🔬 Разработка мобильной станции экологического мониторинга

🔬 Сенсоры → 🧠 Микроконтроллер → 📱 Дисплей
              ↓
📡 Беспроводная связь → 💻 Компьютер → 📊 Анализ → 🗂️ База данных

DHT22 (Температура/Влажность):
├─ VCC → 5V
├─ GND → GND
└─ DATA → Pin 2

BH1750 (Освещенность):
├─ VCC → 3.3V
├─ GND → GND
├─ SCL → A5
└─ SDA → A4

MQ-135 (Качество воздуха):
├─ VCC → 5V
├─ GND → GND
└─ AOUT → A0

LCD I2C (Дисплей):
├─ VCC → 5V
├─ GND → GND
├─ SCL → A5
└─ SDA → A4

HC-05 (Bluetooth):
├─ VCC → 5V
├─ GND → GND
├─ TX → Pin 8
└─ RX → Pin 9

Эталон: 22.0°C → Датчик: 21.5°C
Эталон: 5.0°C → Датчик: 4.8°C
Эталон: 40.0°C → Датчик: 39.2°C

K = (40.0 - 5.0) / (39.2 - 4.8) = 35.0 / 34.4 = 1.017
B = 5.0 - 1.017 × 4.8 = 0.118

Формула: T_cal = T_sensor × 1.017 + 0.118

// Основные блоки программы
void setup() {
    // Инициализация датчиков и модулей
}

void loop() {
    // Основной цикл работы
    readSensors();      // Чтение датчиков
    processData();      // Обработка данных
    displayData();      // Отображение на LCD
    sendData();         // Передача по Bluetooth
    delay(interval);    // Пауза между измерениями
}

// Скользящее среднее для сглаживания
float movingAverage(float newValue, float oldAverage, int n) {
    return (oldAverage * (n-1) + newValue) / n;
}

// Медианный фильтр для удаления выбросов
float medianFilter(float values[], int size) {
    // Сортировка массива
    for (int i = 0; i < size-1; i++) {
        for (int j = i+1; j < size; j++) {
            if (values[i] > values[j]) {
                float temp = values[i];
                values[i] = values[j];
                values[j] = temp;
            }
        }
    }
    return values[size/2];  // Возврат медианы
}

void displayData() {
    lcd.clear();
    
    // Первая строка: Температура и влажность
    lcd.setCursor(0, 0);
    lcd.print("T:");
    lcd.print(temperature, 1);  // 1 знак после запятой
    lcd.print("C H:");
    lcd.print(humidity, 0);     // Без дробной части
    lcd.print("%");
    
    // Вторая строка: Освещенность и качество воздуха
    lcd.setCursor(0, 1);
    lcd.print("L:");
    if (lightLevel < 1000) {
        lcd.print((int)lightLevel);
    } else {
        lcd.print(lightLevel/1000.0, 1);
        lcd.print("k");
    }
    lcd.print(" A:");
    lcd.print(airQuality);
}

void sendData() {
    String jsonData = "{";
    jsonData += "\"timestamp\":" + String(millis()) + ",";
    jsonData += "\"temperature\":" + String(temperature, 2) + ",";
    jsonData += "\"humidity\":" + String(humidity, 1) + ",";
    jsonData += "\"light\":" + String(lightLevel, 0) + ",";
    jsonData += "\"airQuality\":" + String(airQuality);
    jsonData += "}";
    
    bluetooth.println(jsonData);
    Serial.println(jsonData);  // Дублирование в консоль для отладки
}

void sendDataCSV() {
    String csvData = String(millis()) + "," +
                     String(temperature, 2) + "," +
                     String(humidity, 1) + "," +
                     String(lightLevel, 0) + "," +
                     String(airQuality);
    
    bluetooth.println(csvData);
}

import serial
import matplotlib.pyplot as plt
import json
from collections import deque
import time

class EcoMonitor:
    def __init__(self, port='COM5', baudrate=9600):
        self.serial_connection = serial.Serial(port, baudrate)
        self.data_buffer = {
            'time': deque(maxlen=100),
            'temperature': deque(maxlen=100),
            'humidity': deque(maxlen=100),
            'light': deque(maxlen=100),
            'air_quality': deque(maxlen=100)
        }
        
    def read_data(self):
        """Чтение данных с Arduino"""
        if self.serial_connection.in_waiting:
            raw_data = self.serial_connection.readline().decode().strip()
            try:
                # Парсинг JSON или CSV данных
                data = json.loads(raw_data)
                return data
            except:
                # Fallback для CSV формата
                values = raw_data.split(',')
                if len(values) == 5:
                    return {
                        'timestamp': int(values[0]),
                        'temperature': float(values[1]),
                        'humidity': float(values[2]),
                        'light': float(values[3]),
                        'airQuality': int(values[4])
                    }
        return None

def setup_plots(self):
    """Настройка графических окон"""
    self.fig, self.axes = plt.subplots(2, 2, figsize=(12, 8))
    self.fig.suptitle('Мониторинг окружающей среды')
    
