Raspberry Pi di Alam Liar! Timelapse Diperpanjang Dengan Kuasa Bateri: 10 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:07

Motivasi: Saya mahu menggunakan kamera Raspberry Pi berkuasa bateri untuk mengambil gambar sehari sekali di luar rumah untuk membuat video jangka masa lama. Aplikasi khusus saya adalah untuk mencatat pertumbuhan tanaman penutup tanah pada musim bunga dan musim panas yang akan datang.

Cabaran: Reka bentuk kawalan kuasa Raspberry Pi semasa rendah untuk memastikan hayat bateri yang lama.

Penyelesaian Saya: Saya menggunakan jam penggera yang diretas, litar Attiny85 & Pimoroni OnOff untuk memotong sepenuhnya kuasa ke Raspberry Pi apabila tidak digunakan. Walaupun Attiny85 dan jam penggera terus berjalan dalam mod siap sedia, undian semasa hanya 5 microAmps. Dua bateri AAA memberi kuasa pada jam Attiny dan jam penggera, sementara bank kuasa USB memberi kuasa kepada Pi.

Operasi Asas: Apabila jam penggera mati, ia akan membangunkan rangkaian Attiny yang sedang tidur, yang kemudian memberi isyarat kepada Pimoroni OnOff shim untuk menggunakan kuasa dari power bank USB ke Raspberry Pi. Pi menjalankan skrip run-at-boot (ambil gambar). Setelah masa yang mencukupi berlalu (60 saat dalam aplikasi saya), litar Attiny sekali lagi memberi isyarat kepada shim Pimoroni OnOff dan kemudian Attiny memasuki mod tidur. Berdasarkan isyarat dari Attiny, shim Pimoroni OnOff melaksanakan perintah penutupan Pi, dan setelah proses penutupan Pi selesai, memotong kuasa dari power bank USB ke Raspberry Pi.

Langkah 1: Bahagian dan Alat

Bahagian:

Raspberry Pi Zero atau Raspberry Pi Zero W (menarik lebih banyak kuasa)

Modul Kamera Raspberry PI

Kes Raspberry Pi Zero

Pimoroni ONOFF SHIM RASP PI POWER SWITCH, Digikey

OPTOISOLATOR Digikey

Sasaran Jam Penggera Digital yang Dikendalikan Bateri

ATtiny85 8 DIP Digikey

(2) CAP ALUM 100UF Digikey

Modul DS3231 RTC AliExpress

(2) Perintang 68 ohm

Kabel USB mikro pendek (kira-kira 6 inci)

Clear Box Amac SKU #: 60120. 4 "x 4" x 5-1 / 16 "h Kedai Kontena

Kmashi 11200 mAh USB Power Bank # k-mp806 atau yang serupa

Pita tongkat berganda

Skru mengetuk sendiri kecil

(2) Header susun wanita 1 X 8 pin - biasanya dijual header susun Arduino UNO AliExpress

Perf atau jalur papan kira-kira 1 1/4 "dengan 2"

5 1/2 kali 5/12 x 3/4 tebal pinus atau papan lapis

1 1/4 paip PVC panjangnya lebih kurang 15"

1 1/4 pengganding PVC

(2) tali bungee pendek sekitar 10 panjang

(4) 1/4 "dia. Pin dowel kayu kira-kira 1" panjang

Topi Lengan Pos Lengan UltraDeck Natural

Alat:

Pemotong Kawat dan Besi Pateri

Arduino UNO atau cara lain untuk memprogram ATtiny85

Sambungkan wayar dan jumper

Papan kekunci, tetikus, monitor HDMI, port USB dan Ethernet Hub, kabel OTG

Mulitmeter

Langkah 2: Pasang Mod Raspberry Pi OS, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC, dan Pi Camera

Persediaan Pi Zero. Sediakan kad SD untuk Raspberry Pi dengan sebaran pilihan anda. Semasa proses penyediaan awal, pastikan untuk mengaktifkan antara muka, kamera, dan boot I2C ke CLI dengan log masuk automatik, tetapkan waktu tempatan yang betul dan ubah kata laluan anda. Saya juga mengesyorkan menyediakan Alamat IP Statik untuk mempermudah urusan anda. Solder header lelaki ke Pi Zero. Anda boleh menggunakan header 2 x 20 standard atau header 2 x 6 yang lebih pendek, kerana semua 40 pin tidak diperlukan untuk projek ini - hanya 12 pin pertama.

Pasang Kamera. Pasang Pi Zero ke dalam casingnya dan gunakan modul kamera sambungan kabel reben pendek yang disertakan untuk Pi Zero mengarahkan slot hujung casing kabel keluar. Pasangkan penutup atas slot GPIO dan pasangkan kamera ke penutup dengan pita tongkat berganda (lihat foto).

