Контроль влажности и температуры дома и не только DIY.

Детский кашель двигатель прогресса.

После очередной бессонной ночи и утреннего просмотра лекций д-ра Комаровского стало ясно что влажность, на которую я внимания никогда не обращал, имеет значение для здоровья моего маленького ребенка. Детский кашель очень тесно связан с уровнем влажности (humidity) воздуха, и желательно этот самый уровень отслеживать и им управлять. Собственно для управления уровнем влажности был включен уже давно валявшийся увлажнитель sharp kc-6500e. Но хотелось еще чего нибудь smart, да и увлажнитель один, а комнат много, надо решать где он больше востребован. Температурные показатели легко ощутить без дополнительных приборов. Холодно или тепло в комнате обычно определяешь без градусников, а вот влажность физически ощутить сложнее. Поэтому было принято решение купить/собрать (нужное подчеркнуть) датчики для мониторинга уровня влажности в комнатах.
Побродив по магазинам и просторам сети я понял что не могу купить просто метеостанцию в каком нибудь *Mart, т.к. предлагающиеся устройства никак не вписываются в современность. Ну не буду я бегать каждый час по всем комнатам и записывать показания с экранов метеостанций, хочу чтобы мне эти данные отправлялись куда нибудь, а я потом их проанализирую. На правильную мысль навела статья на Habrhabr. Короче нужно устройство с разъемом Ethernet или wifi или zigbee... Проводные сети я всегда считал более надежными, да и сеть дома проложена с запасом.

Arduino, PoE, DHT11/21/22, narodmon.ru

Постепенно выработались некие требования к решению:

• сбор данных и передача их в какие либо сервисы (собственные или сторонние)
• физический интерфейс RJ45 (ethernet) 
• работа без батареек
• приглядный внешний вид, отсутствие мотков с проводами вокруг.
• возможность перетащить в другой дом (с другой сетью и провайдером) без доп настроек.
• измерение уровня влажности и температуры. При необходимости добавление сенсоров.
• если собирать самому, то без особых заморочек. Я не дружу с паяльником и программатором.

Исходя из требований к снижению количества проводов и работы без батареек я решил что лучшим решением будет использование PoE (Power over ethernet) для датчика. К тому же незадолго перед этим был заказан коммутатор с PoE под нужды видео-наблюдения. При необходимости, можно подключить и с помощью обычного блока питания.

На данный момент на рынке нашел чешский HWg-STE PoE, отечественный netping, оба вроде отвечают требованиям.

Сервис narodmon.ru предлагает кучу вариантов датчиков и неплохой сервис по отслеживанию их состояния. Средняя стоимость датчиков составляет в среднем 3000 руб., что в общем то меня уже не пугало так сильно как детский кашель. И все бы хорошо, но PoE ни у кого нет. Всем подавай отдельные блоки питания, а это куча лишних проводов, занятая розетка и вообще не интересно.
Самое простое решение которое пришло в голову - взять за основу решение на Arduino и чуть чуть его изменить под свои нужды. Если три платы заменить на одну, и добавить PoE, то получим то что нужно.

Для датчика были заказаны:

1. Arduino Ethernet Rev3 WITH PoE (A000074)  = €54.90 + доставка  €9 (arduino.cc) В сумме на 2600 руб.
2. DHT22 2302 Digital Temperature and Humidity Sensor Module = 11$ или 340 руб. (При заказе из Китая их лучше комплектовать с товарами погабаритнее чтобы по почте быстрее шло. Меньше посылка - дольше идет. В моем случае 60 дней).
3. Как потом оказалось нужен еще USB 2 Serial Converter (A000059) для программирования Arduino, поскольку в этой модели нет USB разъема, его место занял Ethernet. Включать еще €10 в стоимость устройства или нет непонятно, т.к. он нужен только при программировании. В общем плюс еще 400 руб.

Итого требуется электроники на 3340 руб. Если закупать не Made in Italy, а клоны, то будет дешевле, но надо еще найти клоны с PoE модулем. При покупке всего этого добра в России увеличиваем бюджет до 4500 руб. Все элементы доставлялись почтой России, часть дошла за 30 дней, а часть до сих пор в пути, вместо DHT 22 пока установил DHT 11 - они дешевле, но менее точные. Пожалуйста не используйте DHT 11.

С сенсорами вообще вышла какая то неувязка. По идее это должны быть цифровые сенсоры, и распиновка по всем datashit с незадействованным третьим пином.

Но мне с Amperka.ru пришли сенсоры уже с резисторами, с разъемом и работали как аналоговые. При этом судя по пайке в этом варианте не использовался 4й пин (как на картинке справа).

Реализация на DHT 11/21/22 (пожалуйста не покупайте DHT11 - используйте DHT22)

Аналоговое подключение сенсоров.

Скетч который у меня заработал в итоге с аналоговым вариантом DHT11 с библиотекой от амперки (не забываем менять MAC адрес устройства на свой, большая часть кода взята отсюда, отсюда и отсюда ):

// подключаем библиотеки (для DHT аналогового - https://github.com/amperka/dht)
#include <dht.h>
#include <Dhcp.h>
#include <Dns.h>
#include <Ethernet.h>
#include <EthernetClient.h>
#include <EthernetServer.h>
#include <EthernetUdp.h>
#include <util.h>
#include <SPI.h>

// создаём объект-сенсор
DHT sensor = DHT();
const unsigned long postingInterval = 600000;  // интервал между отправками данных в миллисекундах (10 минут)
unsigned long lastConnectionTime = 0;           // время последней передачи данных
boolean lastConnected = false;                  // состояние подключения
int HighByte, LowByte, TReading, SignBit, Tc_100, Whole, Fract;
char replyBuffer[106];
char CurTemp[6];

// ========================Задаем данные сети======================
byte mac[] = { 0x92, 0xA2, 0xDA, 0x0D, 0xD2, 0x3A }; //mac - адрес ethernet shielda
// byte ip[] = { 192, 168, 1, 177 };        // ip адрес ethernet shielda (в случае DHCP не нужен)
// byte subnet[] = { 255, 255, 255, 0 }; //маска подсети (в случае DHCP не нужен)
// EthernetServer server(80); //порт сервера
EthernetClient client; //
int ledPin = 9; // указываем что светодиод будет управляться через 9 Pin
String readString = String(30); //string for fetching data from address
boolean LEDON = false; //изначальный статус светодиода - выключен
IPAddress server(94,19,113,221); // IP сервера
// ===============================================================

void setup()
{
 delay(1000);
    // Ethernet connection:
    if (Ethernet.begin(mac) == 0) {


           Serial.println("Failed to configure Ethernet using DHCP");

        // ничего не делаем
        for(;;)
          ;
    }
    // секунда для инициализации Ethernet
    delay(1000);
 
    // секунда для инициализации Ethernet
    delay(1000);
    lastConnectionTime = millis()-postingInterval+15000; //первое соединение через 15 секунд после запуска

 //запускаем Ethernet
//  Ethernet.begin(mac);
  //устанавливаем pin 9 на выход
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  //enable serial datada print
  Serial.begin(9600);
      Serial.println("Port Test!"); // Тестовые строки для отображения в мониторе порта
      Serial.println("GO!");// Тестовые строки для отображения в мониторе порта
delay(1000);
    // методом attach объявляем к какому контакту подключен
    // сенсор. В нашем примере это нулевой аналоговый контакт
    sensor.attach(A0);
    //
    // после подачи питания ждём секунду до готовности сенсора к работе
    delay(2000);
 //   lastConnectionTime = millis()-postingInterval+15000; //первое соединение через 15 секунд после запуска
}

void loop()
{
    // метод update заставляет сенсор выдать текущие измерения
   delay(5000);
    sensor.update();

