Stesen Cuaca WiFi Bertenaga Suria V1.0: 19 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Dalam Instructable ini, saya akan menunjukkan kepada anda cara membina Stesen Cuaca WiFi berkuasa Suria dengan papan Wemos. Wemos D1 Mini Pro mempunyai faktor bentuk yang kecil dan pelbagai perisai plug-and-play menjadikannya penyelesaian yang ideal untuk cepat memulakan pemrograman SoC ESP8266. Ini adalah kaedah yang murah untuk membina Internet Of Things (IoT) dan serasi dengan Arduino.

Anda juga boleh melihat Stesen Cuaca versi 3.0 saya yang baru.

Anda juga boleh melihat Stesen Cuaca versi-2.0 baru saya.

Anda boleh membeli PCB V2.0 dari PCBWay.

Anda boleh mendapatkan semua projek saya di

Stesen Cuaca baru mempunyai ciri-ciri berikut:

1. Stesen Cuaca dapat mengukur: Suhu, Kelembapan, Tekanan Barometrik, Ketinggian

2. Anda dapat memantau parameter cuaca di atas dari Telefon Pintar anda atau dari web (ThingSpeak.com)

3. Keseluruhan litar bersama dengan bekalan kuasa dimasukkan ke dalam kandang bercetak 3D.

4. Julat peranti ditingkatkan dengan menggunakan antena luaran 3dBi. Ia berada sekitar 100 meter.

Langkah 1: Bahagian dan Alat Diperlukan

1. Wemos D1 Mini Pro (Amazon / Banggood)

2. Papan Pengecasan TP 4056 (Amazon / Aliexpress)

3. Diod (Aliexpress)

4. Sensor BME 280 (Aliexpress)

5. Panel Suria (Banggood)

6. Papan berlubang (Banggood)

7. Terminal Skru (Banggood)

8. Kekalahan PCB (Banggood)

9. Li Ion Battery (Banggood)

10. Pemegang Bateri AA (Amazon)

11. 22 wayar AWG (Amazon / Banggood)

12. Lem Super (Amazon)

13. Pita Saluran (Amazon)

14. filamen percetakan 3D -PLA (GearBest)

Alat yang Digunakan:

Pencetak 1.3D (Anet A8 / Creality CR-10 Mini)

2. Besi Pematerian (Amazon)

3. Lem Gun (Amazon)

4. Pemotong Kawat / Stripper (Amazon)

Langkah 2: Bekalan Kuasa

Rancangan saya adalah untuk menggunakan stesen Cuaca di tempat terpencil (rumah ladang saya). Untuk menjalankan Stesen Cuaca secara berterusan, mesti ada bekalan kuasa berterusan jika tidak, sistem tidak akan berfungsi. Kaedah terbaik untuk memberikan daya berterusan ke litar adalah dengan menggunakan bateri. Tetapi selepas beberapa hari jus bateri akan habis, dan sangat sukar untuk pergi ke sana dan mengecasnya. Oleh itu, rangkaian pengisian solar dicadangkan kepada pengguna untuk bebas tenaga dari matahari untuk mengecas bateri dan memberi kuasa pada papan Wemos. Saya telah menggunakan bateri Li-Ion 14450 dan bukannya bateri 18650 kerana saiznya lebih kecil. Saiznya sama seperti bateri AA.

Bateri dicas dari panel Solar melalui modul pengisian TP4056. Modul TP4056 dilengkapi dengan cip perlindungan bateri atau tanpa cip perlindungan. Saya akan mengesyorkan membeli modul yang mempunyai cip perlindungan bateri.

Mengenai Pengecas Bateri TP4056

Modul TP4056 sangat sesuai untuk mengecas sel tunggal 3.7V 1 Ah atau lebih tinggi sel LiPo. Berdasarkan sekitar IC pengecas TP4056 dan IC perlindungan bateri DW01 modul ini akan menawarkan arus cas 1000 mA kemudian terputus ketika pengisian selesai. Selanjutnya, apabila voltan bateri turun di bawah 2.4V, IC pelindung akan memotong beban untuk melindungi sel daripada voltan. Ia juga melindungi daripada sambungan voltan berlebihan dan polaritas terbalik.

Langkah 3: Mengukur Data Cuaca

Pada hari-hari sebelumnya, parameter cuaca seperti suhu sekitar, kelembapan, dan tekanan barometrik diukur dengan instrumen analog yang terpisah: termometer, hygrometer, dan barometer. Tetapi hari ini pasar dibanjiri dengan sensor digital yang murah dan cekap yang dapat digunakan untuk mengukur pelbagai parameter persekitaran. Contoh terbaik ialah sensor seperti DHT11, DHT 22, BMP180, BMP280, dll.

