Конструируем роботов на Arduino. Экостанция

А. А. Салахова
КОНСТРУИРУЕМ
РОБОТОВ

на Arduino®

Лаборатория знаний
Москва
2018

Arduino

Экостанция

издание
Электронное

УДК 373.167
ББК 32.97
С16

С е р и я о с н о в а н а в 2016 г.
Ведущие редакторы серии Т. Г. Хохлова, Ю. А. Серова
Салахова А. А.
С16
Конструируем роботов на Arduino

R○. Экостанция [Электронный ресурс] / А. А. Салахова. — Эл. изд. — Электрон.
текстовые дан. (1 файл pdf : 67 с.). — М. : Лаборатория
знаний,
2018. — (РОБОФИШКИ). — Систем.
требования:
Adobe Reader XI ; экран 10".
ISBN 978-5-00101-584-0
Стать гениальным изобретателем легко! Серия книг «РОБОФИШКИ» поможет вам создавать роботов, учиться и играть
вместе с ними.
Вы соберете на платформе Arduino настоящую компактную
переносную экостанцию, позволяющую контролировать в помещении качество воздуха, температуру, освещенность и другие
параметры.
Для
технического
творчества
в
школе
и
дома,
а
также
на занятиях в робототехнических кружках.
УДК 373.167
ББК 32.97

Деривативное
электронное
издание
на
основе
печатного
аналога:
Конструируем
роботов
на
Arduino

R○.
Экостанция
/
А. А. Салахова. — М. : Лаборатория знаний, 2018. — 64 с. : ил. —
(РОБОФИШКИ). — ISBN 978-5-00101-111-8.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать
от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации

ISBN 978-5-00101-584-0
c○ Лаборатория знаний, 2018

2

Здравствуйте!

Издание, которое вы держите сейчас в руках, — это не просто описание 
и практическое руководство по выполнению конкретного увлекательного проекта по робототехнике. И то, что в результате вы самостоятельно 
сумеете собрать своими руками настоящее работающее устройство, — 
конечно, победа и успех!
Но главное — вы поймёте, что такие ценные качества характера, 
как терпение, аккуратность, настойчивость и творческая мысль, проявленные при работе над проектом, останутся с вами навсегда, помогут 
уверенно создавать своё будущее, стать реально успешным человеком, 
независимо от того, с какой профессией свяжете жизнь.
Создавать будущее — сложная и ответственная задача. Каждый день 
становится открытием, если он приносит новые знания, которые затем 
могут быть превращены в проекты. Особенно это важно для тех, кто 
выбрал дорогу инженера и технического специалиста. Знания — это 
база, которая становится основой для свершений.
Однако технический прогресс зависит не только от знаний, но и от 
смелости создавать новое. Всё, что нас окружает сегодня, придумано 
инженерами. Их любопытство, желание узнавать неизведанное и конструировать то, чего никто до них не делал, и создают окружающий 
мир. Именно от таких людей зависит, каким будет наш завтрашний 
день. Только идеи, основанные на творческом подходе, прочных знаниях и постоянном стремлении к новаторству, заставляют мир двигаться 
вперёд.
И сегодня, выполнив этот проект и перейдя к следующим, вы сделаете очередной шаг по этой дороге.

Успехов вам!

Команда Программы «Робототехника:
инженерно-технические кадры инновационной России»
Фонда Олега Дерипаска «Вольное Дело»

Дорогой друг!

Если ты добрался до платформы Arduino, значит, ты настоящий будущий инженер! Ты прошёл большой путь в робототехнике и решил 
перейти на новый уровень — роботов на Arduino! Теперь всё будет 
совершенно серьёзно! Тайны настоящего роботоконструирования ждут 
именно тебя!
Надоело, что проекты по робототехнике напоминают игрушки? Сделай по-настоящему полезное устройство! А что принесёт больше пользы, чем забота о здоровье? Большую часть времени ты проводишь 
внутри различных помещений: дома, в школе, центре творчества, технопарке, в гостях у друзей. Их стены и крыши спасают тебя от холода 
или жары, дождя или снега. Но знаешь ли ты, что внутри них тоже существуют собственная погода и микроклимат? Они оказывают сильное 
влияние на твоё здоровье. Что ж, пришло время изучить, что под этим 
подразумевается и как факторы «домашней погоды» связаны с твоим 
самочувствием. С помощью Arduino ты соберёшь и запрограммируешь 
настоящую компактную переносную экостанцию, позволяющую взять 
под контроль качество воздуха, температуру, освещённость и другие не 
менее важные показатели. Результаты измерений будут передаваться в 
реальном времени на экран твоего смартфона или планшета, где ты 
сможешь их сохранить в файл и составить подробный отчёт настоящего эколога! 