    //switch (sensor.getLastError())
    //{
    //    case DHT_ERROR_OK:
    //        char msg[128];
            // данные последнего измерения можно считать соответствующими
            // методами
    //        sprintf(msg, "Temperature = %dC, Humidity = %d%%",
    //                sensor.getTemperatureInt(), sensor.getHumidityInt());
    //        Serial.println(msg);
    //        break;
    //    case DHT_ERROR_START_FAILED_1:
    //        Serial.println("Error: start failed (stage 1)");
    //        break;
    //    case DHT_ERROR_START_FAILED_2:
    //        Serial.println("Error: start failed (stage 2)");
    //        break;
    //    case DHT_ERROR_READ_TIMEOUT:
    //        Serial.println("Error: read timeout");
    //        break;
    //    case DHT_ERROR_CHECKSUM_FAILURE:
    //       Serial.println("Error: checksum error");
    //        break;
    //}
    if (client.available()) {
      char c = client.read();
    }

    if (!client.connected() && lastConnected)
    {
     
        client.stop();
    }
 
    if(!client.connected() && (millis() - lastConnectionTime > postingInterval))
    {
 //отправляем запрос
   
 
    int t = sensor.getTemperatureInt();
    delay (2000);
    int h= sensor.getHumidityInt();
    delay (2000);
 //     EthernetClient client = server.available();
 // if (client) {
 //   while (client.connected()) {
  //  if (client.available()) {
 //     char c = client.read();
      //read char by char HTTP request
  //    if (readString.length() < 30) {
        //store characters to string
    //    readString.concat( c); }
        //output chars to serial port
    //    Serial.print( c);
        //if HTTP request has ended
    //    if (c == '\n') {
        //Проверяем включили ли светодиод?
        //Level=1 - включен
        //Level=0 - выключен
    //      if(readString.indexOf("Level=1") >=0) {
            //Включаем светодиод
     //       digitalWrite(ledPin, HIGH); // set the LED on
     //       LEDON = true;
  //        }else{
            //Выключаем светодиод
   //         digitalWrite(ledPin, LOW); // set the LED OFF
      //      LEDON = false;
    //      }  
   // =============Формируем HTML-страницу==========================
      //    client.println("HTTP/1.1 200 OK");
      //    client.println("Content-Type: text/html");
     //     client.println();
      //    client.println("<head> ");
       //   client.println("<meta http-equiv='Content-Type' content='text/html; charset=utf-8' /> ");
    //      client.println("<title> :: Упр.Arduino:: V1.1</title>");
      //    client.println("</head> ");
        //  client.println("<body");
    //      client.println("<hr />");
     //     client.println("<h1> ::Упр.Arduino:: </h1>");
      //    if (LEDON){
     //       client.println("<form method=get name=LED><input type=radio name=Level value=1 CHECKED>Включить<input type=radio name=Level value=0>Выключить<input type=submit value=OK></form>");
     //       client.println("<font size=’5′>LED-статус: ");
     //       client.println("<font size=’5′>Вкл.");
     //     }else{
     //       client.println("<form method=get name=LED><input type=radio name=Level value=1>Включить<input type=radio name=Level value=0 CHECKED>Выключить<input type=submit value=OK></form>");
     //       client.println("<font size=’5′>LED-статус: ");
     //       client.println("<font size=’5′>Выкл");
     //     }
         //==============Вывод значений на web-страницу======================
     //         client.println("<hr />");//линия=====================================
     //       client.println("Tемпература = ");    //Температура с DHT 22
     //       client.println(t);
     //       client.println(" *C");
     //         client.println("<br> "); //перенос на след. строчку
     //       client.println("Влажность = ");    //Влажность с DHT 22
     //       client.println(h);
     //       client.println(" %\t");
     //         client.println("<br> "); //перенос на след. строчку
     //         client.println("<hr />");//линия=====================================
           //==============================================================
     //       client.println("</body></html>");
            //очищаем строку для следующего считывания    
            //==============Останавливаем web-client===========================
     //       readString="";
     //       client.stop();
            //==============================================================
    //      }
    //    }
    //  }
    // }
   
        char temp[3];
        char hum[2];

     

