Projet de station météorologique avec Arduino
Vous avez besoin de sujets intéressants à aborder (ou à vous vanter un peu) ? Eh bien, nous avons exactement ce qu’il vous faut ! Ce tutoriel vous permettra de construire et d’utiliser votre propre station météorologique. Vous pourrez ainsi combler n’importe quel silence gênant en donnant des nouvelles de la température, de la pression, de l’humidité, de l’altitude et de la vitesse du vent. Plus jamais vous ne serez obligé de dire un banal « il fait beau » une fois ce projet terminé.
Notre station météorologique est entièrement équipée dans un boîtier résistant à l’eau, avec différents capteurs qui enregistrent diverses données naturelles et les sauvegardent toutes sur la même carte memoire. Un Arduino Uno est utilisé pour programmer facilement la station afin qu’elle fonctionne de manière autonome. En outre, un nombre quelconque de capteurs peut être ajouté ou intégré au système pour lui donner une large gamme de fonctionnalités. Nous avons choisi d’utiliser plusieurs capteurs : un capteur de température et d’humidité DHT22, un capteur de pression barométrique et d’altitude BMP280, et un anémomètre pour mesurer la vitesse du vent. Nous avons dû télécharger plusieurs bibliothèques de code et combiner différents scripts pour faire fonctionner tous nos capteurs ensemble et enregistrer les données sur la carte memoire. Les liens vers les bibliothèques sont indiqués en commentaire dans notre code.
Étape 1 : Rassembler le matériel
Arduino Uno
Plaque de prototypage (protoboard)
Batterie 9V
Capteur de vitesse du vent (anémomètre)
Boîtier étanche
Capteur de pression barométrique et d’altitude BMP280
Capteur de température et d’humidité DHT22
Shield de journalisation de données (data logging) Adafruit préassemblé
Colle chaude
Il est important, à cette étape, de simplement vérifier que votre Arduino fonctionne et peut être programmé depuis votre ordinateur. Nous avons également fini par souder tous nos composants sur une plaque de prototypage, mais une breadboard peut aussi être utilisée pour connecter les capteurs à l’Arduino. Notre protoboard a rendu toutes les connexions permanentes, ce qui a facilité l’intégration des composants dans le boîtier sans craindre qu’ils ne se détachent en bougeant.
Étape 2 : Ajouter un enregistreur de données
Cette étape est un vrai jeu d’enfant. Il suffit d’emboîter l’enregistreur de données en place. Il se fixe directement sur le dessus de l’Arduino Uno.
Faire en sorte que l’enregistreur de données enregistre réellement les données nécessite un peu de programmation. Le module enregistre les données sur une carte SD qui s’insère dans le shield et peut ensuite être retirée et branchée à un ordinateur. Une fonctionnalité très utile du code est l’utilisation d’un horodatage. L’horloge enregistre le jour, le mois et l’année, en plus de la seconde, de la minute et de l’heure (tant qu’elle est connectée à une pile). Nous avons dû régler l’heure dans le code au départ, mais l’enregistreur conserve l’heure tant que la pile de la carte reste branchée. Cela signifie qu’il n’est pas nécessaire de réinitialiser l’horloge !
Étape 3 : Configurer le capteur de température et d’humidité
Connectez la première broche (rouge) du capteur à la broche 5V de l’Arduino.
Connectez la deuxième broche (bleue) à une broche numérique de l’Arduino (nous avons utilisé la broche 6).
Reliez la quatrième broche (verte) à la masse (GND) de l’Arduino.
Le capteur Adafruit que nous avons utilisé ne nécessite qu’une seule broche numérique sur l’Arduino pour collecter les données. Ce capteur est un capteur d’humidité capacitif. Cela signifie qu’il mesure l’humidité relative grâce à deux électrodes métalliques séparées par un matériau diélectrique poreux. Lorsque l’eau pénètre dans ces pores, la capacité électrique est modifiée.
La partie du capteur qui mesure la température est une simple résistance : la résistance change en fonction de la température (appelée thermistance). Bien que cette variation soit non linéaire, elle peut être convertie en une lecture de température qui est ensuite enregistrée par notre shield d’enregistrement de données.
Étape 4 : Configurer le capteur de pression et d’altitude
La broche Vin (rouge) est connectée à la broche 5V de l’Arduino.
La deuxième broche n’est connectée à rien.
La broche GND (noire) est reliée à la masse (GND) de l’Arduino.
La broche SCK (jaune) est connectée à la broche SCL de l’Arduino.
La cinquième broche n’est pas connectée.
La broche SDI (bleue) est connectée à la broche SDA de l’Arduino.
