.dns.ru_or_ip(1-31) ftpuser(1-15) ftppass(1-15), где

• 1 - MAC адрес, о котором будет сказано ниже, содержит 12 символов;
• 2 - пин код, установленной симкарты, от 4 до 8 символов;
• 3. и 4. - логин и пароль APN точки доступа, необходимых для подключения GPRS, от 1 до 15 символов;
• 5 - APN точка доступа оператора, может содержать до 31 символа;
• 6 - ip адрес или dns имя ftp сервера, до 31 символа;
• 7. и 8. логин и пароль ftp сервера.

После применения настроек, красный светодиод погаснет.
Для участия в сервисе, необходимо зарегистрироваться в проекте на сайте narodmon.ru Включить устройство и дождаться успешной отправки данных. После приема данных серверов становится доступной регистрация устройства по MAC адресу, который нужно ввести на сайте. После успешного добавления, выбрать типы данных, настроить публичный доступ.

Датчики:

• T1 - внешняя температура,
• T2 - внутренняя температура,
• P1 - атмосферное давление
• H1 - влажность воздуха,
• U1 - напряжение батареи,
• S1, S2 - логический, указывают состояние выхода, доступно управление
• S3,S4 - логический, входы
• EP - логический, указывают наличие внешнего питания

Конструкция: