Конструируем роботов на Arduino®. Экостанция

А. А. Салахова
КОНСТРУИРУЕМ
РОБОТОВ

на Arduino®
Arduino

Экостанция

2-е издание,
электронное

Лаборатория знаний
Москва
2022

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
/
А. А. Салахова. — 2-е изд., электрон. — М. : Лаборатория
знаний, 2022. — 67 с. — (РОБОФИШКИ). — Систем. требования:

Adobe
Reader
XI
;
экран 10". — Загл. с титул.
экрана. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-00101-967-1
Стать гениальным изобретателем легко! Серия книг «РОБО-
ФИШКИ» 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 издание на основе печатного аналога: Конструируем

роботов
на
Arduino

R
○.
Экостанция
/
А. А. Салахова. —
М.
:
Лаборатория
знаний,
2018. — 64 с.
:
ил. — (РОБОФИШ-
КИ). — 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 978-5-00101-967-1
© Лаборатория знаний, 2018

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, от-
носительная влажность, воздухообмен, скорость движения воздуха, со-
держание в воздухе пыли (твёрдых частиц) и другие. Вместе они назы-
ваются микроклиматом помещений. Он регламентируется в стандартах 
и утверждённых санитарных нормах, специальных для производствен-
ных (например, российский ГОСТ 12.1.005 «Общие санитарно-гигиени-
ческие требования к воздуху рабочей зоны»), общественных и жилых 
помещений (межгосударственный ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые 
и общественные. Параметры микроклимата в помещениях»). Оптималь-
ные (рекомендованные) показатели зависят не только от назначения 
помещения, но и от времени года и географического расположения зда-
ния. Факторы, которые влияют на микроклимат, образуют две большие 
категории: нерегулируемые и регулируемые. К первой категории отно-
сятся факторы, обусловленные особенностями климата данной местно-
сти, например длительные холодные 
полярные ночи. Регулируемые факто-
ры — это особенности строительства, 
интенсивность теплового излучения 
от приборов отопления, воздухооб-
мен, повышенная влажность из-за 
просушки белья в доме и прочие. 
Нарушение норм приводит к ухуд-
шению самочувствия, напряжению, 
усталости, раздражительности, вяло-
сти и даже серьёзным заболеваниям.

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

Сохранить здоровье поможет отслеживание показателей со-
ставляющих микроклимата и влияние на регулируемые факто-
ры. Так, например, в холодное время температуру воздуха мож-
но повысить с помощью систем отопления (централизованное 
водяное, печи, электрообогреватели), а влажность — уменьшить 
с помощью проветривания или увеличить с помощью специ-
альных приборов. 
Итак, давай разберёмся, какие показатели должны быть, 
чтобы чувствовать себя дома здоровым. Как уже было ска-
зано, ГОСТ регламентирует отдельные нормы для холодного 
и тёплого времени года. Холодным называется период года, ха-
рактеризующийся 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 ми-
кроклимата 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. Кро-
ме перечисленных показаний, следует соблюдать лишь одно правило: 
разница температур по горизонтали от окон до противоположной сте-
ны не должна превышать 2 С, а от потолка до пола 1 С на 1 метр 
высоты. 
Намного сложнее дело обстоит с влажностью воздуха. Её из-
меряют с помощью гигрометра (от греч. слов — влажный 

Домашний 
термометр

и μ— измеряю). Оптимальный показатель влажности для холод-
ного времени года — 30–45%, для тёплого времени года — 40–60%. Од-
нако процент влажности зависит и от температуры в доме: чем жарче 
в помещении, тем он ниже. Изменение уровня влажности сильно влия-
ет 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 аллерги-
ческих заболеваний, включая астму. 
У нормальной влажности воздуха есть свои коварные враги — наши 
удобства. Звучит странно? Рассмотрим несколько примеров. Включён-
ный 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 бы-
стро высыхает одежда, если развесить её, допустим, на кухне. Но есть 
враг ещё коварнее — это твой компьютер! Он и его периферийное обо-
рудование также сушат воздух при ра-
боте. Повышению влажности способ-
ствует пар, образующийся во время 
принятия горячей ванны или душа, 
а также при приготовлении (несо-
мненно, вкусной) пищи.
Если в квартире слишком сухо, сто-
ит задуматься о покупке или разведе-
нии комнатных растений. Поскольку 
они требуют полива, часто в поддоне 
и горшках стоит вода, которая испа-
ряется 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 за-
думаться о более частом проветрива-
нии помещения. 
Ещё один регулируемый фактор, 
влияющий на микроклимат по-
мещения, — это скорость движения 
воздуха. Её трудно измерить при-
вычными средствами. Если в каждой 
квартире есть термометр, не в каж-

Кстати! Зимой влажность в квартире мо-
жет составлять менее 20% — этот показа-
тель 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 ско-
рость 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 холод-
ное. Никаких сквозняков!
Оставшимся регулируемым фактором микроклимата помещения, 
на который стоит обратить внимание, является качество воздуха. 
Мы рассмотрим только один его компонент. Тебе приходилось слы-
шать 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 — угле-
кислого (СО2, диоксид углерода), который мы выдыхаем. Оптималь-
ным 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 эко-
станцию? 
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, по-
лучившую название «Паскалина». Великий 
математик начал её разработку в 1642 го ду 
в возрасте 19 лет.