//формирование HTTP-запроса
        memset(replyBuffer, 0, sizeof(replyBuffer));
        strcpy(replyBuffer,"ID=");

//Конвертируем MAC-адрес
for (int k=0; k<6; k++)
{
int b1=mac[k]/16;
int b2=mac[k]%16;
char c1[2],c2[2];

if (b1>9) c1[0]=(char)(b1-10)+'A';
            else c1[0] = (char)(b1) + '0';
if (b2>9) c2[0]=(char)(b2-10)+'A';
            else c2[0] = (char)(b2) + '0';

c1[1]='\0';
c2[1]='\0';

strcat(replyBuffer,c1);
strcat(replyBuffer,c2);
}

strcat(replyBuffer,"&");
                for (int k=0; k<6; k++)
{
int b1=mac[k]/16;
int b2=mac[k]%16;
char c1[2],c2[2];

if (b1>9) c1[0]=(char)(b1-10)+'A';
            else c1[0] = (char)(b1) + '0';
if (b2>9) c2[0]=(char)(b2-10)+'A';
            else c2[0] = (char)(b2) + '0';

c1[1]='\0';
c2[1]='\0';

strcat(replyBuffer,c1);
strcat(replyBuffer,c2);
}
                strcat(replyBuffer,"01");
//конвертируем адрес термодатчика

strcat(replyBuffer,"=");
if (SignBit)
{
strcat(replyBuffer,"-");
}
        itos(t,temp);
        strcat(replyBuffer,temp);
        strcat(replyBuffer,".");
        strcat(replyBuffer,"&");
       for (int k=0; k<6; k++)
{
int b1=mac[k]/16;
int b2=mac[k]%16;
char c1[2],c2[2];

if (b1>9) c1[0]=(char)(b1-10)+'A';
            else c1[0] = (char)(b1) + '0';
if (b2>9) c2[0]=(char)(b2-10)+'A';
            else c2[0] = (char)(b2) + '0';

c1[1]='\0';
c2[1]='\0';

strcat(replyBuffer,c1);
strcat(replyBuffer,c2);
}
                strcat(replyBuffer,"02");
//конвертируем адрес датчика влажности
        strcat(replyBuffer,"=");
        itos(h,hum);
        strcat(replyBuffer,hum);
       strcat(replyBuffer,".");
      //  strcat(replyBuffer,"&");
     
     
strcat(CurTemp,temp);
 // Serial.println(replyBuffer);
//отправляем запрос
httpRequest();
    }
 
    lastConnected = client.connected();
}

void httpRequest() {
   if (client.connect(server, 80)) {

      // send the HTTP POST request:
 client.println("POST http://narodmon.ru/post.php HTTP/1.0");
      Serial.println("POST http://narodmon.ru/post.php HTTP/1.0");
      client.println("Host: narodmon.ru");
      Serial.println("Host: narodmon.ru");
      //client.println("User-Agent: arduino-ethernet");
      //client.println("Connection: close");
      client.println("Content-Type: application/x-www-form-urlencoded");
      Serial.println("Content-Type: application/x-www-form-urlencoded");
      client.println("Content-Length: 53");
      Serial.println("Content-Length: 53");
      client.println();
      Serial.println();
      client.println(replyBuffer);
      Serial.println(replyBuffer);
      client.println();
      lastConnectionTime = millis();
      delay(1000);
  }
  else {
      client.stop();
  }

}

void itos(int n, char bufp[3]) //int to string
{
  char buf[3]={'0','0','\0'};
  int i = 1;

  while (n > 0) {
    buf[i] = (n % 10)+48;
    i--;
    n /= 10;
  }

  for (i=0; i<3; i++)
    bufp[i]=buf[i];
}

У этого решения множество багов:
1. DHT11 в таком исполнении всегда врал. Возможно бракованные сенсоры попались, но врали они безбожно. Влажность почти всегда на одном уровне 33%.
2. Результаты иногда странным образом задваивались, то есть вместо 33% влажности получалось 66%. В код  нужно добавлять контроль результата измерения в сравнении с последними данными.
3. Часть позволяющая устройству работать в качестве веб сервера закоментированна, поскольку я её после отладки не использовал, может надо кому.