Sediakan Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC. Walaupun Pimoroni OnOff Shim dilengkapi dengan header wanita 2 x 6, saya menggunakan dua header susun 1 x 6 wanita yang biasanya dijual untuk Arduino UNOs, pin header perlu memanjang di atas Pimoroni OnOff Shim di lokasi pin Raspberry Pi 1, 3, 5, 7, 9, pin yang lain dapat dipotong hingga panjang pin standard. Tekan DS3231 RTC ke pin yang dipanjangkan seperti yang ditunjukkan dalam foto dan kemudian tekan sub-unit Pimoroni OnOff Shim & DS3231 RTC ke pin header Raspberry Pi seperti yang ditunjukkan.

Pasang perisian Pimoroni OnOff Shim dengan:

curl https://get.pimoroni.com/onoffshim | bash

Untuk maklumat tambahan mengenai pemasangan Shim lihat di sini

Pasang perisian DS3231 RTC mengikut arahan ini

Ujian Awal - Kamera, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC

Sambungkan papan kekunci dan monitor tempatan ke Pi Zero. Pastikan anda mempunyai sambungan rangkaian (kabel ethernet atau Wifi). Sambungkan kabel kuasa USB Pimoroni OnOff Shim.

a. Tekan butang tekan Pimoroni OnOff Shim selama 3 saat dan kemudian lepaskan - ini menghidupkan atau mematikan Pi Zero. Perhatikan proses boot dan shutdown pada monitor. Pi Zero anda kini mempunyai peningkatan teknologi canggih - suis hidup / mati!

b. Tetapkan masa DS3231 dan sahkan bahawa ia membaca masa yang betul dengan:

sudo hwclock -w

sudo hwclock -r

c. Uji fungsi kamera mengikut arahan ini.

Langkah 3: Siapkan Skrip Raspberry Pi Run-At-Boot dan Uji Kamera

Buat dan pindah ke subdirektori zerokam baru

mkdir zerokam

cd zerokam

Gunakan penyunting nano untuk membuat fail skrip baru

nano photo.sh

Kemudian salin dan tampal kod di bawah ke dalam penyunting nano. Nano tutup dengan Ctrl + X, Y kemudian Return.

#! / bin / bash

TARIKH = $ (tarikh + "% Y-% m-% d_% H% M") raspistill -o /home/pi/zerocam/$DATE-j.webp

Oleh kerana skrip ini menggunakan perintah tukar, anda perlu memasang ImageMagick pada Raspberry Pi

sudo apt-get kemas kini

sudo apt-get install imagemagick

Jadikan fail boleh dilaksanakan

chmod + x photo.sh

Buka /etc/rc.local (arahan dalam fail ini dijalankan semasa boot)

sudo nano /etc/rc.local

Berhampiran bahagian bawah fail, tepat sebelum pernyataan keluar 0 tambahkan baris baru ini dan kemudian tutup nano dengan Ctrl + X, Y kemudian Return.

sh /home/pi/zerocam/photo.sh

Dengan monitor tempatan disambungkan, uji bahawa ia berfungsi

rebo sudo

Pi harus reboot dan mengambil gambar. Akan ada fail-j.webp

Uji juga menghidupkan dan mematikan Pi dengan butang tekan Pimoroni. Ukur dan catatkan masa boot Pi. Masa kurang dari 60 saat.

Langkah 4: Hack Jam Penggera

Perhatikan operasi yang dihasilkan - Pasang dua bateri AAA di jam penggera, dan praktikkan masa dan penggera mengikut arahan yang disertakan. Terutama perhatikan bunyi penggera - anda akan melihat (1) simbol penggera kecil pada layar berkedip, (2) bel berbunyi selama 1 minit kemudian mati dan (3) LED lampu belakang menyala selama 5 saat kemudian mati.

Membongkar - Keluarkan empat skru dari jam ke belakang untuk memisahkan dua bahagian, kemudian lepaskan empat skru lagi untuk membebaskan PCB utama.

Hack - Potong plumbum LED di bahagian depan PCB seperti yang ditunjukkan dan pateri pada wayar panjang 5 ke baki yang tersisa di bahagian belakang PCB (lihat ilustrasi). Tundukkan buzzer seperti yang ditunjukkan.

Pada terminal petak bateri tambahkan dua wayar tambahan (merah dan hitam) ditambah kapasitor elektrolitik 100MFD seperti yang ditunjukkan (amati polaritas).