Dalam projek ini, kami akan menggunakan sensor BMP 280.

BMP 280:

BMP280 adalah sensor canggih yang dengan tepat mengukur tekanan dan suhu barometrik dengan ketepatan yang wajar. BME280 adalah sensor generasi seterusnya dari Bosch dan merupakan peningkatan ke BMP085 / BMP180 / BMP183 - dengan bunyi ketinggian rendah 0.25m dan masa penukaran pantas yang sama.

Kelebihan sensor ini ialah ia dapat menggunakan I2C atau SPI untuk komunikasi dengan mikrokontroler. Untuk pendawaian mudah yang mudah, saya akan mencadangkan untuk membeli papan versi I2C.

Langkah 4: Menggunakan Antena Luaran (3dBi)

Papan Wemos D1 mini Pro mempunyai antena seramik terbina dalam bersama dengan penyediaan untuk menghubungkan antena luaran untuk meningkatkan jangkauan. Sebelum menggunakan antena luaran, anda harus mengubah semula isyarat antena dari antena seramik terpasang, ke soket luaran. Ini boleh dilakukan dengan memutar pelekap permukaan kecil (0603) perintang Zero Ohm (kadang-kadang disebut pautan).

Anda boleh menonton video yang dibuat oleh Alex Eames untuk memutar perintang sifar ohm.

Kemudian pasangkan penyambung SMA antena ke slot antena mini Wemos Pro.

Langkah 5: Selesaikan Tajuk

Modul Wemos dilengkapi dengan pelbagai tajuk tetapi anda harus menyoldernya mengikut keperluan anda.

Untuk projek ini, 1. Padankan dua header lelaki ke papan mini pro Wemos D1.

2. Solder header lelaki 4 pin ke modul BMP 280.

Setelah menyolder tajuk, modul akan kelihatan seperti gambar di atas.

Langkah 6: Menambah Header dan Terminal

Langkah seterusnya adalah menyisipkan tajuk ke papan berlubang.

1. Pertama, letakkan papan Wemos di atas papan berlubang dan tandakan tapak kaki. Kemudian pasangkan dua baris tandukan wanita di kedudukan yang ditandakan.

2. Kemudian pateri kepala wanita 4 pin seperti yang ditunjukkan dalam gambar.

3. Terminal skru solder untuk penyambungan bateri.

Langkah 7: Pasang Papan Pengecasan:

Letakkan sekeping kecil pita dua sisi di bahagian belakang modul pengisian dan kemudian tampalkan pada papan berlubang seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Semasa pemasangan, penjagaan harus dilakukan untuk menyelaraskan papan sedemikian rupa sehingga lubang pematerian akan sesuai dengan lubang papan berlubang.

Menambah terminal untuk Solar Panel

Memateri terminal skru berhampiran port USB mikro pada papan pengecas.

Anda juga boleh menyelesaikan terminal ini pada langkah sebelumnya.

Langkah 8: Diagram Pendawaian

Mula-mula saya memotong kepingan kecil wayar warna yang berbeza dan menanggalkan penebat di kedua-dua hujungnya.

Kemudian saya memasangkan wayar mengikut gambarajah Skematik seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas.

Wemos -> BME 280

3.3 V - -> Vin

GND GND

D1 SCL

D2 SDA

Sambungan TP4056

Terminal Solar Panel -> + dan - berhampiran port USB mikro

Terminal Bateri -> B + dan B-

5V dan GND Wemos -> Keluar + dan Keluar-

Catatan: Dioda yang disambungkan ke panel suria (ditunjukkan dalam skema) tidak diperlukan kerana modul TP4056 memiliki dioda bawaan pada input.

Langkah 9: Merancang Pagar

Ini adalah langkah yang paling memakan masa bagi saya. Saya telah menghabiskan masa sekitar 4 jam untuk merancang kandang. Saya menggunakan Autodesk Fusion 360 untuk merancangnya. Kandang mempunyai dua bahagian: Badan Utama dan Penutup Depan

Badan utama pada dasarnya direka untuk memenuhi semua komponen. Ia dapat menampung komponen berikut

1. Papan litar 50x70mm

2. Pemegang bateri AA

3. Panel Suria 85.5 x 58.5 x 3 mm

4. antena luaran 3dBi

Muat turun fail.stl dari Thingiverse

Langkah 10: Percetakan 3D

Setelah selesai membuat reka bentuk, sudah tiba masanya untuk mencetak kepingan 3D. Di Fusion 360, anda boleh mengklik pada membuat dan memotong model dengan menggunakan perisian slicer. Saya telah menggunakan Cura untuk memotong model.

