Интерактивный HMI-проект на Nextion с Arduino Mega и датчиками

Компоненты и материалы

Arduino Mega 2560	1 шт.
Arduino Mega Proto Shield	1 шт.
Nextion HMI-дисплей 2.4"	1 шт.
Слот для SD-карты	1 шт.
Датчик температуры и влажности DHT22	1 шт.
Атмосферный датчик BME280 (SparkFun)	1 шт.
Модуль RTC DS3231	1 шт.
Приёмник RXB6 433 МГц (супергетеродин)	1 шт.
Резистор 10 кОм	1 шт.
Резистор 475 Ом	1 шт.
Таймер NE555	1 шт.
Блок питания AC-DC 5В	1 шт.

Необходимые инструменты

• Паяльник

Приложения и онлайн-сервисы

• Arduino IDE
• Nextion Editor

О проекте

Может ли дисплей Nextion экономить память Arduino?

Часто хочется использовать яркую графику для привлекательных проектов. Однако красивые графики требуют много ресурсов: памяти контроллера для графических библиотек и внешнего накопителя (SD-карты) для хранения изображений. У Arduino ресурсы ограничены, поэтому она не совсем подходит для насыщенных графических проектов. Дисплей Nextion решает эту проблему: ему не нужно внешнее хранилище для изображений, а требования к памяти контроллера снижаются значительно.

С точки зрения контроллера Nextion — просто последовательное устройство, не более ресурсоёмкое, чем обычный монохромный LCD. Можно ли построить метеостанцию на Arduino UNO и Nextion? Теоретически — да, но функционал будет крайне ограничен из-за нехватки памяти (нельзя добавить исторические графики и т.д.). Для полнофункциональной станции нужен более мощный микроконтроллер.

В этой статье показано, как построить многофункциональную метеостанцию с привлекательной графикой, логированием данных и приёмом показаний с нескольких беспроводных датчиков. База — дисплей Nextion и Arduino Mega 2560.

Основная идея

Предположим, у нас уже есть внешние датчики (например, Oregon THGN123N). Мы создаём центральный блок, который:

• принимает данные от внешних датчиков по 433 МГц;
• отображает температуру, влажность и атмосферное давление;
• периодически сохраняет данные на SD-карту;
• строит графики истории;
• делает прогноз погоды на основе изменения давления.

Главная особенность — фоновое изображение меняется в зависимости от прогноза (не просто маленькая иконка, а полноэкранная картинка).

Особенности дисплея Nextion

Главный минус Nextion — нет поддержки прозрачных изображений в прошивке. Нельзя сделать круглые элементы. Текстовые виджеты должны иметь «обрезанный» фон под картинку. При смене фона нужно менять фон у всех текстовых виджетов. Поэтому создаются несколько полных экранов для каждого типа прогноза.

Используя изменение давления, делаем три типа прогноза: ясно, облачно, дождь/снег. Плюс два периода суток: день и ночь. Итого 8 экранов:

• Солнечное день
• Лунное ночь (ясно)
• Облачное день
• Облачное ночь
• Дождь день
• Дождь ночь
• Снег день
• Снег ночь

Все экраны создаются в Nextion Editor. Виджеты для температуры, влажности, давления имеют одинаковые имена на всех экранах. Контроллер сначала выбирает нужный экран (фон), затем обновляет данные в виджетах.

Данные на главном экране

Экран разделён на три зоны:

1. Верхняя строка — внутренние датчики: температура и влажность в доме, атмосферное давление, текущее время и дата. Давление внутри и снаружи одинаковое, поэтому один датчик давления (BME280) внутри блока.
2. Левая половина — данные основного внешнего датчика (температура, влажность). ID основного датчика настраивается в меню настроек. Нужно подождать ~2 мин, пока все датчики передадут сигналы.
3. Правая половина — данные всех датчиков (ID, температура, влажность). Информация чередуется автоматически. Поддерживается до 4 внешних датчиков. Если датчик один, внутренние данные дублируются справа.

Встроенный точный RTC DS3231 даёт время и дату для логирования на SD-карту, расчёта суточного/ночного прогноза и управления яркостью дисплея.

Дополнительные экраны

• Экран восхода/заката солнца и возраста луны (тап по дате на главном экране);
• Настройки контроллера (тап по времени);
• Настройка RTC;
• Исторические графики (тап по температуре или давлению).

Экран истории данных

Два режима: 1 день и 8 дней. Переключение — тап по области графика.

Слева — панель инструментов для выбора ID датчика (внутренний = 0). Сверху — выбор типа данных: давление, температура, влажность.

Экран настроек

• Выбор ID основного внешнего датчика;
• Настройка времени утра/вечера (смена яркости дисплея);
• Регулировка яркости дисплея.

Защита от зависаний контроллера

Для повышения стабильности реализована внешняя сторожевая схема (watchdog) на таймере NE555. Она сбрасывает Arduino через ~2–3 минуты, если на пин A2 не приходит сигнал. Схема универсальна и может использоваться в других проектах.

Заключение

Метеостанция с богатой графикой работает стабильно уже более полугода.

Код

Исходный код: GitHub

Схемы

Полная схема: GitHub