Файл: Метеостанция при помощи платы Arduino.doc

МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ

КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

Факультет «Кибернетики и информационной безопасности»

Кафедра «Интеллектуальные системы в управлении и автоматизации»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Киберфизические системы и интернет вещей»

на тему «Метеостанция при помощи платы Arduino»

Выполнил:

студент 1-го курса

группы БУТ2201

Бабичев А.Д.

Приняла:

д.ф.-м.н., проф. Воронова Л.И.

Москва 2023

Содержание

---

Введение

Разработка и использование метеостанций является актуальной темой в современном мире, так как климатические изменения имеют все более серьезные последствия для нашей жизни и экономики. Метеостанции позволяют ученным и специалистам отслеживать и анализировать состояние климата и прогнозировать погоду с большой точностью. Это крайне важно для сельского хозяйства, строительства, энергетики, туризма и других отраслей, которые зависят от погодных условий. Кроме того, метеостанции могут помочь в быстром предупреждении грозовых бурь, ураганов, опасных природных явлений и спасти жизни людей. Таким образом, развитие и использование метеостанций является крайне важным и актуальным направлением науки и технологий.

Объект исследования: погода и климат.

Предмет исследования: температура.

Цель работы: разработка метеостанции для измерения температуры и влажности, и вывода результатов на ЖК-дисплей.

Поставленная цель выявила следующие задачи:

1) Провести анализ принципа работы, устройства и современных направлений развития метеостанций;

2) Сформировать функциональные требования к действующему макету системы анализа износа деталей;

3) Выполнить проектирование аппаратной части действующего макета, провести подбор элементной базы, реализовать размещение элементов на каркасе макета;

4) Реализовать программное обеспечение для сбора и обработки данных с датчиков и устройств ввода информации, отправки данных на исполнительные устройства и устройства вывода информации.

1 Анализ предметной области по направлению метеостанций

1. История первых метеостанций

Первые метеостанции появились в XVII веке. В то время ученые начали заниматься изучением погоды и пытались создать приборы для измерения различных метеорологических параметров. Одной из первых метеостанций была установлена в 1654 году в городе Флоренции в Италии. На этой станции измеряли температуру воздуха, давление, направление и силу ветра, а также погодные условия. В ближайшие годы ученые по всему миру начали устанавливать свои метеостанции и делиться результатами своих исследований. В середине XIX века началась широкомасштабная работа по созданию сети метеостанций для получения данных о погоде по всей территории страны. В результате была создана Мировая метеорологическая организация, которая начала собирать данные со станций со всего мира.

---

Метеостанции в России начали появляться ещё в XIX веке, когда были созданы первые метеорологические службы. В Советской России была развита система государственных метеонаблюдений, которая включала в себя более 5000 метеостанций.
С появлением электроники и компьютеров в XX веке метеостанции стали более автоматизированными и точными. Сегодня метеостанции используются не только для изучения погоды, но и для контроля за изменением климата, прогнозирования наводнений, пожаров и других аварийных ситуаций.
В настоящее время в России работает большое количество автоматизированных метеостанций, которые осуществляют наблюдения за погодными условиями на всей территории страны. Большое количество метеостанций установлено в городах и областных центрах, однако многие работают и в отдаленных районах.

Кроме того, в России активно развивается система персональных метеостанций, которые могут быть установлены на дачах или в частных домах. Они позволяют людям получать актуальную информацию о погоде в реальном времени.

2. Устройство метеостанции

Метеостанция – это устройство, которое предназначено для измерения, регистрации и передачи данных о погоде. Структура метеостанции может быть различной, но обычно она состоит из следующих частей:

1. Датчики. На метеостанции устанавливаются датчики, которые предназначены для измерения различных метеорологических параметров. Это могут быть датчики температуры воздуха, атмосферного давления, относительной влажности, осадков и других параметров.

2. Консоль управления. Консоль управления – это центральный блок метеостанции, в котором собираются и обрабатываются данные, полученные с датчиков. Она может иметь различные функции, такие как отображение текущих метеорологических данных, настройка устройства и другие.

3. Пульт передачи данных. Пульт передачи данных может быть встроенным или отдельным устройством. Он предназначен для передачи информации о погоде на удаленный сервер или другое устройство. Пульт может использовать различные средства связи, такие как линии связи, радио, СМС и другие.

