Lengkapkan Stesen Cuaca Raspberry Pi DIY Dengan Perisian: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Kembali pada akhir Februari saya melihat siaran ini di laman Raspberry Pi.

www.raspberrypi.org/school-weather-station-…

Mereka telah membuat Stesen Cuaca Raspberry Pi untuk Sekolah. Saya benar-benar mahukan satu! Tetapi pada masa itu (dan saya yakin masih menulis ini) mereka tidak tersedia untuk umum (anda perlu berada dalam kumpulan penguji terpilih). Saya mahu dan saya tidak mahu mengeluarkan ratusan dolar untuk sistem pihak ketiga yang ada.

Jadi, seperti pengguna Instructable yang baik, saya memutuskan untuk membuat sendiri !!!

Saya membuat sedikit kajian dan menemui beberapa sistem komersial yang baik yang dapat saya gunakan. Saya dapati beberapa Instructables yang baik untuk membantu beberapa konsep Sensor atau Raspberry PI. Saya bahkan menjumpai laman web ini, yang merupakan kotoran bayar, mereka telah meruntuhkan sistem Maplin yang ada:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Maju cepat kira-kira sebulan dan saya mempunyai sistem kerja asas. Ini adalah sistem Raspberry Pi Weather lengkap dengan hanya perkakasan Raspberry Pi, kamera, dan beberapa sensor analog dan digital untuk membuat pengukuran kami. Tanpa membeli anemometer pra-dibuat atau alat pengukur hujan, kami membuat sendiri! Inilah ciri-cirinya:

• Merakam maklumat ke RRD dan CSV, sehingga dapat dimanipulasi atau dieksport / diimport ke format lain.
• Menggunakan Weather Weather Underground untuk mendapatkan maklumat menarik seperti ketinggian dan ketinggian sejarah, fasa bulan, dan matahari terbit / terbenam.
• Menggunakan Kamera Raspberry Pi untuk mengambil gambar sekali seminit (anda kemudian boleh menggunakannya untuk membuat timelapses).
• Mempunyai laman web yang memaparkan data untuk keadaan semasa dan beberapa sejarah (jam terakhir, hari, 7 hari, bulan, tahun). Tema laman web berubah dengan waktu siang (4 pilihan: matahari terbit, matahari terbenam, siang dan malam).

Semua perisian untuk merakam dan menampilkan maklumat ada di Github, saya bahkan telah melakukan beberapa pengesanan bug, permintaan fitur di sana juga:

github.com/kmkingsbury/raspberrypi-weather…

Projek ini adalah pengalaman belajar yang hebat bagi saya, saya benar-benar dapat menyelami kemampuan Raspberry Pi terutamanya dengan GPIO, dan saya juga mendapat beberapa masalah pembelajaran. Saya harap anda, pembaca, dapat belajar dari beberapa cobaan dan penderitaan saya.

Langkah 1: Bahan

Elektronik:

• 9 Suis Reed (8 untuk Arah Angin, 1 untuk Rain Gauge, pilihan 1 untuk kelajuan angin dan bukannya Hall Sensor), saya menggunakan ini:
• Sensor 1 Dewan (untuk Kelajuan Angin, disebut anemometer) -
• Suhu (https://amzn.to/2RIHf6H)
• Kelembapan (banyak sensor Kelembapan dilengkapi dengan sensor Suhu), saya menggunakan DHT11:
• Tekanan (BMP dilengkapi dengan sensor suhu di dalamnya juga), saya menggunakan BMP180, https://www.adafruit.com/product/1603, produk ini sekarang dihentikan tetapi ada yang setara dengan BMP280 (https://amzn.to/2E8nmhi)
• Photoresistor (https://amzn.to/2seQFwd)
• Cip GPS atau GPS USB (https://amzn.to/36tZZv3).
• 4 magnet kuat (2 untuk anemometer, 1 untuk Direction, 1 untuk Rain Gauge), saya menggunakan magnet nadir bumi, sangat disyorkan) (https://amzn.to/2LHBoKZ).
• Sebilangan kecil perintang, saya mempunyai pek ini yang terbukti sangat berguna dari masa ke masa:

• MCP3008 - untuk menukar input analog ke digital untuk Raspberry Pi -

Perkakasan

• Raspberry Pi - Saya pada awalnya menggunakan adaptor tanpa wayar 2, sekarang dapatkan kit 3 B + dengan penyesuai kuasa juga. (https://amzn.to/2P76Mop)
• Pi Kamera
• Penyesuai kuasa 5V padat (ini ternyata sangat menyakitkan hati, akhirnya saya mendapat Adafruit, jika tidak, kamera mengeluarkan jus terlalu banyak dan boleh / akan menggantung Pi, ada di sini: https://www.adafruit.com/products / 501)

Bahan:

• 2 Thrust Bearings (atau galas skateboard atau roller-skate juga berfungsi), saya mendapatnya di Amazon:
• 2 Kandang Kalis Air (Saya menggunakan penutup elektrik dari kedai kotak besar tempatan), tidak banyak masalah, hanya perlu mencari kandang ukuran yang baik yang akan mempunyai cukup ruang dan melindungi segala-galanya).
• Beberapa Paip PVC dan Tutup Akhir (pelbagai saiz).
• Kurungan pelekap PVC
• Sepasang kepingan Plexiglass nipis (tidak terlalu mewah).
• kebuntuan plastik
• skru mini (saya menggunakan # 4 bolt dan mur).
• 2 Hiasan Pokok Krismas Plastik - digunakan untuk anemometer, saya mendapatkannya di Hobi Lobi tempatan.
• Dowel kecil
• Sekeping papan lapis kecil.

