使用NodeMCU和ThingSpeak的太阳能Wi-Fi气象站

气象站是一种可以监测周围环境的各种参数，如湿度、温度、压力、降雨量等的设备。我们之前用不同的微控制器建立了几个气象站，比如：

•基于物联网的树莓派气象站

•基于物联网的ESP32 Wi-Fi气象站

•使用Arduino的物联网无线气象站

这一次，我们使用ESP8266 NodeMCU作为主控制器，并使用太阳能电池板为整个设置供电。这将是一个自给自足的太阳能无线气象站。它还使用3.7V 18650锂离子电池为电路供电，该锂离子电池将使用TP4056锂离子充电器模块为太阳能电池板充电。除此之外，它将有一个DHT11传感器来测量温度和湿度，BMP280传感器来测量压力，雨水传感器来检测降雨量。所有天气数据都将被记录并保存在ThingSpeak物联网云上，可以从世界任何地方进行监控。

组件的要求

•NodeMCU ESP8266

•DHT11温湿度传感器

•BMP280压力传感器

•雨水传感器

•TP4056锂离子充电器

•3.7V 18650锂离子电池

•18650电池座

•DC-DC 0.9V-5V升压升压器

•太阳能电池板6V， 100Ma

•1 n4007二极管

•电路试验板

•跳线

在进入细节之前，让我们了解一下这个太阳能无线气象站使用的不同组件和模块。

TP4056锂离子电池充电器模块

TP4056是一款流行的锂离子电池充电器控制器IC，它支持3.7v锂离子电池的恒流恒压充电。它带有一个8针的SOP封装，可以与一些外部组件组装成一个完整的充电模块。

TP4056的完整引脚描述如下：

使用TP4056充电器为3.7V锂离子电池充电

要使用TP4056充电模块为18650 3.7V锂离子电池充电，请按照以下原理图连接电路。

它也可以使用微型USB线和移动充电器等从5V直流输入源充电。但在这个太阳能Wi-Fi气象站项目中，我们使用太阳能光伏模块为电池充电。

为太阳能电池板上的18650锂离子电池充电

这里的NodeMCU由太阳能电池板供电。18650电池的输出为(3.7-4)伏，不能用于为NodeMCU供电，因为它需要5v才能上电。因此TP4056锂离子充电器的输出连接到(0.9-5)V DC-DC升压电路，将电压升压到5v。

BMP280压力传感器

BMP280是一款绝对气压传感器，适用于移动应用。它是非常受欢迎的非常紧凑的尺寸和低功耗。它被用于手机、智能手表、气象站等。BMP280基于博世久经考验的压阻压力传感器技术，具有高精度、线性度和长期稳定性。

BMP280的特点：

•压力范围：300- 1100hpa

•温度范围：-40-85°C

•平均典型电流消耗：3.4 μA @ 1hz

•接口：I2C和SPI

•工作电压：1.71 V ~ 3.6 V

如果你没有BMP280，那么BMP180也可以用来建立一个物联网气象站。

DHT11温湿度传感器

DHT11是一种用于测量环境温度和湿度的传感器。DHT11传感器包括用于测量湿度的电容式湿度传感元件和用于检测温度的NTC热敏电阻。所述湿度感应电容元件具有两个电极，电极之间有保持水分的衬底作为电介质。电容值随湿度的变化而变化。电路集成电路测量和处理这些电阻值，并将其转换为可测量的数字信号。

特点:

•工作电压：3.3V-5.5V

•温度范围：0-50°C

•温度精度：±2%°C

•湿度范围：20 ~ 90% RH

•湿度精度：±5% RH

我们之前使用DHT11传感器使用树莓派，Arduino和ESP8266建立气象站。

雨水传感器

雨水传感器是用来探测降雨的。这适用于自动雨刷，气象站等应用。雨水传感器的工作原理是可变电阻。当表面干燥时，两个电阻线圈分开，电阻非常高。在下雨的情况下，表面潮湿，电阻低(短路)。该可变电阻使用分压器网络转换为可变电压，然后将该模拟信号馈送到LM393电压比较器将其转换为数字信号。

