Station météo sans fil

Quoi de plus indispensable que de connaître à tout moment et au dixième de degré près la température extérieure ? C'est dans le but de répondre à ce besoin fondamental que j'ai réalisé ce projet de station météo. Une fois réalisé, vous obtiendrez le résultat suivant (cliquez pour voir les autres graphiques) :

Température des dernières 24 heures.

La station est composée de trois modules :

• Le module principal chargé de recevoir les informations radio et de les traiter,
• Le ou les modules distants qui font les mesures et les envoient périodiquement par radio,
• Le script sur le PC qui enregistre les données et réalise des sorties graphiques.

Principe

La communication entre les modules et le module principal se fait par ondes radio. Au départ, je voulais pouvoir réaliser les émetteurs à l'aide des circuits encodeurs spécialisés type MM53200 ou UM3750. Au final, pour des raisons de consommation j'ai tout fait avec un petit PIC, mais j'ai repris un codage compatible. L'envoi des données se fait sous forme d'un mot de 4 octets :

• Un octet 0xAA servant de marqueur,
• Un octet d'adresse identifiant le capteur,
• Deux octets représentant la valeur de la mesure du capteur.

Il pourra donc y avoir au maximum 256 capteur fonctionnant simultanément, ce qui fait déjà un beau parc :)

L'envoi par ondes radio se fait bit a bit, un bit est une sucession d'un état bas et d'un état haut pour une durée totale de 960us. Un "0" logique est un état bas de 320us suivi par un état haut de 640us, et un "1" logique est un état bas de 640us suivi par un état haut de 320us. Un mot sera donc une succession de bits prenant la forme d'un signal rectangulaire de période 960us et de rapport cyclique variable. Avant l'envoi de toute donnée, on émet un signal de synchronisation pour bien pouvoir identifier une nouvelle émission au niveau du récepteur, constitué par un état bas de la durée totale d'un octet (7.68ms) suivi par une impulsion de 320us. Les bits de données suivent immédiatement après. Voici l'allure du signal envoyé par l'émetteur :

Protocole d'envoi des données.

Pour s'assurer une bonne transmission des informations, chaque mot est envoyé 10 fois, et le récepteur ne considèrera une donnée comme valide que s'il lit le même mot au moins 3 fois consécutivement.

Le récepteur

Cliquez pour voir une image plus grande.

Schéma

Le récepteur est centré autour d'un PIC16F628 cadencé à 4MHz. Le traitement du signal radio 433MHz est assurée par un module spécialisé qui simplifie grandement la réalisation du circuit. Le gros du travail est fait par le PIC et le module, on a donc on schéma très simple :

Schéma du récepteur.

Le circuit doit être alimenté par une tension de 7 à 15V pouvant fournir 100mA. L'alimentation est régulée à 5V par un 7805 puis filtrée par deux condensateurs de 100uF et 100nF.

L'horloge du PIC est générée à l'aide d'un quartz de 4MHz type parallèle, monté avec 2 condensateurs de 33pF qui assurent le démarrage et la stabilité de l'oscillateur. Au niveau de la broche MCLR on trouve une résistance de 10kOhms et une diode 1N4148, de cette façon lorsque aucune tension n'est appliquée sur le connecteur de programmation SV1 le PIC est activé, et lorsque'on a une tension disponible sur le connecteur de programmation c'est cette tension qui commande la broche MCLR. La diode sert à ce qu'une tension supérieure à 5V appliquée à MCLR ne "remonte" pas vers VCC.

Le module 433MHz est parfaitement intégré et ne requiert aucun composant externe. Il faut réaliser une antenne adaptée à relier au module. Différents types sont possible, le plus simple et aussi un des plus efficaces est le type quart d'onde, composé d'un fil de longueur le quart de la longueur d'onde du signal. On travaille à 433MHz, il faut donc réaliser une antenne de longueur 3*10^8/433*10^6/4 = 17.3cm. N'importe quel fil rigide monobrin convient pour fabriquer l'antenne. La sortie logique du module est reliée à RB0.

L'interface avec le PC est faite par le port série par protocole RS232. L'adaptation des niveaux est réalisée par un MAX233, un peu plus cher que le MAX232 mais qui ne nécéssite pas de condensateurs. Le connecteur a utiliser est un DB9 femelle, donc il faudre un câble série standard pour le relier au PC et non pas un câble null modem.

• Code source du programme
• Fichier .hex à programmer sur le PIC (faire enregistrer le lien sous)

L'émetteur température

Cet émetteur a été conçu avec une contrainte de base à l'esprit : avoir une autonomie la plus longue possible et donc une consommation la plus faible. En conséquence le seul composant alimenté en permanence est le PIC12F675. Il se charge d'alimenter les autres composants à l'aide de son port GPIO uniquement lorsque c'est nécéssaire.

Schéma de l'émetteur.

L'émetteur doit être autonome donc il est alimenté par 4 piles 1.5V type R6. Avec des piles salines on obtient environ 6.5V pour 4 piles. Il semble donc qu'un régulateur soit nécéssaire. Cependant au niveau de consommation qu'on soihaite obtenir un régulateur amènerait bien trop de pertes et de fuites, de même pour le condensateur de filtrage. J'ai donc testé le PIC et l'émetteur, tous deux spécifiés pour 5.5V maxi, en les alimentant directement, et j'ai observé un fonctionnement sans problème. A priori si le datasheet stipule 5.5V max. il doit y avoir une raison, donc je n'exclus pas un risque éventuel pour le PIC, soyez prudents :).

• Code source du programme émetteur
• Fichier .hex