使用 433M 数传搭建无线温度监控系统，为阳台囤菜保驾护航（原创）

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哈尔滨的冬天比较寒冷，从11月初就开始零下，整个冬天最冷能到 -30~-40℃.
既然冷的无处可逃，索性就好好利用一下：整个冬天的阳台就是个免费冰库，可以储藏各种冷冻食品。

今年随着疫情的影响，哈尔滨从十月就一波波的封 锁管控，甚至还出现一次冻雨导致大面积停电停水。
为了对抗这些极端的情况，今年早早就囤足了各种蔬菜肉类，因而也早早期待着阳台能有低温出现。

然而刚深秋气温不是很稳定，时常会在白天升至零上，给储藏的冻货带来不利影响。
既然手头有材料，索性搭建一套温度监控系统，随时观察阳台冷冻情况，以便及时抢救。


【原理】
由于室内外温差高达 40-50℃，因而阳台需要密封+保暖性能非常棒的门来隔离。这样一来基本排除了有线方案，需要上无线数传。

在频点上，特意避开已经用烂的 2.4G，从根源上避免与室内众多wifi、蓝牙、微波炉起冲突。
手头有 315M 和 433M 两种模块，考虑到小体积天线，最终选择了 433M ASK，自定义协议实现无线数传。

阳台安置发射节点 ThermTX ，定期广播当前温度数据；室内放置多个接收节点 ThermRX 以便查看。




【发射节点】

发射结点功能不多：定期读取 DS18B20，驱动 433M-ASK 广播温度数据，要求可以承受 -30℃ 低温。

结构上采用 Arduino + 搭棚版方式实现：





之后整机塞入纸箱防尘，对外引出 DS18B20 探头置于储藏区域，供电由 DC9V 路由器电源完成：



传输协议使用简单的引导+同步+数据+校验格式，由于没啥敏感数据也就未作加扰/加密处理：




【接收节点#1】

接收节点就是个接收+数码管显示系统。由于需要长期使用，为降低对 Arduino 主板的消耗，这里用了自焊的精简版：



Arduino 扩展板上预留了蜂鸣器，原本预备温度异常时报警提示。
结果看我这最弱的睡眠，也就没去写滴滴乱响的代码了，运行起来直接显示阳台温度：



为降低对 433M 频段的占用比例，传输使用了较为简单的脉冲协议，因而有着一定的误码率。
实际 433M 接收端使用了类似于卡尔曼滤波的方式，确保显示稳定、正确。


【接收节点#2】

有了首个接收节点，理论上已可以随时监控阳台温度，但实际使用起来依旧存在漏洞：
阳台可能只在某个时间段出现冰点以上温度，单看当前温度，可能并不知道已出现解冻的事实。

因而需要一个带历史数据/温度曲线的接收端，可以回溯一段时间内的阳台冷冻历史，确保食材不解冻。

正巧手头有某二手的点阵屏，前阵子刚研究通驱动。屏幕整体非常新，店家因为没有资料而当二手处理：



背后的两团牛屎实则是 KS0108 *2，使用并口驱动很容易点亮，随手封装进 U8g2 类库，128x48 分辨率：



由于要长期使用，一直占用着排线并不好，索性搞块扩展板转接下。使用 16V8 作连线切换，使用 HC164 作串并转换：



最终插上芯片的样子：



ATF16V8 便宜又好用，可以灵活切换 Arduino 到液晶的连线，避免与其他模块（例如SPI-SD）冲突。
编译好的 jed 可直接用 Proteus 仿真，基本上不需要怎么调试：



先写个简单的巨幅数字将就显示下，确定接收+显示硬件没问题：




【温度曲线】

使用点阵液晶初衷就是回溯温度曲线，因而使用 Arduino+U8G2 环境折腾之。全嵌入式的系统，可省去电脑查看。
接收端在基础解码（含类卡尔曼滤波）基础上，添加一个顺序队列，回溯等间隔的 128 个温度样本：



实际选取样本间隔为 10min，即屏幕上 1px=10min，1div=6px=1h，阳台温度掉落冰点的效果：



阳台全天零下时，20h 内温度波动如下。早晨 7:00 日出后开始升温，下午 14:00 阳光直射造成短时间阶跃：



冬至当前哈尔滨大降温，从前一天夜里 22:00 开始连续掉了约 8℃，一直到上午 10:00 才消停：



看多了这曲线，唯有大片的零下黑块，才能安抚我对食材保存的焦虑，这大概与仓鼠无异.....


【固件打包】

附上前文涉及的固件包：

a. 公共发射端：
b. 接收端#1-数码管：
c. 接收端#2-点阵屏：
d. 接收端#2-16V8：

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以上，使用 Arduino 实现了一套无线温度监控系统，随时监控过去 20h 内阳台冷冻情况，为抗疫囤菜保驾护航。

最后祝大家远离新冠，生活愉快！

1967906656

谢谢楼主

铃兰花匠

牛皮普拉斯，这个很实用！！！

daphon

厉害了我的哥，对于软硬件通吃的表示膜拜

zidian

打赏，点赞，收藏（三连）

没良心的

半个小时不到，骚版下手太快了
以前没见过这么快的骚版

aacyxjz

恭喜楼主，膜拜一下

电子控制

厉害厉害

solarshen666

能玩单片机的都很厉害

wfzdm

这东西非常实用

t3486784401

感谢大家的肯定与支持！

zhkrid

我家冰箱里都没这么冷

confessor

这个东西太棒了！
屏幕的连接不知道能不能分享一下，也去掏几块回来玩玩。

t3486784401

daphon 发表于 2021-12-23 10:23
厉害了我的哥，对于软硬件通吃的表示膜拜

上 Arduino 就可以这么任性

t3486784401

solarshen666 发表于 2021-12-23 11:34
能玩单片机的都很厉害

欢迎一起来折腾 arduino

t3486784401

zhkrid 发表于 2021-12-23 16:20
我家冰箱里都没这么冷

又到了冰箱冷冻室都比户外暖和的季节。 今天哈尔滨最低 -27℃

kpj001

如果是我住哈尔滨，就做一个晚上开门白天关门的保温箱，也不知道动作机构会不会被冻住

t3486784401

confessor 发表于 2021-12-23 16:45
这个东西太棒了！
屏幕的连接不知道能不能分享一下，也去掏几块回来玩玩。
...

屏幕已经卖光了，若朋友有幸淘到，我再来具体分享接线

所以源码里给的是 u8g2 的驱动，换个差不多的 12864 也能直接驱动

t3486784401

kpj001 发表于 2021-12-23 17:07
如果是我住哈尔滨，就做一个晚上开门白天关门的保温箱，也不知道动作机构会不会被冻住 ...

阳台有不少泡沫箱，盖严盖子照样能把内容物冻成石头。这种冷，是泡沫箱都挡不住的物理攻击。

我一般在箱内放上冰块蓄冷，可以短时间（1-2天）抵抗零上气温，确保食材不解冻。

confessor

t3486784401 发表于 2021-12-23 17:07
屏幕已经卖光了，若朋友有幸淘到，我再来具体分享接线

所以源码里给的是 u8g2 的驱动，换个差不多的 128 ...

看 你调处来的显示效果，感觉这个屏幕很有意思。