Alat:

• Dremel
• Pistol gam
• Besi pematerian
• Multimeter
• Gerudi

Langkah 2: Lampiran Utama - Pi, GPS, Kamera, Cahaya

Kandang utama menempatkan PI, Kamera, GPS dan sensor cahaya. Ia direka untuk kalis air kerana menempatkan semua komponen kritikal, pengukuran diambil dari kandang jarak jauh dan yang dirancang untuk terdedah / terbuka ke elemen.

Langkah-langkah:

Pilih kandang, saya menggunakan kotak persimpangan elektrik, pelbagai kotak projek dan kotak kalis air juga akan berfungsi. Perkara utama ialah ia mempunyai ruang yang cukup untuk menahan segalanya.

Lampiran saya mengandungi:

• The raspberry pi (on standoffs) - Memerlukan cip WIFI, tidak mahu menjalankan Cat5e ke halaman belakang!
• Kamera (juga dalam keadaan buntu)
• Cip GPS, disambungkan melalui USB (menggunakan kabel FTDI sparkfun: https://www.sparkfun.com/products/9718) - GPS memberikan garis lintang dan garis bujur, yang bagus, tetapi yang lebih penting, saya dapat memperoleh masa yang tepat dari GPS!
• dua bicu ethernet / cat 5 untuk menyambungkan kandang Utama ke kandang lain yang menempatkan sensor lain. Ini hanya cara mudah untuk meletakkan kabel di antara dua kotak, saya mempunyai kira-kira 12 wayar, dan kedua cat5 menyediakan 16 kemungkinan sambungan, jadi saya mempunyai ruang untuk mengembangkan / menukar keadaan.

Terdapat tingkap di bahagian depan kandang saya untuk dilihat oleh Kamera. Kes dengan tetingkap ini melindungi kamera, tetapi saya mempunyai masalah di mana lampu merah pada kamera (ketika mengambil foto) memantulkan kaca plexiglass dan muncul dalam foto. Saya menggunakan beberapa pita hitam untuk mengurangkan ini dan mencuba dan menyekatnya (dan LED lain dari Pi dan GPS), tetapi belum 100%.

Langkah 3: 'Penutup Jauh' untuk Suhu, Kelembapan, Tekanan

Di sinilah saya menyimpan sensor Suhu, Kelembapan, dan Tekanan serta "pengait" untuk alat pengukur hujan, arah angin dan sensor kelajuan angin.

Semuanya sangat mudah, pin di sini bersambung melalui kabel ethernet ke pin yang diperlukan pada Raspberry Pi.

Saya cuba menggunakan sensor Digital di mana saya boleh dan kemudian Analog mana pun ditambahkan pada MCP 3008, ia memerlukan sehingga 8 analog yang lebih daripada cukup untuk keperluan saya, tetapi memberi ruang untuk memperbaiki / mengembangkan.

Kandang ini terbuka ke udara (mestilah untuk suhu, kelembapan dan tekanan yang tepat). Lubang bawahnya keluar, jadi saya memberi beberapa litar semburan penyembur Silicone Conformal Coating (anda boleh mendapatkannya secara dalam talian atau tempat seperti Fry's Electronics). Mudah-mudahan ia dapat melindungi logam dari kelembapan, walaupun anda harus berhati-hati dan tidak menggunakannya pada beberapa sensor.

Bahagian atas kandang juga terletak di mana sensor kelajuan angin sesuai. Ia melambung, saya dapat meletakkan kelajuan angin atau arah angin di atas, saya tidak melihat kelebihan utama antara yang lain. Secara keseluruhan anda mahu kedua-dua sensor (angin dan kecepatan) cukup tinggi di mana bangunan, pagar, rintangan tidak mengganggu pengukuran.

Langkah 4: Tolok Hujan

Saya kebanyakan mengikuti arahan ini untuk membuat ukuran sebenar:

www.instructables.com/id/Arduino-Weather-St…

Saya membuat ini dari kaca plexiglass sehingga saya dapat melihat apa yang sedang berlaku dan saya fikir ia akan menjadi sejuk. Secara keseluruhan, plexiglass berfungsi dengan baik, tetapi digabungkan dengan Gluegun, sealant getah dan keseluruhan pemotongan dan penggerudian tidak tetap kelihatan seperti itu, walaupun dengan filem pelindung.