物联网气象站电路图

这个太阳能气象站的连接图如下所示。

BMP280传感器与NodeMCU的连接方式如下表所示

DHT11传感器与NodeMCU的连接关系如下表所示

该表显示了Rain Sensor和NodeMCU之间的连接

这是物联网气象站的完整设置：

设置ThingSpeak账户太阳能气象站

在成功完成硬件设置后，现在是时候设置物联网平台了，所有的天气数据都将存储在这个平台上。这里我们使用ThingSpeak来存储气象站参数并在GUI中显示它们。ThingSpeak是一个非常流行的物联网云平台，用于在线构建存储、监控和处理数据。我们还使用ThingSpeak构建了许多基于物联网的项目。

按照以下步骤创建一个ThingSpeak帐户。

第一步：注册ThingSpeak

首先，如果你没有Mathworks帐户，请登录https://thingspeak.com/并创建一个新的免费Mathworks帐户。

第二步：登录ThingSpeak

用你的凭证登录ThingSpeak，然后点击“新频道”。现在填写项目的详细信息，如名称、字段名称等。这里我们必须创建四个字段名，如湿度，温度，压力和雨。然后点击“保存频道”。

步骤3：记录凭据

选择已创建的通道并记录以下凭据。

通道ID，它在通道视图的顶部。

编写一个API密钥，可以在通道视图的API Keys选项卡上找到。

步骤4：向GUI添加小部件

单击“Add Widgets”并添加四个适当的widget，如仪表、数字显示和指示器。在我的情况下，我已经采取了显示温度和湿度的仪表，数字显示的压力和指示雨。为每个小部件选择适当的字段名。

ESP8266太阳能Wi-Fi气象站编程

在成功完成硬件连接和ThingSpeak设置之后，现在是时候对ESP8266 NodeMCU进行编程了。

要使用Arduino IDE将代码上传到NodeMCU，请遵循以下步骤：

1. 打开Arduino IDE，然后进入File - >Preferences - >Settings。

2. 在“附加板管理器URL”字段中键入，然后单击“确定”。

3. 现在转到Tools > Board > Boards Manager。在“单板管理器”窗口中，在搜索框中输入ESP8266，选择最新版本的单板，单击“安装”。

4. 安装完成后，进入“Tools ->Board ->”，选择“NodeMCU 1.0(ESP-12E Module)”。现在您可以使用Arduino IDE对NodeMCU进行编程。

完成上述设置后，使用Arduino IDE对NodeMCU进行编程，将完整的代码上传到ESP8266 NodeMCU。下面给出了完整代码的逐步解释。

通过在代码中包含所有所需的库文件来启动代码，例如ESP8266WiFi.h用于ESP8266板，Wire.h用于I2C通信等。

包括Adafruit_BMP280.h单击Arduino IDE中的草图，然后去包括库->管理库和搜索Adafruit BMP280，从列表中选择第一个搜索结果并单击安装。

在这里，DHT.h用于DHT11传感器，可以从这里的链接下载。ThingSpeak.h库用于ThingSpeak平台，可以通过以下步骤添加到Arduino IDE中：

在Arduino IDE中，选择Sketch/Include Library/Manage Libraries。

从列表中单击ThingSpeak库，然后单击Install按钮。

接下来，定义BMP280的I2C地址。BMP280的缺省地址是0x76。然后为Adafruit_BMP280类和DHT类定义一个对象。

现在，声明网络凭据——即SSID和密码。需要将NodeMCU连接到互联网。

接下来，声明ThingSpeak帐户凭据，如通道号和之前记录的写入API。

然后使用函数Wire.begin初始化I2C。这里GPIO4 (D2)用作SDA， GPIO0 (D3)用作SCL。DHT11连接引脚D1使用dht.setup定义。

要将NodeMCU连接到互联网，请调用WiFi。开始并传递网络SSID和密码作为参数。使用WiFi.status()检查网络连接是否成功，连接成功后，在LCD上打印带有IP地址的消息。

然后使用ThingSpeak.begin使用保存的凭证连接到ThingSpeak平台。

接下来，使用readTemperature()和readPressure()从BMP280传感器解码温度和压力值。帕斯卡压力值转换为hpa。

这里使用getHumidity()从DHT11传感器读取湿度值，从模拟通道接收雨量值。

最后，使用setField()分配ThingSpeak云的字段，并使用writeFields()将数据发送到云。

现在最后启动电路并在ESP8266中上传代码。然后打开ThingSpeak网站，你会看到压力表中的温度和湿度值。

本文编译自iotdesignpro