Pasang kembali jam untuk memastikan laluan LED dan bateri baru keluar dari slot penahan penutup belakang seperti yang ditunjukkan.

Uji semula - Pasang bateri dan uji fungsi penggera - sekarang apabila penggera padam, anda akan melihat simbol penggera kecil di layar berkedip - tetapi tidak ada bel dan tidak ada lampu latar. Sambungkan mulitmeter ke plumbum LED, anda seharusnya mengesan sekitar 3 VDC apabila penggera berbunyi dalam jangka masa sekitar 5 saat.

Langkah 5: Bina Papan Litar Attiny85

Merujuk pada foto dan Attiny85 Schematic.pdf membina papan litar pada sekeping kecil papan perf atau jalur. Catatan:

• Pastikan anda menggunakan soket DIP 8 pin untuk cip Attiny85 kerana perlu dikeluarkan untuk pengaturcaraan.
• Pastikan orientasi Optos yang betul sebelum disolder.
• Jumper menuju ke Pimoroni Shim harus sekurang-kurangnya 4 inci panjang dengan header wanita untuk memasang pin lelaki Shims BTN.
• Perhatikan Polaritas semasa membuat sambungan dengan klik penggera - litar tidak mempunyai perlindungan polaritas terbalik

Langkah 6: Muat naik Kod ke Attiny 85 Chip

Dengan menggunakan Arduino Uno atau cara lain, muat naik kod (AttinyPiPowerControl.ino file terlampir) ke cip Attiny85 anda. Catatan - kod ini membolehkan 60 saat untuk PI boot, mengambil foto dan sampai ke command prompt terminal sebelum memulakan proses penutupan. Anda kemudian boleh memasang cip Attiny85 di soket papan litarnya - orientasi periksa semula.

Catatan: Sekiranya anda memerlukan lebih kurang Pi runtime, hanya edit baris ini di bahagian bawah:

kelewatan (60000); // biarkan Pi boot dan berjalan sebentar

Langkah 7: Ujian Pendawaian dan Permulaan dan Memuat turun Fail Foto Dari PI

Pendawaian:

Sambungkan power bank USB ke port usb mikro Pimoroni shim. Sambungkan plumbum pelompat dari papan litar Attiny85 ke Pimoroni shim, pastikan plumbum hitam menyambung ke pin BTN tepi paling luar pada shim Pimoroni.

Ujian:

Pasang 2 bateri AAA dalam jam penggera, dan tetapkan waktu jam. Saya mengesyorkan juga menyambungkan port HDMI Pi ke monitor tempatan.

Hidupkan Penggera dan tetapkan penggera beberapa minit ke depan. Apabila penggera berbunyi, anda akan melihat:

a. Ikon penggera jam mula berkelip

b. Selepas kira-kira 5 saat, LED merah Pimoroni Shim menyala selama 5 saat

c. Pi mula boot

d. Selepas kira-kira 20 saat LED kamera menyala dan foto diambil. Sekiranya anda mempunyai monitor tempatan, anda akan melihat pratonton ringkas foto yang diambil.

e. Selepas 40 saat atau lebih, Pi akan terus berjalan hingga ke command prompt terminal

f. Pi memulakan proses penutupan, selepas kira-kira 20 saat LED merah Pimoroni Shim berkelip menunjukkan kuasa dipotong ke PI

Memuat turun fail foto dari PI

Saya menyambungkan PI ke rangkaian saya menggunakan kabel OTG, dan penyesuai USB ke ethernet, menghidupkan Pi dari kutil dinding. Kemudian gunakan WinSCP untuk memuat turun fail ke PC saya.

Langkah 8: Pasang Kandang Elektronik

Pasang papan litar Attiny85 ke belakang jam penggera menggunakan skru mengetuk sendiri. Pasang PI ke jam menggunakan pita tongkat berganda sebagai persembahan

Pasang jam ke kiri untuk memaparkan bahagian bawah kotak dengan pita tongkat berganda

Pasang power bank USB untuk memaparkan bahagian bawah casing dengan double stick tape seperti yang ditunjukkan.

Letakkan casing atas di bawah casing paparan seperti yang ditunjukkan.

Langkah 9: Bentukkan Pasang Pemasangan, Perhimpunan Akhir dan Lepaskan PI Ke Alam Liar

Bahagian bawah: Dalam sekeping kayu berukuran 5 1/2 X 5 1/2, potong 4 slot 3/4 "ke dalam dari setiap sisi seperti yang ditunjukkan. Saya menggunakan bit penghala 1/4, tetapi anda juga boleh menggerudi dan melihat. pusat membuat lubang untuk gandingan PVC 1 1/4. Ukuran lubang yang ideal adalah 1 5/8 ", tetapi kerana saya hanya mempunyai gergaji lubang 1 3/4", saya menggunakannya dan membina gandingan OD dengan pita bebek. gandingan di tempat dengan epoksi.

