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bg4uvr/esp8266mws

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Esp8266 迷你气象站

Esp8266 Mini Weather Station

鉴于相关政策法规的原因,本资料仅限学习Arduino编程及APRS相关知识使用,制作使用者需要自行承担一切后果,特此声明!!!

本代码在以下地址同步更新:

https://github.com/bg4uvr/esp8266mwshttps://gitee.com/bg4uvr/esp8266mws (国内建议使用)

简介

这是我学习ESP8266 Arduino的一个实验,它使用常见的esp8266实验板(如NODEMCU、WEMOS等),外接两只I2C总线的气压温度湿度传感器,来实现了简单的APRS气象站功能(说是简单是因为它并没有风向、风速和雨量功能,而且后期也没有加入这些功能的打算,原因是这类传感器价格比较贵,不太适应瞎折腾玩 :-p)。实现类似功能的开源小制作估计也有不少,相比较而言,我这个的最主要特点以下几个:

  • 简单 整个制作主要使用了3个模块,CN3791太阳能充电模块、NODEMCU板、AHT20+BMP280模块。

  • 省电 由于让ESP8266工作于休眠间歇状态,并且使用了高效的太阳能充电控制模块,所以它仅使用一片标称6V/1.2W的小太阳能电池板来供电,外加一只18650锂电池来储能,基本上可以实现全候不间断工作。我的整个装置放在房子的北侧,除了夏季的清晨和傍晚,阳光都无法直射,装置只靠天空的散射光即可充分充电,即使是阴天也是如此。

  • 便宜 我实际制作的总价:ESP8266模块10.58元 + 1.2W太阳能板9.9元 + 18650(1200mAh)2.9元 + 18650电池盒1.3元 + AHT20+BMP280传感器模块10元 + 塑料防水外壳10元 + CN3791太阳能充电模块12.3元 + 锂电保护板1.04元 = 58.02元

  • 配置 方便使用网络调试工具,通过命令行的方式可以配置全部的工作参数。

  • 多语言支持 代码在编写时考虑了多语言支持,可以非常方便地加入其他语言支持,目前仅支持中文和英文,如果您精通其他语言,欢迎加入其他语种的支持,同时也欢迎修改代码中的英文表述和语法错误。

重要提示

为保护APRS网络的正常运行秩序,在此特别声明及提醒注意以下几点:

  • 本制作仅适合有合法业余电台呼号的业余无线电爱好者参考制作,如果您不符合此条件,则代码仅供参考,一定不可以实际制作安装使用。
  • 这个制作在使用的时候,需要设置相关的个人呼号和验证码,这些信息请自行准备,我不提供关于此方面的信息。
  • 如果您基于本代码重新修改发布您自己的作品时,也千万注意不要将上述信息内置于您的代码中。

硬件连接

由于电路结构非常简单,此处只画个简单的示意图(注意上面没有画太阳能电池板、充电控制板和锂电保护板)

4

  • 供电电源 按以下方案操作请注意仔细阅读,细心操作,不然有芯片烧毁的风险! 太阳电池能板输出接到CN3791太阳能充电控制模块的输入端,模块的输出端与已连接保护板的18650电池并联,然后直接接在NODEMCU板的3.3V电源和GND地上。此处容易粗心大意犯错,特补一个示意图: 4

    补充说明几点:

    1. 某宝上买到的CN3791模块,一般板上默认的电流检测电阻为50毫欧,需要把这个电阻更换为0.51欧,充电电流就变成了大约 0.12V / 0.51R = 235mA,经实际使用验证效果良好。
    2. 如果未使用太阳能充电控制模块,而直接采取了太阳能板串二极管的做法,那么你应该把电池输出接到NODEMCU板的5V电源端口。因为如果你的电池开路,或者是电池充满保护了,那么太阳能板输出的6V以上电压将直接将8266芯片损坏!!
    3. 如果外接5V电源很方便,那么这将是最简单的方案,直接用MicroUSB线连接充电头和NODEMCU板即可。
  • 传感器 我的AHT20+BMP280模块是一体的,但即使使用两个单独的模块也一样,因为I2C总线本身就是支持多设备的,SDA接GPIO12(D6),SCL接GPIO14(D5)。BMP280模块,根据模块硬件接线不同,会有两种不同的硬件i2c设备地址,如果你的代码无法检测到它,请把代码中 bmp.begin() 更改为 bmp.begin(BMP280_ADDRESS_ALT) 按目前的实际情况来看,一般某宝的AHT20+BMP280一体模块,用的是第一种地址;单独的BMP280模块,是用的第二种地址。