Экология жилища

В эфире телеканалов, на различных мероприятиях и на уроках в школе ты часто можешь слышать о важности экологии и благоприятной 
экологической обстановки. Прежде чем думать об обстановке и решать, 
где же она должна быть благоприятной (где-то снаружи или в доме), 
необходимо разобраться, что же это за наука — экология. Экология —
наука о взаимодействиях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. Под живыми организмами чаще понимают 
сообщества людей, однако не стоит забывать и о домашних животных, 
а также микробах и прочих существах, которые, хотим мы этого или 
нет, проживают вместе с нами в домах и на всей планете. Слово «экология» произошло от древнегреческого — «жилище» или «дом» 
и — «учение», «наука». Дословно название науки можно перевести как «учение о доме». Конечно же, под домом понимается вся 
Земля. Но всё большое начинается 
с малого!
Большую часть времени мы проводим внутри помещений, которые 
защищают нас от пагубного влияния 
окружающей среды. Существует высказывание, что одежда — наша вторая 
кожа, а дом — третья. Но, как и наш 
собственный кожный покров, наружные стены и крыши жилищ подвергаются влиянию ветра, дождя, солнца. 
Все 
неблагоприятные 
воздействия, 
которые оказываются на помещение 
извне, при отсутствии должного ухода 
и несоблюдении определённых правил влияют на человека, многократно усиливаясь. Тогда говорят о не благоприятных 
факторах 
жилища, 
или факторах риска.
На качество среды внутри дома 
влияют:

Кстати! Несмотря на использование древнего 
языка, 
термину 
«экология» 
всего 
полтора века. Он был предложен немецким естествоиспытателем и философом 
Эрнстом Геккелем в труде «Общая морфология организмов» (1866 г.).

Современная домашняя метеостанция

• состояние воздуха снаружи;
• вещества, возникающие при приготовлении пищи (жир, испарения, гарь и т. д.);
• продукты неполного сгорания газа (например, сажа);
• электромагнитное загрязнение (в том числе от работающих бытовых приборов);
• различная пыль;
• наличие комнатных растений;
• проведение регулярной влажной и сухой уборки;
• испарения от бытовой химии и средств гигиены;
• продукты табакокурения (курение вредно и для окружающих!);
• наличие домашних животных и уход за ними;
• интенсивное отопление
и другие факторы.
Среди важных следует также отметить те, что обычно применимы 
в повседневной речи к состоянию окружающей среды. Ты помнишь 
слова из известной песни: «Важней всего — погода в доме»? Погода 
в доме — это комплекс метеорологических условий внутри здания. 
К ним относятся температура воздуха и окружающих поверхностей, относительная влажность, воздухообмен, скорость движения воздуха, содержание в воздухе пыли (твёрдых частиц) и другие. Вместе они называются микроклиматом помещений. Он регламентируется в стандартах 
и утверждённых санитарных нормах, специальных для производственных (например, российский ГОСТ 12.1.005 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»), общественных и жилых 
помещений (межгосударственный ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые 
и общественные. Параметры микроклимата в помещениях»). Оптимальные (рекомендованные) показатели зависят не только от назначения 
помещения, но и от времени года и географического расположения здания. Факторы, которые влияют на микроклимат, образуют две большие 
категории: нерегулируемые и регулируемые. К первой категории относятся факторы, обусловленные особенностями климата данной местности, например длительные холодные 
полярные ночи. Регулируемые факторы — это особенности строительства, 
интенсивность теплового излучения 
от приборов отопления, воздухообмен, повышенная влажность из-за 
просушки белья в доме и прочие. 
Нарушение норм приводит к ухудшению самочувствия, напряжению, 
усталости, раздражительности, вялости и даже серьёзным заболеваниям.

Кстати! В начале 1970-х годов немецкие 
учёные в ходе исследований обнаружили, 
что в 90% обследованных домов микроклимат выходил за пределы нормы! Одной 
из причин оказалось применение дешёвых 
строительных материалов. Они не сохраняли тепло и способствовали запылению, 
накапливанию излишней влаги.