La septième broche n’est pas connectée et n’apparaît pas sur le schéma.
La broche Vin régule la tension envoyée au capteur, réduisant l’alimentation de 5V à 3V. La broche SCK, ou broche d’horloge SPI, est une broche d’entrée pour le capteur. La broche SDI est la broche de données série entrantes et transporte les informations de l’Arduino vers le capteur.
Sur le schéma du montage Arduino et breadboard, le capteur de pression et d’altitude représenté n’était pas exactement le modèle que nous avons utilisé. Il comporte une broche de moins, mais le câblage est identique à celui du capteur réel. La façon dont les broches sont connectées correspond aux broches du capteur et constitue un modèle adéquat pour le montage du capteur.
Étape 5 : Installer l’anémomètre
Le fil rouge d’alimentation de l’anémomètre doit être connecté à la broche Vin de l’Arduino.
Le fil noir de masse doit être connecté à la masse (GND) de l’Arduino.
Le fil bleu (dans notre circuit) a été connecté à la broche A2.
Un point important à prendre en compte est que l’anémomètre nécessite une alimentation de 7 à 24 V pour fonctionner. La broche 5V de l’Arduino ne suffit pas. Il faut donc brancher une batterie 9V à l’Arduino. Celle-ci est directement connectée à la broche Vin et permet à l’anémomètre de puiser dans une source d’alimentation plus puissante.
L’anémomètre mesure la vitesse du vent en générant un courant électrique. Plus il tourne vite, plus il produit d’énergie et donc de courant. L’Arduino peut traduire ce signal électrique en vitesse du vent. Le programme que nous avons codé réalise également la conversion nécessaire pour afficher la vitesse du vent en miles par heure.
Étape 6 : Vérifiez le circuit et effectuez quelques tests
Sur l’image ci-dessus, vous pouvez voir notre schéma de circuit complet. Le capteur de température est le capteur blanc à quatre broches au centre de la carte. Le capteur de pression est représenté par le capteur rouge à droite. Bien qu’il ne corresponde pas exactement au capteur que nous avons utilisé, les broches/connexions correspondent si vous les alignez de gauche à droite (notre capteur possède une broche de plus que celle du schéma). Les fils de l’anémomètre correspondent aux couleurs que nous leur avons attribuées sur le schéma. De plus, nous avons ajouté la batterie 9V dans le port de batterie noir en bas à gauche du schéma sur l’Arduino.
Pour tester la station météo, essayez de souffler sur le capteur de température et d’humidité, faites tourner l’anémomètre, et prenez des mesures en haut et en bas d’un bâtiment ou d’une colline élevée pour vérifier si le capteur de température, l’anémomètre, et le capteur de pression/altitude collectent bien les données. Essayez de retirer la carte memoire et de la brancher sur un appareil pour vérifier que les mesures ont bien été enregistrées.
Nous espérons que tout fonctionne parfaitement. Sinon, vérifiez soigneusement toutes vos connexions. En dernier recours, essayez de vérifier le code pour voir s’il y a des erreurs.
Étape 7 : Installer tous les composants dans le boîtier
Il est temps maintenant de donner à votre projet l’apparence d’une vraie station météo. Nous avons utilisé une boîte étanche Outdoor Products pour abriter notre circuit et la plupart des composants. Notre boîte avait déjà un trou sur le côté avec un pénétrateur et un joint en caoutchouc. Cela nous a permis de faire passer les fils du capteur de température et de l’anémomètre à l’extérieur de la boîte, à travers un trou percé dans le pénétrateur, puis scellé à l’époxy.
Pour pouvoir installer le capteur de pression à l’intérieur de la boîte, nous avons percé de petits trous tout au fond de celle-ci et placé des entretoises à chaque coin pour le surélever du niveau du sol.
Pour rendre étanches les fils reliant l’anémomètre et le capteur de température à la carte principale, nous avons utilisé de la gaine thermo-rétractable pour sceller toutes les connexions. Nous avons fait passer le capteur de température sous la boîte et l’avons fixé (nous ne voulions pas que le plastique teinté retienne la chaleur et fausse les mesures de température).
Ce n’est pas la seule solution pour le boîtier, mais c’est certainement celle qui convient parfaitement pour un projet ludique.
Étape 8 : Profitez de votre petite station météo personnelle !
Voilà la partie amusante ! Emmenez votre station météo avec vous, installez-la dehors dans le jardin, ou faites-en ce que vous voulez. Vous voulez l’emmener à la montagne pour avoir des mesures météo plus précises ?
Vous voulez réaliser ce projet ? Contactez-nous !