Цифровое подключение сенсоров

Схема соединения и код который заработал с цифровым подключением DHT22. Сенсор который был у меня уже имел необходимую обвязку (подтягивающий резистор).

 
Библиотека для DHT здесь  и теперь он поддерживает и DHT21.
Код:

//
//   FILE:  dht_test.pde
// PURPOSE: DHT library test sketch for Arduino. Works with web service narodmon.ru
//

#include <dht.h>
#include <Dhcp.h>
#include <Dns.h>
#include <Ethernet.h>
#include <EthernetClient.h>
#include <EthernetServer.h>
#include <EthernetUdp.h>
#include <util.h>
#include <SPI.h>

dht DHT;

#define DHT22_PIN 7
const unsigned long postingInterval = 400000;  // интервал между отправками данных в миллисекундах (5 минут)
unsigned long lastConnectionTime = 0;           // время последней передачи данных
boolean lastConnected = false;                  // состояние подключения
int HighByte, LowByte, TReading, SignBit, Tc_100;
char replyBuffer[106];
char CurTemp[6],CurHum[6];


// ========================Задаем данные сети======================
byte mac[] = {
  0x92, 0xA2, 0xDA, 0x0D, 0xD2, 0x3A }; //mac - адрес ethernet shielda
EthernetClient client; //
int ledPin = 9; // указываем что светодиод будет управляться через 9 Pin
String readString = String(30); //string for fetching data from address
boolean LEDON = false; //изначальный статус светодиода - выключен
IPAddress server(94,19,113,221); // IP сервера narodmon.ru
// ===============================================================

void setup()
{
  delay(4000);
  // Ethernet connection:
  if (Ethernet.begin(mac) == 0) {
    Serial.println("Failed to configure Ethernet using DHCP");
    // ничего не делаем. doing nothing
    for(;;)
      ;
  }
  // пара секунд для инициализации Ethernet. Couple of seconds just to warm up Ethernet.
  delay(2000);
  lastConnectionTime = millis()-postingInterval+15000; //первое соединение через 15 секунд после запуска. First connection after 15 sec timeout.
  //устанавливаем pin 9 на выход
  pinMode(ledPin, OUTPUT);

  Serial.begin(115200);
  Serial.println("DHT TEST PROGRAM ");
  Serial.print("LIBRARY VERSION: ");
  Serial.println(DHT_LIB_VERSION);
  Serial.println();
  Serial.println("Type,\tstatus,\tHumidity (%),\tTemperature (C)");
}

void loop()
{
  // READ DATA
  Serial.print("DHT22, \t");
  int chk = DHT.read22(DHT22_PIN);
  switch (chk)
  {
  case DHTLIB_OK:
    Serial.print("OK,\t");
    break;
  case DHTLIB_ERROR_CHECKSUM:
    Serial.print("Checksum error,\t");
    break;
  case DHTLIB_ERROR_TIMEOUT:
    Serial.print("Time out error,\t");
    break;
  default:
    Serial.print("Unknown error,\t");
    break;
  }
  // DISPLAY DATA
  delay (1000);
  // TempDig = DHT.temperature;
  dtostrf(DHT.temperature, 4, 1, CurTemp);
  delay (1000);
  dtostrf(DHT.humidity, 4, 1, CurHum);
  Serial.print (CurTemp);
  Serial.print(",\t");
  Serial.println (CurHum);

  delay(50000);

  if (client.available()) {
    char c = client.read();

  }

  if (client.connected() && lastConnected)
  {

    client.stop();

  }


  if(!client.connected() && (millis() - lastConnectionTime > postingInterval))

