Погодный чёрный ящик: пишем лог давления и температуры на MicroSD с ESP32-C3

Введение

Привет Хабр! Большинство современных метеостанций для умного дома бесполезны без интернета или локального MQTT-брокера. Пропал Wi-Fi — данные о микроклимате за последние сутки испарились вместе с перезагрузкой контроллера. Готовые логгеры стоят дорого, а их проприетарное ПО не дает доступа к сырым данным. Мне требовалось максимально дешевое и автономное решение — классический "черный ящик" для квартиры и балкона. Устройство должно пережить внезапное отключение света, не потерять ни одной точки замера и при этом отдавать накопленную историю в виде простого txt файла. Никаких облаков, подписок и зависимостей от сторонних сервисов. В этой статье я расскажу, как собрать такой регистратор на базе ESP32-C3 Super Mini, барометра bme280, датчика температуры и влажности и обычного карт-ридера!

Выбор компонентов

Все компоненты

В введении я уже затронул компоненты, но здесь подробно разберём почему я выбрал именно их:

Компоненты	Почему	Цена
Esp32c3 super mini	Очень компактная и довольно мощная.	Около 250 руб.
Совмещённая плата bme280 + aht20	Компактная, у bme280 нет возможности читать влажность, но это компенсируется aht20.	Около 100 руб.
Карт-ридер	Самый простой способ подключить sd-карту.	Около 50 руб
Макетная плата + конекторы	Идеально для сборки прототипа.	Около 30 руб

Сборка

Я расположил всё компоненты на макетной плате 3x7 см. Вот фото:

Готовое устройство

Вот схема сборки:

Модуль	Пин на нём	Пин на esp32
датчик с bme280 и aht20	vcc	3v3
датчик с bme280 и aht20	gnd	gnd
датчик с bme280 и aht20	scl	gpio 8
датчик с bme280 и aht20	sda	gpio 9
карт-ридер	3v3	3v3
карт-ридер	gnd	gnd
карт-ридер	cs	gpio 7
карт-ридер	mosi	gpio 6
карт-ридер	miso	gpio 5
карт-ридер	clk	gpio 4

Распиновка платы

esp32c3 super mini

Код

Вот код схемы с комментариями:

// Пины SPI для ESP32-C3 Super Mini (GPIO)
#define SCK  4   // Serial Clock - тактовый сигнал шины SPI
#define MISO 5   // Master In Slave Out - линия данных от карты к контроллеру
#define MOSI 6   // Master Out Slave In - линия данных от контроллера к карте
#define CS   7   // Chip Select - выбор ведомого устройства (SD-карты)

// Период опроса датчиков и записи в мс (1 секунда)
#define PRD_WRITE 1000

#include <WiFi.h>
#include <WebServer.h>

const char *ssid = "ESPstation"; // Имя создаваемой точки доступа Wi-Fi

WebServer server(80); // Создание веб-сервера на стандартном порту HTTP (80)

#include "SPI.h"      // Библиотека аппаратного SPI
#include "SD.h"       // Библиотека для работы с SD-картами через FS API
#include "FS.h"       // Абстракция файловой системы Arduino

#include <GyverBME280.h> // Оптимизированная библиотека для датчика BME280 (температура, давление, влажность)
GyverBME280 bme;

#include <Adafruit_AHTX0.h> // Официальная библиотека Adafruit для AHT10/AHT20 (температура, влажность)
Adafruit_AHTX0 aht;

float dataBus[] = {0.0, 0.0, 0.0}; 
/* Массив для хранения усредненных показаний:
dataBus[0] — Температура (°C)
dataBus[1] — Давление (мм рт. ст.)
dataBus[2] — Влажность (%)
*/

void get_data() {
  sensors_event_t humidity, temp; // Структуры для получения сырых данных от I2C-датчика
  aht.getEvent(&humidity, &temp);

  /* Сборка финальных значений в массиве dataBus.
     Важно: температура берется как среднее арифметическое между двумя датчиками,
     чтобы сгладить погрешности измерений. */
  dataBus[0] = (temp.temperature + bme.readTemperature()) / 2.0;
  dataBus[1] = pressureToMmHg(bme.readPressure());
  dataBus[2] = humidity.relative_humidity;

  // Открытие файла на SD-карте в режиме дозаписи (если файла нет — он создастся)
  File file = SD.open("/ESPstation_logs.txt", FILE_APPEND);

  if (file) {
    /* Запись данных БЕЗ использования класса String (экономия оперативной памяти!).
       Метод print() автоматически преобразует числа в текстовое представление.
       Использование F("...") поместит строковые литералы во флеш-память вместо RAM. */
    file.print(F("time after launch:"));
    file.print(millis() / 60000); // Время работы в минутах
    file.print(F(", temp: "));
    file.print(dataBus[0], 1);    // 1 знак после запятой
    file.print(F(", MmHg: "));
    file.print(dataBus[1], 1);
    file.print(F(", humd: "));
    file.print(dataBus[2], 1);
    file.println();               // Добавляем перенос строки (\n)

    file.close(); // Обязательно закрываем файл, иначе данные могут остаться в буфере и не записаться физически
  } else {
    Serial.println(F("Failed to open file for writing"));
  }
}

void handleRoot() {
  // Формирование HTML-страницы "на лету"
  String html = "<!DOCTYPE html>";
  html += "<html><head>";
  // Автоматическая перезагрузка страницы каждые 3 секунды для обновления данных без JS
  html += "<meta http-equiv='refresh' content='3'>";
  html += "<meta charset='UTF-8'>";
  