Pusatkan penutup elektronik di atas bongkah kayu dan tandakan garis besarnya. Kemudian gerudi empat lubang 1/4 di setiap sisi seperti yang ditunjukkan. Lekatkan empat dowel kayu berukuran 1 "panjang 1/4" di lubang-lubang ini - ini akan memastikan pusatnya tetap terpusat.

Bahagian atas: gerudi empat lubang 3/16 "di dekat tepi bawah setiap ukuran dan masukkan kait S 3/4" panjang di setiap lubang yang membengkokkan hujungnya sehingga tidak jatuh. Di bahagian dalam gam panas 4 kepingan kayu 1/2 1/2 tebal - ini akan membantu menjaga bahagian atas berpusat di atas kandang.

Perhimpunan Akhir: Sandarkan penutup elektronik antara bahagian atas dan bawah dan selamatkan dengan dua tali bungee seperti yang ditunjukkan

Lepaskan PI ke Liar: Buat pasang pemasangan dengan memotong 1/4 "paip PVC dengan panjang yang sesuai dengan tujuan anda, potong satu hujung pada sudut 45 darjah untuk memudahkan tumbukan ke tanah. Dalam kes saya, saya ' Saya berminat dengan pertumbuhan tanaman penutup tanah (Vinea minor) pada musim bunga ini dan, jadi tiang PVC saya hanya panjang 15 ". Periksa semula bahawa bateri AAA segar, bank kuasa USB telah diisi penuh dan jam penggera diset dengan betul - kemudian pasangkan tiang ke tanah dan pasangkan pemasangan di atas tiang pemasangan - lihat foto.

Langkah 10: Pengukuran Semasa dan Uji Hayat Bateri Dipercepat

Saya mengukur arus menggunakan Radio Shack RS-232 Multimeter (22-812) dan perisian Meter View pendamping. Bukan pilihan binatang, tapi itu yang saya ada.

Pengukuran tarikan arus dari dua bateri AAA papan Attiny85 kuasa dan jam penggera

Untuk "seri sambung" multimeter, saya menggunakan bateri palsu dan 3 power supply bangku VDC (lihat foto). Lihat grafik arus yang diukur dalam tempoh "aktif" (bermula dengan peristiwa penggera - diakhiri dengan Attiny85 kembali ke mod tidur). Cabutan bukan penggera tetap 0,0049 mA. Ringkasan -

Tempoh Aktif = 78 saat

Purata Tempoh Aktif Semasa = 4.85 mA

Arus Bukan Penggera = 4.9 microA (0.0049 mA)

Saya mengira pengambilan arus harian purata 0,0093 mA dari dua AAA (750 mAh / setiap) dengan mempertimbangkan mod tidur dan aktif, dan jangka hayat bateri teori> 8 tahun menggunakan kaedah ini.

Pengukuran tarikan arus PI dari powerbank USB. Untuk "siri connect" multimeter saya menggunakan kabel usb yang diubah (lihat foto). Lihat grafik arus yang diukur dalam tempoh "aktif" (boot PI - penutupan PI). Dalam tempoh yang tidak aktif, shim Pimoroni ONOFF sepenuhnya memotong kuasa ke Pi, jadi undian semasa ~ sifar. Ringkasan -

Tempoh Aktif = 97 saat

Purata Tempoh Aktif Semasa = 137 mA

Dengan mengandaikan sebuah bank kuasa 11200 mAh, bilangan teori tempoh kitaran aktif adalah> 3000.

Ujian Hayat Bateri Dipercepat

Saya mengawal sementara PI dengan Arduino UNO yang diprogramkan untuk berbasikal pantas - masa antara penggera adalah 2 minit berbanding 24 jam biasa.

Uji # 1: bank kuasa 11200mAh. Bermula pada pukul 10 malam dan saya berhenti pada jam 1 petang pada keesokan harinya. Hasil: 413 gambar diambil, 3 dari 4 LED tahap pengisian masih menyala pada akhir ujian.

Uji # 2: bank kuasa 7200mAh. Bermula pada 7:30 PM dan saya berhenti pada jam 4:30 petang pada hari berikutnya. Hasil: 573 gambar diambil, 2 dari 4 LED tahap pengisian masih menyala pada akhir ujian.

Kesimpulan: Saya percaya hasil di atas menunjukkan sekurang-kurangnya satu tahun operasi mengambil 1 setiap gambar kemungkinan.