    # Настройка каждого графика
    self.axes[0,0].set_title('Температура (°C)')
    self.axes[0,0].set_ylim(0, 50)
    self.axes[0,0].grid(True)
    
    self.axes[0,1].set_title('Влажность (%)')
    self.axes[0,1].set_ylim(0, 100)
    self.axes[0,1].grid(True)
    
    self.axes[1,0].set_title('Освещенность (lx)')
    self.axes[1,0].set_yscale('log')  # Логарифмический масштаб
    self.axes[1,0].grid(True)
    
    self.axes[1,1].set_title('Качество воздуха')
    self.axes[1,1].set_ylim(0, 1023)
    self.axes[1,1].grid(True)
    
    plt.tight_layout()
    plt.ion()  # Интерактивный режим

THRESHOLDS = {
    'temperature': {'min': 18, 'max': 26},      # Комфортная температура
    'humidity': {'min': 40, 'max': 60},         # Оптимальная влажность
    'light': {'min': 200, 'max': 1000},         # Достаточное освещение
    'air_quality': {'min': 0, 'max': 300}       # Приемлемое качество воздуха
}

def check_alerts(self, data):
    """Проверка превышения пороговых значений"""
    alerts = []
    
    for param, value in data.items():
        if param in THRESHOLDS:
            threshold = THRESHOLDS[param]
            if value < threshold['min']:
                alerts.append(f"⚠️ {param}: {value} ниже нормы ({threshold['min']})")
            elif value > threshold['max']:
                alerts.append(f"🚨 {param}: {value} выше нормы ({threshold['max']})")
    
    return alerts

□ DHT22 подключен к Pin 2 (проверить питание 5V)
□ BH1750 подключен к I2C (SDA/SCL, питание 3.3V)
□ MQ-135 подключен к A0 (питание 5V, прогрев 24ч)
□ LCD I2C подключен к I2C (адрес 0x27, питание 5V)
□ HC-05 подключен к Pin 8/9 (питание 5V)
□ Все GND соединены с общей землей
□ Питание подается от стабилизированного источника
□ Проводка аккуратная, соединения надежные

#include <DHT.h>
#include <Wire.h>
#include <BH1750.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <SoftwareSerial.h>

// Конфигурация пинов
#define DHT_PIN 2
#define DHT_TYPE DHT22
#define MQ135_PIN A0
#define BT_RX 8
#define BT_TX 9

// Инициализация объектов
DHT dht(DHT_PIN, DHT_TYPE);
BH1750 lightMeter;
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
SoftwareSerial bluetooth(BT_RX, BT_TX);

// Переменные данных
struct SensorData {
    float temperature;
    float humidity;
    float light;
    int airQuality;
    unsigned long timestamp;
};

SensorData currentData;

void setup() {
    // TODO: Инициализация всех компонентов
}

void loop() {
    // TODO: Основной цикл работы
}

void readSensors() {
    // Чтение температуры и влажности
    currentData.temperature = dht.readTemperature();
    currentData.humidity = dht.readHumidity();
    
    // Проверка на ошибки DHT22
    if (isnan(currentData.temperature) || isnan(currentData.humidity)) {
        Serial.println("Ошибка чтения DHT22!");
        return;
    }
    
    // Чтение освещенности
    currentData.light = lightMeter.readLightLevel();
    
    // Чтение качества воздуха
    currentData.airQuality = analogRead(MQ135_PIN);
    
    // Временная метка
    currentData.timestamp = millis();
    
    // Применение калибровочных коэффициентов
    applyCalibration();
}

void applyCalibration() {
    // TODO: Применить коэффициенты калибровки
    currentData.temperature *= TEMP_CALIBRATION;
    currentData.humidity *= HUMIDITY_CALIBRATION;
    currentData.light *= LIGHT_CALIBRATION;
}

void displayData() {
    lcd.clear();
    
    // Строка 1: T:25.3C H:45%
    lcd.setCursor(0, 0);
    lcd.print("T:");
    lcd.print(currentData.temperature, 1);
    lcd.print("C H:");
    lcd.print((int)currentData.humidity);
    lcd.print("%");
    
    // Строка 2: L:1250 A:245
    lcd.setCursor(0, 1);
    lcd.print("L:");
    if (currentData.light < 1000) {
        lcd.print((int)currentData.light);
    } else {
        lcd.print(currentData.light/1000, 1);
        lcd.print("k");
    }
    
    lcd.print(" A:");
    lcd.print(currentData.airQuality);
}

void sendData() {
    // JSON формат для структурированной передачи
    String jsonString = "{";
    jsonString += "\"time\":" + String(currentData.timestamp) + ",";
    jsonString += "\"temp\":" + String(currentData.temperature, 2) + ",";
    jsonString += "\"hum\":" + String(currentData.humidity, 1) + ",";
    jsonString += "\"light\":" + String(currentData.light, 0) + ",";
    jsonString += "\"air\":" + String(currentData.airQuality);
    jsonString += "}";
    
    // Отправка через Bluetooth
    bluetooth.println(jsonString);
    
    // Дублирование в Serial для отладки
    Serial.println(jsonString);
}

# Быстрый тест приема данных
import serial
import json

ser = serial.Serial('COM5', 9600)  # Замените на ваш порт

for i in range(10):  # Прочитать 10 измерений
    if ser.in_waiting:
        data = ser.readline().decode().strip()
        try:
            parsed = json.loads(data)
            print(f"T: {parsed['temp']}°C, "
                  f"H: {parsed['hum']}%, "
                  f"L: {parsed['light']}lx, "
                  f"A: {parsed['air']}")
        except:
            print(f"Raw data: {data}")