  {

    //формирование HTTP-запроса. Preparing http request.
    memset(replyBuffer, 0, sizeof(replyBuffer));
    strcpy(replyBuffer,"ID=");
    //Конвертируем MAC-адрес. Converting mac address.
    for (int k=0; k<6; k++)
    {
      int b1=mac[k]/16;
      int b2=mac[k]%16;
      char c1[2],c2[2];

      if (b1>9) c1[0]=(char)(b1-10)+'A';
      else c1[0] = (char)(b1) + '0';
      if (b2>9) c2[0]=(char)(b2-10)+'A';
      else c2[0] = (char)(b2) + '0';

      c1[1]='\0';
      c2[1]='\0';

      strcat(replyBuffer,c1);
      strcat(replyBuffer,c2);
    }
    //конвертируем адрес термодатчика. Converting first sensor address.

    strcat(replyBuffer,"&");
    for (int k=0; k<6; k++)
    {
      int b1=mac[k]/16;
      int b2=mac[k]%16;
      char c1[2],c2[2];

      if (b1>9) c1[0]=(char)(b1-10)+'A';
      else c1[0] = (char)(b1) + '0';
      if (b2>9) c2[0]=(char)(b2-10)+'A';
      else c2[0] = (char)(b2) + '0';

      c1[1]='\0';
      c2[1]='\0';

      strcat(replyBuffer,c1);
      strcat(replyBuffer,c2);
    }
    strcat(replyBuffer,"01");

    //конвертируем адрес датчика влажности. Converting secong sensor address.
    strcat(replyBuffer,"=");
    if (SignBit)
    {
      strcat(replyBuffer,"-");
    }
    strcat(replyBuffer,CurTemp);
    strcat(replyBuffer,"&");
    for (int k=0; k<6; k++)
    {
      int b1=mac[k]/16;
      int b2=mac[k]%16;
      char c1[2],c2[2];

      if (b1>9) c1[0]=(char)(b1-10)+'A';
      else c1[0] = (char)(b1) + '0';
      if (b2>9) c2[0]=(char)(b2-10)+'A';
      else c2[0] = (char)(b2) + '0';

      c1[1]='\0';
      c2[1]='\0';

      strcat(replyBuffer,c1);
      strcat(replyBuffer,c2);
    }
    strcat(replyBuffer,"02");

    strcat(replyBuffer,"=");

    strcat(replyBuffer,CurHum);
     httpRequest();
  }

  lastConnected = client.connected();

}

void httpRequest() {
  if (client.connect(server, 80)) {

    // send the HTTP POST request:
    client.println("POST http://narodmon.ru/post.php HTTP/1.0");
    Serial.println("POST http://narodmon.ru/post.php HTTP/1.0");
    client.println("Host: narodmon.ru");
    Serial.println("Host: narodmon.ru");
    //client.println("User-Agent: arduino-ethernet");
    //client.println("Connection: close");
    client.println("Content-Type: application/x-www-form-urlencoded");
    Serial.println("Content-Type: application/x-www-form-urlencoded");
    client.print("Content-Length: ");
    client.println(strlen(replyBuffer));
    Serial.print("Content-Length: ");
    Serial.println(strlen(replyBuffer));
    client.println();
    Serial.println();
    client.println(replyBuffer);
    Serial.println(replyBuffer);
    client.println();
    lastConnectionTime = millis();
    delay(1000);
  }
  else {
    Serial.print("http request failed - client not connected");
    client.stop();
  }
}

//
// END OF FILE
//

Внимание апдейт - я пересмотрел свое отношение к коду - оказалось что датчик корректно отображал показания только при первом включении. Дальше показания не менялись до следующей перезагрузки. Поэтому исходный код я изменил, и новый вставил в статью на место старого. Кроме того, обращаю внимание - для работы скетча необходимо установить соответствующую библиотеку. Библиотека для DHT не входит в стандартный набор устанавливаемый вместе с IDE Adruino. Библиотеку я использовал не с Amperka.ru. 

готовое устройство:

В качестве корпуса использовал корпуса от FDD и CD.

метеостанция Arduino +DHT22

датчик Arduino + DHT22 в сборе

DHT22 с обвязкой

Кстати, есть новая версия скетча и инструкций.