Сохранить здоровье поможет отслеживание показателей составляющих микроклимата и влияние на регулируемые факторы. Так, например, в холодное время температуру воздуха можно повысить с помощью систем отопления (централизованное 
водяное, печи, электрообогреватели), а влажность — уменьшить 
с помощью проветривания или увеличить с помощью специальных приборов. 
Итак, давай разберёмся, какие показатели должны быть, 
чтобы чувствовать себя дома здоровым. Как уже было сказано, ГОСТ регламентирует отдельные нормы для холодного 
и тёплого времени года. Холодным называется период года, характеризующийся среднесуточной температурой окружающей 
среды на отметке ниже 8по Цельсию. Тёплым же временем —
с температурой выше или равной 8по Цельсию. 
В следующей таблице представлены оптимальные значения 
температуры в жилых и общественных помещениях согласно 
ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях». Для измерения используют специальный 
прибор — термометр, который может быть как электрическим, так 
и спиртовым.

Помещение 
Холодное время года, C
Тёплое время года, C

Жилая комната
20–22
22–25

Детская комната
23–24

Комната для учёбы, 
умственного труда
20–22

Ванная, совмещённый 
санузел
24–26

Кладовые
16–18

Температура в комнате младенца должна быть в пределах 18–21 С. 
Это связано с тем, что малыши тратят много энергии, когда двигаются, 
у них теплоотдача намного выше, чем у взрослых. Для пожилых людей 
ситуация обратная: им комфортно при 24–27 С.
Температура — самый понятный и легко регулируемый фактор. Кроме перечисленных показаний, следует соблюдать лишь одно правило: 
разница температур по горизонтали от окон до противоположной стены не должна превышать 2 С, а от потолка до пола 1 С на 1 метр 
высоты. 
Намного сложнее дело обстоит с влажностью воздуха. Её измеряют с помощью гигрометра (от греч. слов — влажный 

Домашний 
термометр

и μ— измеряю). Оптимальный показатель влажности для холодного времени года — 30–45%, для тёплого времени года — 40–60%. Однако процент влажности зависит и от температуры в доме: чем жарче 
в помещении, тем он ниже. Изменение уровня влажности сильно влияет на наше здоровье. Если дома воздух сухой, то иссушаются слизистые 
оболочки носоглотки, глаз, что приводит к неприятным ощущениям, 
покраснению глаз, снижению иммунитета, утомляемости. Казалось бы, 
тогда следует максимально увлажнить воздух! К сожалению, это тоже 
вредно. Слишком высокая влажность способствует развитию аллергических заболеваний, включая астму. 
У нормальной влажности воздуха есть свои коварные враги — наши 
удобства. Звучит странно? Рассмотрим несколько примеров. Включённый летом кондиционер охлаждает воздух, нам становится легче дышать, 
но при этом кондиционер воздух сушит: испаряемая влага собирается 
в виде конденсата снаружи системы, за окном. Включённое отопление, 
согревающее нас зимой, также сушит воздух: именно поэтому зимой быстро высыхает одежда, если развесить её, допустим, на кухне. Но есть 
враг ещё коварнее — это твой компьютер! Он и его периферийное оборудование также сушат воздух при работе. Повышению влажности способствует пар, образующийся во время 
принятия горячей ванны или душа, 
а также при приготовлении (несомненно, вкусной) пищи.
Если в квартире слишком сухо, стоит задуматься о покупке или разведении комнатных растений. Поскольку 
они требуют полива, часто в поддоне 
и горшках стоит вода, которая испаряется в воздух, увлажняя его. Кроме 
того, если цветы приходится слишком 
часто поливать, то и без специальных 
приборов видно, что воздух слишком 
сухой. Если же показатель влажности 
выше допустимой нормы, следует задуматься о более частом проветривании помещения. 
Ещё один регулируемый фактор, 
влияющий на микроклимат помещения, — это скорость движения 
воздуха. Её трудно измерить привычными средствами. Если в каждой 
квартире есть термометр, не в каж
Кстати! Зимой влажность в квартире может составлять менее 20% — этот показатель ниже, чем в пустыне Сахара.

