數位天堂

Service · 2016-07-03 16:33:06

多數人都有這樣的困擾，家人白天上班的上班，上課的上課，NAS 24hr 運作，寵物在家獨守空房，沒人可以即時因應氣溫的變化，因此很久以前就有個念頭，希望可以記錄家裡的環境變化甚至可以遠端了解目前狀況。這幾年拜 IOT 科技所賜，這方面的工具也逐漸推出，只是市面產品功能及穩定性參差不齊，也怕買到地雷，還不如依自身的需求自己 DIY 實作看看，功能還可以逐步擴充，重點是價格低廉實惠，庶民百姓都玩得起。

這樣的需求，首選的工具當然就是用 Arduino 來擔綱囉，以下是演員陣容：　
▼ 主要控制板 Arduino UNO。

▼ 溫溼度偵測元件 DHT11。

▼ 因為只要顯示溫溼度等資訊，所以 LCD 選擇便宜的 1602 就足夠使用。

▼ 這是LCD背面接腳，會選擇 I2C 是因為只要 4 條杜邦線就可以完成連接。

▼ 如果想要能透過網路連線查詢即時狀態，則需要再加一張 W5100 Ethernet 擴充板。

▼ 所有演員大集合，準備開工拜拜。

單機版家庭氣象觀測站
▼ 單機板家庭氣象站接線圖，第一次畫不太熟練，找不到 DHT11 元件拿 RHT03 充當 orz

▼ 實際接線圖，接得有點混亂，請多包涵 jolin

▼ 單機版程式碼

#include ＜LiquidCrystal_I2C.h>
#include ＜dht11.h>
#include ＜Wire.h>

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);

dht11 DHT11;
const byte dataPin = 2;

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  
  lcd.init();
  lcd.backlight();
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  int chk = DHT11.read(dataPin);

  if(chk == 0) {
    lcd.setCursor(4,0);
    lcd.print("Temp");
    lcd.setCursor(0,1);
    lcd.print("Humidity");    
    lcd.setCursor(9,0);
    lcd.print((float)DHT11.temperature, 2);
    lcd.print((char) 0xDF);
    lcd.print("C");
    
    lcd.setCursor(9,1);
    lcd.print((float)DHT11.humidity, 2);
    lcd.print("%");
  } else {
    lcd.clear();
    lcd.print("Error code:");
    lcd.print(chk);
  }
  
  delay(5000);
}

▼ 開機後，會將 DHT11 偵測出來的溫溼度數據顯示在 LCD 畫面

網路版家庭氣象觀測站
單機板似乎只能單機作業眼見為憑，還不如加上網路功能，讓遠端也能透過網路監看家裡的溫溼度狀況，所以以前述的單機板為基礎，我們再加上一片 W5100 Ethernet 擴充板，即可升級為網路版家庭氣象站。

▼ 在 Arduino UNO 上再堆疊一片 W5100，即可擁有網路版的功能。

▼ 網路版程式碼

#include ＜LiquidCrystal_I2C.h>
#include ＜dht11.h>
#include ＜Wire.h> 
#include ＜SPI.h>
#include ＜Ethernet.h>

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
byte mac[] = { 0xF0, 0x7B, 0xCB, 0x4B, 0x7C, 0x9F };

dht11 DHT11;
const byte dataPin = 2;
EthernetServer server(80);

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  
  lcd.init();
  lcd.backlight();
  Ethernet.begin(mac);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  char buffer[5] = "";
  int chk = DHT11.read(dataPin);
  
  IPAddress ip = Ethernet.localIP();
  EthernetClient client = server.available();
  if (client) {
    while (client.connected()) {
      if (client.available()) {
        client.println("HTTP/1.1 200 OK");
        client.println("Content-Type: text/html");
        client.println();

        client.println("＜!doctype html>");
        client.println("＜html>");
        client.println("＜meta charset=\"utf-8\" />");
        client.println("＜meta http-equiv='Refresh' CONTENT='30'>");
        client.println("＜title>智慧家庭氣象觀測站");
        client.println("＜/head>");
        client.print("溫度：");
        client.print(dtostrf(DHT11.temperature, 5, 2, buffer));
        client.print("°C＜br>");
        client.print("溼度：");
        client.print(dtostrf(DHT11.humidity, 5, 2, buffer));
        client.print("%");
        client.println("＜/body>");
        break;
      }
    }
    delay(1);
    client.stop();
  }
  
  lcd.setCursor(0,0);
  lcd.print(ip);
  if(chk == 0) {
    lcd.setCursor(0,1);
    lcd.print(dtostrf(DHT11.temperature, 5, 2, buffer));
    lcd.print((char) 0xDF);
    lcd.print("C");
        
    lcd.setCursor(8,1);    
    lcd.print(dtostrf(DHT11.humidity, 5, 2, buffer));
    lcd.print("%");
  } else {
    lcd.clear();
    lcd.print("Error code:");
    lcd.print(chk);
  }
  
  delay(5000);
}

▼ 開機後，W5100 會啟動 DHCP 功能取得一組可用的 IP，並顯示在 LCD 上，第二列才會顯示目前的溫度及溼度。

▼ 有了 IP，可以方便透過瀏覽器讀取目前的溫溼度狀態。

▼ 透過 VPN 連線，甚至可以在辦公室遠端連線回來查看家裡的溫溼度資訊。

後記
這樣的實作花費大概台幣 500 元上下就能擁有，程式碼也很簡單易學，後續可延伸的方向：1.透過 MRTG 功能可以定時記錄家裡溫溼度的變化。2.改成無線網路，讓偵測點不受限於網路線。3.增加繼電器，可以設定條件自動開啟或關閉家電，例如設定溫度達 25 度自動開啟電風扇，溼度達 80% 開啟除溼機等等，當然也可透過網路遠端控制開關。4.增加其他監控功能，例如瓦斯偵測、PM2.5偵測等等，這樣的 DIY 只要有創意就會有樂趣。

備註：為讓顯示順利，程式碼中的"＜"字元皆使用全形符號，使用時請自行替換。