Perkara utama:

• Sensor adalah suis buluh sederhana dan magnet yang diperlakukan seperti penekanan butang dalam kod RaspberryPi, saya mengira baldi sederhana dari masa ke masa dan kemudian membuat penukaran kemudian menjadi "inci hujan".
• Jadikannya cukup besar untuk menahan air yang cukup untuk memberi hujung, tetapi tidak terlalu banyak sehingga memerlukan banyak untuk memberi tip. Hantaran pertama saya membuat setiap dulang tidak cukup besar sehingga akan mengisi dan mula mengalir di tepi sebelum dicucuk.
• Saya juga mendapati bahawa air sisa boleh menambahkan beberapa kesalahan pada pengukuran. Maksudnya, kering sepenuhnya mengambil tetes X untuk mengisi sisi dan ujungnya, setelah basah mengambil tetes Y (yang kurang dari X) untuk mengisi dan hujungnya. Bukan jumlah yang besar tetapi berlaku ketika cuba menentukur dan mendapatkan pengukuran "1 beban sama dengan berapa".
• Seimbangkan, anda boleh menipu dengan menambahkan gam gam ke hujung bawah jika satu sisi jauh lebih berat daripada yang lain, tetapi anda memerlukannya sedekat mungkin.
• Anda dapat melihat dalam foto saya memasang rig pengujian kecil menggunakan beberapa span dan pemegang kayu untuk menguji dan mendapatkannya dengan seimbang sebelum memasang.

Langkah 5: Arah Angin

Ini adalah baling-baling cuaca yang sederhana. Saya menggunakan elektronik dari sistem Maplin:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Perkara utama:

Ini adalah sensor analog. Lapan suis reed yang digabungkan dengan pelbagai perintang membahagi output menjadi potongan sehingga saya dapat mengenal pasti koordinat sensor yang mana dengan nilainya. (Konsep dijelaskan dalam arahan ini:

• Setelah memasang bahagian baling-baling cuaca, anda perlu menentukurnya sehingga "arah ini adalah yang menunjuk ke utara".
• Saya membuat pelantar ujian dengan kayu sehingga saya dapat menukar dan mematikan perintang dengan mudah yang merangkumi pelbagai nilai bagi saya, yang sangat berguna!
• Saya menggunakan bantalan tujahan, ia baik, saya yakin bantalan papan selaju atau roller skate biasa juga sama baiknya.

Langkah 6: Kelajuan Angin

Yang ini saya sekali lagi beralih kepada komuniti Instructable dan menemui dan mengikuti arahan ini:

www.instructables.com/id/Data-Logging-Anemo…

Perkara utama:

• Anda juga boleh menggunakan sensor ruang atau beralih ke sensor buluh. Sensor dewan lebih kepada sensor analog jadi jika anda menggunakannya secara digital, seperti menekan butang, anda perlu memastikan bacaan / voltan cukup tinggi sehingga berfungsi seperti penekanan butang yang benar, dan bukannya tidak mencukupi.
• Ukuran cawan sangat penting, begitu juga panjang batangnya! Pada asalnya saya menggunakan bola ping pong dan mereka terlalu kecil. Saya juga meletakkannya di tongkat panjang yang tidak berfungsi. Saya merasa sangat kecewa dan kemudian mendapati bahawa Ptorelli melakukan tugas yang hebat untuk menerangkan dan ia membantu saya apabila reka bentuk asal saya tidak berfungsi dengan baik.

Langkah 7: Perisian

Perisian ditulis dalam Python untuk merakam data dari sensor. Saya menggunakan beberapa perpustakaan Git pihak ketiga yang lain dari Adafruit dan yang lain untuk mendapatkan maklumat dari sensor dan GPS. Terdapat juga beberapa pekerjaan cron yang menarik beberapa maklumat API juga. Sebilangan besar dijelaskan / digariskan dalam dokumentasi Git di docs / install_notes.txt

Perisian web ada di PHP untuk menampilkannya di laman web sambil juga menggunakan YAML untuk file konfigurasi dan tentu saja alat RRD untuk menyimpan dan membuat grafik data.

Ia menggunakan Weather Underground API untuk mendapatkan beberapa data menarik yang tidak dapat ditarik oleh sensor: Rakam Hi dan Lows, Fasa Bulan, Waktu Matahari Terbenam dan Matahari Terbit, ada juga Pasang surut yang tersedia di API mereka, yang saya rasa sangat kemas, tetapi saya tinggal di Austin TX yang sangat jauh dari air.

Semua itu tersedia di Github dan dikekalkan secara aktif dan sedang digunakan ketika saya memperbaiki dan menentukurkan sistem saya sendiri, jadi anda juga boleh menghantar permintaan ciri dan laporan bug.

Perisian menjalani perubahan tema bergantung pada waktu, ada 4 tahap. Sekiranya waktu semasa + atau - 2 jam dari matahari terbit atau terbenam maka anda akan mendapat tema matahari terbit dan terbenam (sekarang hanya latar belakang yang berbeza, saya mungkin akan melakukan warna fon / sempadan yang berbeza pada masa akan datang). Begitu juga di luar julat tersebut memberi tema siang atau malam.

Terima kasih kerana membaca, Sekiranya anda ingin melihat lebih banyak foto dan video projek saya daripada melihat Saluran Instagram dan YouTube saya.

Hadiah Ketiga dalam Peraduan Pi / e Day