«Зимний враг» нормальной влажности 

дой — гигрометр, то прибор для измерения скорости движения возду- 
ха — анемометр (от греч. μ— ветер и μ— измеряю) почти 
не встречается. Обычно он состоит из чашечной вертушки, закреплённой 
на оси, соединённой с измерительным механизмом. Согласно ГОСТ скорость движения воздуха в общественном или жилом помещении не 
должна превышать 0,25 м/с в тёплое время года и 0,1–0,15 м/с в холодное. Никаких сквозняков!
Оставшимся регулируемым фактором микроклимата помещения, 
на который стоит обратить внимание, является качество воздуха. 
Мы рассмотрим только один его компонент. Тебе приходилось слышать фразу: «Здесь мало кислорода»? Обычно её произносят, когда в 
помещении начинает болеть голова, трудно дышать. На самом деле 
виноват не недостаток, а избыток, но совершенно другого газа — углекислого (СО2, диоксид углерода), который мы выдыхаем. Оптимальным для здоровья человека уровнем CO2, согласно ГОСТ, считается 
800–1000 мд. Врачи отмечают, что лучше сдвинуть границы до 
600–800 мд. Под сокращением «мд» скрываются миллионные доли — 
количество миллионных долей конкретного вещества от всего множества (в данном случае воздуха как смеси газов). Если проводить аналогию с процентным содержанием, то 1% 10 000 мд. Углекислый газ 
не только участвует в процессах глобального потепления и парникового эффекта, но и оказывает негативное влияние на человека. Повышенная концентрация CO2 в помещении приводит к учащению пульса, головной боли, невозможности сосредоточиться на чём-либо, потливости 
и затруднённому дыханию.
Есть ещё один немаловажный 
нерегулируемый фактор, оказывающий сильное влияние на здоровье 
человека, но не входящий в понятие микроклимата помещений. Этот 
показатель один и тот же на улице 
и в доме, а также присутствует в любом прогнозе погоды. Уже догадался? 
Правильно, речь идёт об атмосферном давлении. Для его измерения используют барометры (от греч. —
тяжесть и μ— измеряю). 
В СИ давление измеряется в паскалях (Па) в честь великого физика 
и математика Блеза Паскаля (1623–
1662 гг.), 

Важно проветривать помещение!

Кстати! Хотя в ГОСТ приводится верхняя 
допустимая граница 1000 мд, при подобном показателе практически у половины 
людей наблюдаются головные боли и повышенная утомляемость.

          
1 кг
1 Па .
       м с2

Однако традиционно в России для метеорологических наблюдений используют другую величину — миллиметры ртутного столба (мм рт. ст.). 
Нормальным считается атмосферное давление около 760 мм рт. ст. — 
именно такое давление фиксируется на уровне моря на широте 45при 
температуре 0 С. Большинство городов находятся на другой высоте 
и тем более широте, поэтому для них нормальным является другое 
давление. Например, Москва расположена в среднем на высоте 120 м 
над уровнем моря, поэтому для неё характерно атмосферное давление 
748 мм рт. ст., а для Санкт-Петербурга, расположенного на высоте 30 м 
над уровнем моря, нормальным считается давление 753–755 мм рт. ст. 
Также на изменение давления сильное влияние оказывает изменение 
температуры. При нагревании воздух увеличивается в объёме, и из-за 
этого уменьшается атмосферное давление. 
Почему же так важно вовремя отслеживать изменение атмосферного 
давления? Отклонение всего на 10 мм рт. ст. в любую сторону может 
вызвать сильное ухудшение самочувствия: мигрень, тошноту, сонливость и др. Особенно опасно понижение или повышение давления на 
1 мм рт. ст. в течение 3 часов. К сожалению, доказано, что 50% женщин 
и 30% мужчин страдают от перепадов давления. В группе риска находятся практически все подростки и пожилые люди.
Итак, ты выяснил, что для хорошего самочувствия и крепкого здоровья очень важно следить не только за микроклиматом помещений, но 
и за атмосферным давлением. Готов 
создать домашнюю компактную экостанцию? 
Вперёд, эколог!

Обозначения

1. Скетч — программа, которую обрабатывает Arduino.
2. 5 V (5 вольт) — обозначение напряжения питания платы.
3. 3,3 V (3,3 вольт) — обозначение альтернативного напряжения платы (по конкретным выходам).
4. GND (от англ. Ground — земля) — заземление электрических элементов.
5. // — обозначение в программе однострочных комментариев, в которых приводится пояснительная информация.
6. /*текст*/ — обозначение в программе комментариев из нескольких 
строк.

Кстати! Блез Паскаль изобрёл прототип 
калькулятора — суммирующую машинку, получившую название «Паскалина». Великий 
математик начал её разработку в 1642 го ду 
в возрасте 19 лет.