Device for the Remote Measurement of Meteorological Data Based on Arduino Platform
Mihajlo Tatović1, Alenka Milovanović1, Ivan Karapandžić1
Abstract: The aim of this paper is to present a realization of a device for displaying, monitoring, and recording non- electrical quantities relevant to the determination and examination of weather conditions. The main unit of this device is the Arduino platform, which controls digital sensors and the GSM module used for communication with user. To accomplish that, the GSM module responds to SMS with the current values of parameters that are being monitored. Also, it uses the GPS service, which allows an Internet connection and sends data back to the Web application. When the Web application receives these data, it processes them and saves them in a MySQL database. The device has the ability to record data on an SD card. A user application is created in C# programming language and allows reading of the recorded data from the SD card and handling of such data. All of results obtained by this device is compared with the results gathered by the Republic Hydrometeorogical Service of Serbia.
Keywords: Meteorological station, Arduino platform, GSM module, User application, Database, Remote measuring, Web application.
1 Introduction
Knowing meteorological data is very important in everyday life. Such databases are used in agriculture, the energy sector, tourism, construction and other aspects of everyday life. They are significant in different areas and fields of work for short- and long-term prediction and planning. Often meteorological data need to be collected from distant places and at inaccessible terrain under bad weather conditions. Development of science and technology allows production of small weather stations that could be placed in such places. Data of interest can be available to the user in real time, while he does not need to be at the place of the station
Regarding this problem, our idea is to develop a measurement device with the functions of measuring and collecting meteorological data in real time. Later, these data can be displayed and processed from the location of measurement.
1Faculty of Technical Sciences Č ačak, University of Kragujevac, Svetog Save 65, 32000 Čačak, Serbia; E-mail: mihajlokg@hotmail.com, alenka.milovanovic@ftn.kg.ac.rs, karapandza89@gmail.com
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M. Tatović, A. Milovanović, I. Karapandžić
The device is built on the Arduino platform because it is an open source platform and uses programmable language that is simple to use. The GSM module is used for communication with user, so it allows using of device on different kind of terrains. This device can keep track of temperature, air humidity, atmospheric pressure, illumination, wind direction and speed, and detection of precipitation and rainfall. The user can obtain the data in three ways: by using SMS messaging, a user application, or a Web application. It can also analyse all data collected with the user application and Web application. This device will be explained in detail in the next chapter.
2 Description of Measurement System
The measurement system contains the Arduino platform, digital sensors, SD card, LCD display, GSM module, and computer with the user application and Web application.
The measurement system is shown in Fig. 1. Arduino is designed to collect sensor data, process it, and record it on the SD card. Also, if the user sends an appropriate SMS message to the device, the device will respond with complete sensor information.
The device will alert the user if any data reach a critical value. This critical value can be set by the application user.
GSM module
GSM network
User
digital sensors
Internet
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database |
Arduino MEGA2560 |
LCD display
SD module
User and Web aplication
Fig. 1 – Organization of measurement system.
- Measurement Device
The measurement device is shown on Fig. 2.
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Application of Arduino Platform for the Remote Measuring of Meteorological Data
The most important part on this device is the Arduino platform, because it controls and communicates with all modules and sensors. This device uses Arduino MEGA2560 R3, which is based on the Atmel microcontroller Atmega2560.
Temperature and air humidity are measured with a DHT22 sensor, manufactured by Aosong Electronics. The most important details are provided by datasheet in Table 1.
The DHT22 sensor is factory calibrated by default and has four pins. Two of them are used for the power supply and one for the transfer of data, while the fourth is in idle state. It consists of an air humidity capacity sensor, a thermistor, and all the electronic components for communication with the microcontroller. DHT22 uses one - wire bus interface.