4. Источник питания. Метеостанции могут быть оснащены различными источниками питания, включая солнечную батарею, батареи или сеть переменного тока.

---

5. Дополнительные компоненты. Метеостанция может иметь дополнительные компоненты, такие как ветродатчик, компас, GPS-модуль и другие.

В зависимости от типа метеостанции, ее структура может быть более сложной или простой. Например, некоторые метеостанции могут иметь встроенные дисплеи для отображения погоды, а другие могут выдавать данные только через внешние устройства.

1.3 Принцип работы метеостанции

Принцип работы метеостанции заключается в том, что каждый датчик имеет свой собственный микропроцессор, который собирает данные с датчика и передает их в основной блок метеостанции. Основной блок, в свою очередь, обрабатывает и хранит данные, и отображает их на экране метеостанции.

Некоторые метеостанции имеют возможность передавать данные в интернет-облако, где они могут быть собраны и обработаны другими приложениями для анализа глобальных тенденций погоды.

Таким образом, метеостанция работает на основе измерения и передачи данных метеорологических параметров, что помогает метеорологам и людям быть более осведомленными о текущих и будущих погодных условиях.

1.4 Требования для сборки макета метеостанции

Для сборки макета метеостанции необходимо:

1. Определите функциональность метеостанции и ее основные компоненты: датчики погоды, дисплей для отображения данных, питание (батареи или электрическое).

2. Разработайте интерфейс дисплея, где будут отображаться данные, собранные датчиками. В зависимости от того, какую информацию вы выбрали собирать (температура, влажность, давление, скорость ветра и т. д.), расположите ее на дисплее так, чтобы была удобно читать и понимать.

3. Разместите кнопки на метеостанции для управления функциями и настройками устройства. Например, можно добавить кнопку для переключения между различными датчиками или кнопку для регулировки яркости дисплея.

4. Предусмотрите систему оповещения: например, метеостанция может издавать звуковой сигнал или включать подсветку, когда значения датчиков выходят за заданные пределы.

5. Определите внешний вид метеостанции: размеры, форма, материал корпуса. Учитывайте условия эксплуатации: если устройство будет использоваться на улице, оно должно быть устойчиво к погодным условиям.

6. Создайте прототип и протестируйте его, чтобы убедиться

---

, что функциональность устройства работает как задумано. Внесите необходимые изменения и перейдите к производству метеостанций.

1.5 Задачи метеостанции

1. Точность измерений: Метеостанция должна иметь высокую точность и надежность измерений для получения точной информации о погодных условиях.

2. Диапазон измерений: Метеостанция должна иметь широкий диапазон измерений, чтобы охватывать все основные метеорологические параметры, такие как температура, влажность, давление, скорость и направление ветра, осадки и ультрафиолетовое излучение.

3. Временное разрешение: Метеостанция должна иметь высокое временное разрешение, чтобы измерять изменения погодных условий в режиме реального времени.

4. Устойчивость и долговечность: Метеостанция должна быть устойчивой и долговечной, чтобы она могла работать в условиях различных климатических условий и имела долгий срок службы.

5. Легкость в установке и использовании: Метеостанция должна быть легко установлена и использована, чтобы позволить пользователям получить доступ к нужной информации о погоде легко и быстро.

6. Интеграция с другими устройствами: Метеостанция должна иметь возможность интеграции с другими устройствами, такими как компьютеры, телефоны и интернет, чтобы позволить пользователям извлекать и обрабатывать информацию о погоде более удобным способом.

7. Наличие функций хранения и обработки данных: Метеостанция должна иметь функции хранения и обработки данных, чтобы сохранять информацию о погоде и обрабатывать ее для анализа и прогнозирования погоды.

1.6 Современные направления развития метеостанций

Современные направления развития метеостанций включают в себя следующие технологии и функционал:

1. Беспроводные технологии связи позволяют передавать данные с метеостанций через Интернет и сразу же получать актуальную информацию о погодных условиях.

2. Автономность метеостанций - станции оборудуются собственными источниками питания, что позволяет им работать независимо от внешних условий (например, отключения электричества).

3. Точность измерений - современные метеостанции обладают высокой точностью измерений погодных параметров, что позволяет получать более точные прогнозы.

4. Дополнительные функции - к современным метеостанциям могут быть добавлены дополнительные функции, такие как измерение уровня загрязнения воздуха или мониторинг радиации.

---