Проект “Метеостанция”

Для более бюджетной реализации проекта можно обойтись без активного охлаждения, используя Repka Pi 4 в стандартной комплектации, а также макетную плату без внешнего источника питания — при этом остальные компоненты остаются неизменными.

Для подключения нам потребуется “Распиновка портов на 40 pin разъёме на Repka Pi 4“, см. изображение ниже.

Поскольку расширительная плата GPIO полностью повторяет конфигурацию распиновки, можно применить те же таблицы и схемы, которые использовались ранее для устройств:

5. В соответствии с таблицей 1 и рисунком 13, выполним подключение датчика BME280:

Проверка подключения датчика осуществляется аналогично пункту 2.

6. В соответствии с таблицей 2 и рисунком, выполним подключение ЖК дисплея (1602 I2C):

Питание устройств также можно осуществлять с использованием:

Внимание! Подаваемое напряжение не должно превышать 5 В.

А. Лабораторного блока питания:

Б. Аккумуляторного блока питания:

Проверка подключения датчика осуществляется аналогично пункту 4.

Проект реализован на языке python. Для того чтобы понять логику работы программы рассмотрите блок схему ниже:

Используется парсер аргументов командной строки для задания номера I2C-шины и адреса дисплея:

parser = argparse.ArgumentParser(description="BME280 + LCD1602 I2C вывод в консоль и на дисплей")
parser.add_argument('--bus', type=int, default=1, help="I2C шина (по умолчанию 1)")
parser.add_argument('--lcd_addr', type=lambda x: int(x,0), default=0x27, help="Адрес LCD дисплея (например, 0x27)")
args = parser.parse_args()

Инициализация I2C-шины, датчика BME280 и LCD-дисплея:

bus = SMBus(args.bus)
sensor = BME280(i2c_dev=bus)
lcd = CharLCD('PCF8574', args.lcd_addr)

В бесконечном цикле считываются значения температуры, давления и влажности:

try:
    while True:
        temperature = sensor.get_temperature()
        pressure = sensor.get_pressure()
        humidity = sensor.get_humidity()

Значения выводятся в консоль:

print(f"Температура = {temperature:.2f} °C")
        print(f"Давление    = {pressure:.2f} hPa")
        print(f"Влажность   = {humidity:.2f} %")
        print("-------------------------------")

Дисплей очищается и на него выводятся новые значения:

lcd.clear()
        lcd.write_string(f"T:{temperature:.1f}C P:{pressure:.0f}hPa")
        lcd.crlf()
        lcd.write_string(f"H:{humidity:.1f}%")

Пауза 4 секунды перед следующим измерением:

time.sleep(4)

При прерывании программы (Ctrl+C) дисплей очищается и выводится сообщение о завершении:

except KeyboardInterrupt:
    lcd.clear()
    print("Завершение работы")

Пример кода выше с использованием ООП #

Класс WeatherStation инкапсулирует всю логику работы погодной станции. Это делает код более структурированным, удобным для расширения и повторного использования:

class WeatherStation:

Метод init отвечает за инициализацию всех устройств (I2C, датчик, дисплей) при создании экземпляра класса:

    def __init__(self, bus_num=1, lcd_addr=0x27):
        """
        Конструктор класса. Здесь происходит инициализация всех необходимых устройств:
        - I2C-шины
        - датчика BME280
        - LCD-дисплея
        """
        self.bus = SMBus(bus_num)
        self.sensor = BME280(i2c_dev=self.bus)
        self.lcd = CharLCD('PCF8574', lcd_addr)

Метод read_data изолирует логику получения данных с датчика, возвращая сразу все необходимые параметры:

    def read_data(self):
        """
        Считывает данные с датчика BME280.
        Возвращает кортеж: (температура, давление, влажность)
        """
        temperature = self.sensor.get_temperature()
        pressure = self.sensor.get_pressure()
        humidity = self.sensor.get_humidity()
        return temperature, pressure, humidity

Методы display_data и print_data разделяют вывод информации на дисплей и в консоль, что облегчает изменение способа отображения данных в будущем:

    def display_data(self, temperature, pressure, humidity):
        """
        Очищает дисплей и выводит на него новые значения температуры, давления и влажности.
        """
        self.lcd.clear()
        self.lcd.write_string(f"T:{temperature:.1f}C P:{pressure:.0f}hPa")
        self.lcd.crlf()
        self.lcd.write_string(f"H:{humidity:.1f}%")

    def print_data(self, temperature, pressure, humidity):
        """
        Выводит значения температуры, давления и влажности в консоль.
        """
        print(f"Температура = {temperature:.2f} °C")
        print(f"Давление    = {pressure:.2f} hPa")
        print(f"Влажность   = {humidity:.2f} %")
        print("-------------------------------")

Метод run реализует основной рабочий цикл станции: опрос датчика, вывод данных, ожидание, обработка прерывания:

    def run(self):
        """
        Основной цикл работы станции: периодически считывает данные, выводит их на дисплей и в консоль.
        Ожидает 4 секунды между обновлениями.
        При прерывании работы очищает дисплей и завершает выполнение.
        """
        try:
            while True:
                temperature, pressure, humidity = self.read_data()
                self.print_data(temperature, pressure, humidity)
                self.display_data(temperature, pressure, humidity)
                time.sleep(4)
        except KeyboardInterrupt:
            self.lcd.clear()
            print("Завершение работы")

Блок if name == "_main_": позволяет использовать этот файл как самостоятельную программу или как модуль для импорта в другие проекты.

if __name__ == "__main__":
    # Создаём экземпляр класса WeatherStation с нужными параметрами (можно изменить при необходимости)
    station = WeatherStation(bus_num=1, lcd_addr=0x27)
    # Запускаем основной цикл работы станции
    station.run()

Преимущества ООП-подхода:

1. Модульность и повторное использование кода

В ООП каждая функциональная часть системы (например, работа с датчиком, реле, дисплеем) оформляется в виде отдельного класса.

Это позволяет легко переиспользовать эти классы в других проектах или расширять функциональность без переписывания кода.

Например, если потребуется добавить второй датчик или другой тип дисплея, можно просто создать новый класс или унаследовать существующий.

2. Упрощение поддержки и масштабирования

Код, разделённый на классы с чётко определённой ответственностью, проще читать, тестировать и отлаживать.

Если возникает ошибка или требуется доработка, достаточно изменить только соответствующий класс, не затрагивая остальной код.

Это особенно важно для сложных или развивающихся проектов, где часто появляются новые требования.

3. Инкапсуляция и защита данных

ООП позволяет скрыть внутренние детали реализации (например, работу с I2C или обработку ошибок) внутри класса.

Внешний код работает только с публичными методами, не заботясь о низкоуровневых деталях.

Это снижает вероятность ошибок, связанных с неправильным использованием компонентов, и делает интерфейс системы более понятным и безопасным.