Разработка домашней метеостанции на основе Микроконтроллера ESP32

1.

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ФГБОУ ВО «ВГТУ», ВГТУ)
филиал в городе Борисоглебске
МАЖАРИН АНДРЕЙ СЕРГЕЕВИЧ
РАЗРАБОТКА ДОМАШНЕЙ МЕТЕОСТАНЦИИ НА ОСНОВЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА ESP32
Направление подготовки (специальность): 11.03.03 Конструирование и технология электронных средств
Профиль/программа/направленность: Проектирование и технология радиоэлектронных средств
Руководитель:
Бобылкин Игорь Сергеевич
Борисоглебск 2025

2. Разработка домашней метеостанции на основе Микроконтроллера ESP32

РАЗРАБОТКА ДОМАШНЕЙ
МЕТЕОСТАНЦИИ НА ОСНОВЕ
МИКРОКОНТРОЛЛЕРА ESP32
Мажарин Андрей Сергеевич
БФ ВГТУ

3. Микроконтроллер Esp32

МИКРОКОНТРОЛЛЕР ESP32
Внешний вид
Контакты питания

4.

Назначение контактов
Контакты питания:
VIN – вход для внешнего питания (диапазон: 5–14 В).
3V3 – выход встроенного стабилизатора (3.3 В, макс. ток 1 А).
GND – общий провод (земля).
Цифровые GPIO (General Purpose Input/Output) - Цифровые порты ввода-вывода:
Универсальные GPIO (например, 1–5, 12–19, 21–23, 25–27, 32, 33) – могут работать как входы или выходы, поддерживают подтяжку (pull-up/pull-down).
Только входы (GPIO 34–36, 39) – не имеют встроенных подтягивающих резисторов, могут использоваться только для чтения сигналов.
Аналоговые входы/выходы:
ADC (АЦП, 12 бит) – 15 каналов для измерения аналогового напряжения (0–3.3 В).
DAC (ЦАП, 8 бит) – два выхода (GPIO 25, 26) для генерации аналогового сигнала.
Коммуникационные интерфейсы:
UART – асинхронный последовательный порт (например, UART0, UART1, UART2).
I2C – двупроводной интерфейс (SDA, SCL), поддерживает подключение множества устройств.
SPI – высокоскоростной интерфейс (4 линии: MOSI, MISO, SCK, CS).
PWM (ШИМ) – управление сервоприводами, светодиодами и др. с регулировкой скважности импульсов.
Дополнительные функции:
Touch Sensor – сенсорные GPIO (емкостное касание).
RMT – управление ИК-передатчиками и нестандартными протоколами.
Wi-Fi & Bluetooth – беспроводные интерфейсы (встроенные в ESP32).
Это основные возможности ESP32, делающие его универсальным микроконтроллером для различных проектов.

5. Дисплей We Act Studio

ДИСПЛЕЙ WE ACT STUDIO
Внешний вид
4,2” монохромный дисплей
VCC – питание (3,3–5 В).
GND – земля.
DIN – передача данных.
CLK – тактовый сигнал SPI.
CS – выбор чипа.
DC – выбор команды/данных.
RST – сброс модуля.
BUSY – индикатор занятости дисплея
Контакты питания

6. Датчик температуры, влажности и давления BME280

ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ, ВЛАЖНОСТИ И ДАВЛЕНИЯ
BME280
Внешний вид
Технические характеристики и
назначение контактов
Диапазон измерения давления 300–1100 гПа, точность: ±1 гПа
Диапазон измерения температуры -40°C до +85°C, точность: ±0,5°C
Диапазон измерения влажности 0–100%, точность: ±3% 110
Назначение контактов:
VIN — питание модуля (обычно 3.3 В - 5 В)
GND — земля
SCL — линия тактирования для интерфейса
SDA — линия данных для интерфейса I2C

7. Схема электрическая принципиальная

СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ

8. Печатная плата

ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА
Чертёж печатной платы
3D вид печатной платы

9. Сборочный чертеж платы

СБОРОЧНЫЙ ЧЕРТЕЖ ПЛАТЫ
Сборочный чертеж
3D вид платы

10. Элементы корпуса устройства 1

ЭЛЕМЕНТЫ КОРПУСА УСТРОЙСТВА 1
Чертеж основания корпуса
3D вид основания корпуса

11. Элементы корпуса устройства 2

ЭЛЕМЕНТЫ КОРПУСА УСТРОЙСТВА 2
Крышка корпуса
3D вид крышки корпуса

12. Сборочный чертеж и 3d модель метеостанции

СБОРОЧНЫЙ ЧЕРТЕЖ И 3D МОДЕЛЬ
МЕТЕОСТАНЦИИ
Сборочный чертеж
3D модель

13. Заключение

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработка домашней метеостанции представляет собой перспективное и востребованное решение для мониторинга
микроклимата в помещении и на приусадебном участке.
В ходе проекта были успешно решены ключевые задачи: подобраны датчик температуры, влажности и давления, а также
микроконтроллер для сбора и обработки данных, разработан алгоритм измерения, калибровки и передачи данных на локальный
дисплей, реализовано энергоэффективное решение на аккумуляторе, создан удобный дисплей для визуализации данных.
Домашняя метеостанция обладает рядом преимуществ: использование калиброванных датчиков обеспечивает достоверные
показания, возможность работы без постоянного подключения к сети, систему можно дополнять новыми датчиками (CO₂, шума,
UV-излучения), низкая стоимость компонентов делает проект экономически выгодным.
В перспективе развитие проекта может включать интеграцию с системами умного дома (например, автоматическое
управление кондиционером или поливом), применение машинного обучения для прогнозирования погоды и улучшение дизайна
корпуса.

14. Благодарю за внимание!

Разработка домашней метеостанции на основе
микроконтроллера ESP32
Мажарин Андрей Сергеевич
ФГБОУ ВО Воронежский Государственный Технический
Университет
Филиал в городе Борисоглебске
БЛАГОДАРЮ ЗА
ВНИМАНИЕ!