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Fig. 2 – 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
基于Arduino平台的气象数据的远程测量装置
Mihajlo Tatović1, Alenka Milovanović1, Ivan Karapandžić1
摘要：本文的目的是提出一个用于显示、监测和记录非电气数量相关的天气条件的测定和检查的装置。该装置的主要部件是Arduino平台，控制数字传感器和用于通信的GSM模块与用户。未来要做到这一点，GSM模块响应SMS与当前参数的值随时监测。此外，它使用的GPS服务，它允许一个互联网连接，并发送数据返回到Web应用程序。当Web应用程序接收这些数据时，将其处理并将其保存在MySQL数据库中。该设备具有在SD卡上记录数据的能力。用户应用程序是在C语言编程创建和允许记录的数据从SD卡等数据的处理阅读。所有该设备所取得的结果是由塞尔维亚共和国服务聚集的结果比较。
关键词：气象站，Arduino平台，GSM模块，用户应用程序、数据库、远程测量、Web应用。
1引言
了解气象数据在日常生活中非常重要。这样的数据库被用于农业、能源部门、旅游、建筑等日常生活的各个方面。他们在不同的领域和工作领域的短期和长期的预测和规划具有重要意义。在恶劣的天气条件下，经常需要从遥远的地方和不可到达的地形收集气象数据。科学和技术的发展使得小型气象站的生产可以放置在这样的地方。感兴趣的数据可以实时向用户提供，而他不需要在站的地方
对于这个问题，我们的想法是开发一个测量装置，具有实时测量和收集气象数据的功能。后来，这些数据可以显示和处理从测量的位置。
该装置是基于Arduino平台，因为它是一个开源的平台，使用的编程语言，使用简单。GSM模块用于与用户通信，可以在不同的地形上使用设备。该装置可以跟踪温度、空气湿度、大气压力、照度、风向和风速，以及降水和降雨量的检测。用户可以通过以下方式获得数据三种方式：通过使用SMS消息传递、用户应用程序或web应用程序。它还可以分析所有的数据收集与用户应用程序和Web应用程序。本设备将在下一章中详细讲解。
2测量系统描述
该测量系统由Arduino平台、数字传感器、SD卡、LCD显示、GSM模块、计算机与用户应用程序和Web应用程序。
测量系统如图1所示。Arduino是设计来收集传感器数据，处理它，并把它记录在SD卡。此外，如果用户向设备发送适当的SMS消息，该设备将响应完整的传感器信息。
该设备将提醒用户，如果任何数据达到临界值。此临界值可以由应用程序用户设置。
GSM module
GSM network
User
digital sensors
Internet
|
database |
Arduino MEGA2560 |
LCD display
SD module
User and Web aplication
图1 -测量系统的组织。
测量装置
测量装置如图2所示。
Arduino平台的气象数据的远程测量中的应用
在这个装置中最重要的部分是Arduino平台，因为它控制所有模块和传感器的通信。该装置采用Arduino Mega2560 R3，这是基于ATMEL单片机ATmega2560。
用DHT22传感器测量温度和湿度，通过奥松电子制造。最重要的细节由表1中的数据表提供。
DHT22传感器的工厂校准默认有四针。其中两个用于电源和一个用于传输的数据，而第四是处于空闲状态。它由一个空气湿度传感器，热敏电阻，和所有的电子元件与微控制器进行通信。DHT22采用一线总线接口。
图2 - 1。Arduino Mega2560；2。GSM模块；3。传感器板和RTC模块，4。液晶显示和5。SD卡模块。
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图2 - 1。Arduino Mega2560；2。GSM模块；3。传感器板和RTC模块，4。液晶显示和5。SD卡模块。
表1DHT22传感器基本特性。
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电源电压 |
3.3 – 6 V |
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电源电流t |
1 - 1.5 mA |
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输出信号 |
digital |
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温度范围 |
-40˚C to 80˚C |
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湿度范围 |
0% – 100% |
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精度 |
plusmn;2%RH |
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plusmn;0.5˚C |
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分辨率和灵敏度 |
plusmn;1%RH |
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plusmn;0.2˚C |
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BMP180是功能兼容的继承了BMP085，新一代消费应用的高精度数字压力传感器。超低功耗，低压电器的BMP180移动电话使用，优化的PDA，GPS导航设备，室外设备。与低海拔仅为0.25米的快速转换时间噪声的bmp180提供优越的性能。I2C接口允许简单的系统集成与微控制器。基于EMC的BMP180鲁棒性压阻技术、高精度、线性度、长期稳定性。基本特征见表2。它包含温度传感器，但较小的精度比DHT22传感器。
表2 传感器BMP180基本特征.