  • 休眠自动唤醒 为了使系统休眠后可以自动唤醒,需要将GPIO16(D0)与RST脚通过470欧电阻互相连接。因为电路板上RST脚原有外围电路的影响,如果此电阻值小于470欧,模块上原有的复位按键功能可能会失效(但无其他不良影响);如果此电阻阻值大于约1K欧,系统休眠后将可能会无法自动唤醒(由于不同厂商的模块元件参数可能会有所差别,所以上述具体数值将会有所变化)。所以此电阻选择的原则是:宁小勿大,甚至直接短接也可以,只是原有的复位按键会不起作用。

代码编译与固件烧写

  1. 熟悉arduino的朋友,可以直接使用Arduino IDE,在安装好相应库的情况下,直接进行编译和下载。代码中已经包含了OTA的代码,首次烧写固件后,后面可以直接OTA(空中无线固件更新)。

  2. 不熟悉arduino的朋友,可以下载乐鑫官方的的固件下载工具,目前的最新版官方地址如下:

    https://www.espressif.com/sites/default/files/tools/flash_download_tool_v3.8.8_0.zip

    下载好解压完成后,双击主程序文件运行,如果是windows10的操作系统,会弹出一个警告,选择“仍要运行”即可。出现的窗口中,“Chip Type”选择 “ESP8266”,“Work Mode”选择“develop”,选择已编译好的.bin文件,再选择你自己的串口号,其他选项按下图中的设置,然后点击 start 即可下载。

  3. 如果你没用使用过Arduino IDE又想尝试一下,我新写了一个说明

    《怎样编译源代码以及无线更新固件》

    可以参考一下,相信如果仔细阅读应该会有所帮助。

使用方法

  • 连接WiFi

    硬件线路连接完毕,并且烧写固件后,初次使用时,需要设置WiFi信息。方法如下:

    1. 如果固件已经烧写成功,系统上电后,NODEMCU板上的蓝色LED应该已经点亮。
    2. 此时使用手机或有无线网的电脑,搜索无线网络,将能找到一个SSID为“Esp8266MWS-SET”的未加密无线网,点击连接。
    3. 连接成功后,系统应该会自动打开浏览器,并显示周围无线网络SSID名称的列表。
    4. 选择你自己无线网并且输入正确的密码后,NODEMCU板就应该会自动连接上你的WiFi了。
    5. 这个设置工作只需要完成一次即可,你所设置的WiFi信息会自动保存,下次上电可以直接连接你的网络(这时不会有“Esp8266MWS-SET”这个无线网络信号)。
    6. 配置好的WiFi无法连接时(比如更换了地点,或者WiFi设置进行了更改),将重新出现“Esp8266MWS-SET”网络信号,可以重新进行配置。
  • 配置参数

    1. 准备一个网络调试工具软件,我用的是下面这个(免费,菜单支持中、英文显示):

      http://free.cmsoft.cn/download/cmsoft/assistant/netassist4.3.29.zip

    2. 配置你的无线路由器内网IP地址段为 192.168.1.X 网段,并且开启DHCP功能,然后设置你电脑的IP地址为192.168.1.125 。

      (这个地址及网段后期可以更改,但第一次使用的时候必须这样设置,除非你自己更改源代码重新编译。)

    3. 打开网络调试软件,按下图设置,然后点击打开(Open):

    4. 如果你的电路已经成功工作,那么接收窗口应该马上就会显示ESP8266板子发送的相关信息。

    5. 配置命令的具体使用,窗口会显示详细的说明,按说明设置即可。

  • 正常运行

    • 使用命令行配置好系统后,系统就已经正常运行了。在打开网络调试工具并且已经和esp8266连接的情况下,窗口中会显示相应的运行状态。此时电路是一直工作的,不会进入休眠状态,OTA系统正常运行,可以直接使用 Arduino IDE 进行代码更新。
    • 如果关闭了电脑上的网络调试工具,或者点击关闭来结束了网络连接,那么esp8266马上会进入节能休眠状态。一但唤醒时间到达,系统将自动进行一次测量,并送相应数据到APRS服务器,然后再次进入休眠状态。
    • 因为系统处于间歇运行状态,每次工作时间大约只有10秒钟,所以如果需要进行空中固件更新,那么只要打开网络调试软件的服务器状态,等待系统再次工作时,就会自动连接上电脑,此时就可以进行空中更新操作了。

补充说明

  1. 因为写本说明的时候,我自己的装置已经制作完成,所以没来得及拍相关的照片,并且可能是没有原理图的原因,有爱好者反应看完说明有种无从下手的感觉,好在火腿BG4VRG 在实际制作过程中,为了方便其他人理解,专门拍摄照片并写了自己的制作注意事项,非常有参考价值,在此向他表示感谢。

    《BG4VRG写的制作参考》注意:0.17版本之后的版本已不再需要拆除两只电阻!