  // Инлайн-стили для оформления интерфейса метеостанции
  html += "<style>";
  html += "body { font-family: Montserrat, sans-serif; max-width: 600px; margin: 40px auto; padding: 20px; background: #f0f4f8; }";
  html += "h1 { color: #2c3e50; border-bottom: 2px solid #3498db; padding-bottom: 10px; }";
  html += "h2 { color: #34495e; margin-top: 30px; }";
  html += ".data-box { background: white; padding: 20px; border-radius: 10px; box-shadow: 0 2px 5px rgba(0,0,0,0.1); margin: 15px 0; }";
  html += "</style>";
  html += "</head><body>";
  html += "<h1>ESPstation: локальная метеостанция</h1>";

  // Блок вывода комнатной температуры и влажности
  html += "<div class='data-box'>";
  html += "<h2>Комната</h2>";
  html += "<p>Температура: " + String(dataBus[0], 1) + " °C</p>";
  html += "<p>Влажность: " + String(dataBus[2], 1) + " %</p>";
  html += "</div>";

  // Блок вывода атмосферного давления
  html += "<div class='data-box'>";
  html += "<h2>Давление</h2>";
  html += "<p>Давление: " + String(dataBus[1], 1) + " мм рт. ст.</p>";
  html += "</div>";

  html += "</body></html>";
  server.send(200, "text/html", html); // Отправка сформированного кода браузеру
}

void setup() {
  Serial.begin(115200); // Скорость монитора порта
  delay(2000);          // Задержка для корректного отображения сообщений при подаче питания
  Serial.println("\n=== Start ESPstation ===");

  // Инициализация SPI с явным указанием пинов (актуально для кастомных плат или переназначения GPIO)
  SPI.begin(SCK, MISO, MOSI, CS);

  // Небольшая задержка для стабилизации питания карты после подачи напряжения
  delay(500);

  // Инициализация SD карты. 
  // Указываем пин CS и максимальную частоту SPI (4 МГц для стабильности на макетке/длинных проводах)
  if (!SD.begin(CS, SPI, 4000000)) {
    Serial.println(F("Card Mount Failed! Check wiring and power."));
    return; // Выходим из setup, дальнейшая работа невозможна без накопителя
  }

  uint8_t cardType = SD.cardType();
  if (cardType == CARD_NONE) {
    Serial.println(F("No SD card attached"));
    return;
  }

  // Диагностика типа и объема установленной карты
  Serial.print(F("SD Card Type: "));
  if (cardType == CARD_MMC) Serial.println(F("MMC"));
  else if (cardType == CARD_SD) Serial.println(F("SDSC"));
  else if (cardType == CARD_SDHC) Serial.println(F("SDHC"));
  else Serial.println(F("UNKNOWN"));

  uint64_t cardSize = SD.cardSize() / (1024 * 1024);
  Serial.printf(F("SD Card Size: %lluMB\n"), cardSize);

  // Явная инициализация I2C ПЕРЕД использованием библиотек сенсоров
  Wire.begin();
  delay(100); // Даем время шине стабилизироваться

  // Инициализация BME280 по адресу 0x77 (адрес зависит от подтяжки пина SDO на плате)
  if (!bme.begin(0x77)) {
    Serial.println(F("BME280 not found!"));
  }

  // Инициализация AHT (автоматически ищет адрес на шине)
  if (!aht.begin()) {
    Serial.println(F("AHT not found!"));
  }

  // Поднятие собственной точки доступа (SoftAP). Станция подключается напрямую к модулю.
  WiFi.softAP(ssid);
  Serial.print(F("http://"));
  Serial.println(WiFi.softAPIP()); // Выводим IP-адрес точки доступа в монитор

  // Привязка корневого пути ("/") к функции генерации HTML
  server.on("/", handleRoot);
  server.begin(); // Запуск веб-сервера

  Serial.println(F("\nInitialization and test complete!"));
}

void loop() {
  static uint32_t tmr = 0; // Таймер периодических задач (статик сохраняет значение между итерациями)
  
  // Неблокирующий таймер: проверка раз в секунду (PRD_WRITE)
  if (millis() - tmr >= PRD_WRITE) {
    tmr = millis(); // Сброс опорной метки времени
    get_data();     // Чтение сенсоров и запись на SD
  }
  
  // Обработка входящих запросов от браузера (обязательно вызывать в цикле)
  server.handleClient();
}

Тесты

Итак, подключаем плату к питанию, ждем пару секунд и вот:

Веб-страница

Данные с карты

Всё исправно работает!

Итоги

Итак, я сделал оффлайн погодный логгер.
Идеи по улучшению:

• Сделать приложение для чтения, вывода и прогнозирования данных

• Добавить радиатор на плату esp

• Сделать корпус

Пишите ваши идеи по доработке в комментариях, спасибо за внимание!