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Power supply |
1.62-3.6V |
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Supply current |
3-32micro;A |
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Output signal |
digital |
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Pressure range |
300-1100hPa |
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Accuracy |
-4hPa |
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2hPa |
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Resolution or sensitivity |
0.01hPa |
BH1750FVI传感器被用于阳光，这是I2C总线接口的数字传感器。此传感器是最合适的一个获得环境光数据调整液晶和键盘背光功率的移动电话。
可以在高分辨率的检测范围在[ 165535lx ]。基本特性如表3所示。
表3BH1750FVI传感器基本特性。
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Power supply |
2.4 - 3.6 V |
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Supply current |
1 - 7 mA |
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Output signal |
digital |
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Operating range |
0 - 65535 lx |
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Accuracy |
2 lx |
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Resolution |
1 lx |
检测降水利用传感器构建的FR - 04，以4times;5厘米尺寸。它有四个引脚：两个电源，一个数字输出，一个模拟输出。它采用数字输出，如果雨滴落在传感器的表面上，数字输出将是逻辑高（5V）。在其他情况下，数字输出的状态将逻辑低电平（0V）。电位器可设定灵敏度。
Arduino接收到正确的信息，这将对传感器数据的用户。GSM链路实现与UART（通用异步收发器）通信。收集到的数据记录在SD卡与SD模块Arduino通信。在3.3V的SD模块的工作，但因为所有的Arduino引脚的逻辑高是5V，它使用一个电压电平移位器。数据保存在一个txt文件的SD卡上，可以在用户应用程序中导入，并在进一步的分析中处理。测量数据可以显示在使用HD44780单片机的LCD显示。液晶面板有黄色背光和四行每20个字符。一个字有5times;8像素分辨率。除了标准字符外，面板还可以显示用户可以创建的特殊字符。Arduino和LCD面板之间的pcf8475t模块。它具有降低线数的功能。
每两分钟，该设备将上述传感器测量的参数的值发送到web应用程序。然后Web应用程序将这些数据保存在数据库中。使用Web应用程序，用户有接近网页的方法，可以从数据库中看到数据并进行分析。
3.1用户应用程序
应用程序是在C #创建，这是一个.NET框架。图3显示了从SD卡的数据启动面板。左边是一种从SD卡，保存在Arduino导入所有数据”按钮。
该应用程序分为三个选项卡，其中两个用于显示导入数据。在第一个标签，名为“表”，数据被分离成列，数据可以按日期和时间排序。选项卡“表”的一个例子如图4所示。
图3 -启动屏幕的用户应用程序。
图4 -视图，表“标签。
第二个标签叫做“图”。此选项卡包含从测量图形数据。用户可以检查数据，并选择那些需要进一步处理。在左上角的组合框中可以选择不同的图形类型。这如图5所示。日历调整为需要的时期如图6所示。
在第三个选项卡中，参数可以被修改，以便当用户变得更高或低于设定值时被提醒。这些设置值保存在SD卡上。当Arduino启动时，它读取这些值与实测值进行比较，对节约每一时间间隔。在此选项卡中，用户可以设置保存数据的时间间隔。
图5 -视图，图“标签。
图6 -日历选择期。
图7 -视图，设置“标签。
3.2 Web应用
Web应用程序用于显示测量数据，然后用于处理它们。
应用程序的设计有公共和受限数据。公共数据可以在互联网上看到每个人和最后的测量从一个或多个节点显示（图8）。要查看受限制的数据，客户端必须在我们的系统上注册。有两种类型的用户：简单的用户和管理员。简单的用户只能看到和导出数据，但管理员用户有完全权限。登录到应用程序后，客户端被发送到管理页面（图9）。管理页面有两个部分：左菜单栏和内容。在左侧菜单栏中，登录的用户可以选择要显示的数据，取决于感兴趣的内容，在内容部分将显示所选数据。另一个选项是将选定的数据导出到图片或PDF文件中。
图8 -显示最后测量从一个节点。
图9 -显示所有测量从一个节点-管理页面。
我们目前收集的数据从节点（测量站）。该节点使用HTTP请求与应用程序通信，该请求由GET方法与参数表示。这些参数实际上是来自节点的测量数据和一些参数用于基本我们目前收集的数据从节点（测量站）。该节点使用HTTP请求与应用程序通信，该请求由GET方法与参数表示。这些参数实际上是来自节点的测量数据和一些参数用于基本
节点认证。如果节点第一次接
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