Saya menggunakan pencetak 3D Anet A8 dan PLA hijau 1.75 mm untuk mencetak semua bahagian badan. Saya mengambil masa sekitar 11 jam untuk mencetak badan utama dan sekitar 4 jam untuk mencetak muka depan.

Saya sangat mengesyorkan menggunakan pencetak lain untuk anda iaitu Creality CR - 10. Kini versi mini CR-10 juga tersedia. Pencetak Creality adalah salah satu Pencetak 3D kegemaran saya.

Oleh kerana saya baru dalam reka bentuk 3D, reka bentuk saya tidak optimis. Tetapi saya yakin, kandang ini dapat dibuat dengan menggunakan bahan yang lebih sedikit (kurang masa cetak). Saya akan cuba memperbaiki reka bentuknya nanti.

Tetapan saya adalah:

Kelajuan Cetakan: 40 mm / s

Tinggi Lapisan: 0.2

Ketumpatan Isi: 15%

Suhu Extruder: 195 deg C

Temp Tidur: 55 darjah C

Langkah 11: Memasang Panel Suria dan Bateri

Pateri wayar merah 22 AWG ke terminal positif dan wayar hitam ke terminal negatif panel Suria.

Masukkan dua wayar ke lubang di bumbung badan penutup utama.

Gunakan lem super untuk memperbaiki Panel Suria dan tekan beberapa saat untuk ikatan yang betul.

Tutup lubang dari dalam dengan menggunakan gam panas.

Kemudian masukkan pemegang bateri ke dalam slot di bahagian bawah penutup.

Langkah 12: Memasang Antena

Buka penutup mur dan pencuci di penyambung SMA.

Masukkan penyambung SMA ke dalam lubang yang disediakan di kandang. Lihat gambar di atas.

Kemudian ketatkan kacang bersama dengan mesin basuh.

Sekarang pasang antena dengan sejajar dengan penyambung SMA dengan betul.

Langkah 13: Memasang Litar Papan

Pasang penyangga pada 4 penjuru papan litar.

Sapukan gam super pada 4 slot di kandang. Rujuk gambar di atas.

Kemudian sejajarkan kebuntuan dengan 4 slot dan letakkan. biarkan sebilangan untuk mengeringkannya.

Langkah 14: Tutup Penutup Depan

Setelah mencetak penutup depan, ia mungkin tidak sesuai dengan badan penutup utama. Sekiranya memang demikian, hanya pasangkannya di sisi dengan menggunakan kertas pasir.

Luncurkan penutup depan ke slot pada badan utama.

Untuk mengamankannya, gunakan pita saluran di bahagian bawah.

Langkah 15: Pengaturcaraan

Untuk menggunakan Wemos D1 dengan perpustakaan Arduino, anda harus menggunakan Arduino IDE dengan sokongan papan ESP8266. Sekiranya anda belum melakukannya, anda boleh memasang sokongan papan ESP8266 dengan mudah ke Arduino IDE anda dengan mengikuti tutorial ini oleh Sparkfun.

Tetapan berikut lebih disukai:

Kekerapan PU: 80MHz 160MHz

Saiz Kilat: 4M (SPIFFS 3M) - Saiz sistem fail 3M 4M (SPIFFS 1M) - Saiz sistem fail 1M

Kelajuan Muat Naik: 921600 bps

Kod Arduino untuk Aplikasi Blynk:

Mod tidur:

ESP8266 adalah peranti yang cukup kuat. Sekiranya anda mahu projek anda kehabisan bateri selama lebih dari beberapa jam, anda mempunyai dua pilihan:

1. Dapatkan bateri yang besar

2. Pandai meletakkan Perkara itu untuk tidur.

Pilihan terbaik adalah pilihan kedua. Sebelum menggunakan ciri tidur nyenyak, pin Wemos D0 mesti disambungkan ke pin Reset.

Kredit: Ini dicadangkan oleh salah seorang pengguna Instructables "tim Rowledge".

Lebih Banyak Pilihan Penjimatan Kuasa:

Wemos D1 Mini mempunyai LED kecil yang menyala ketika papan dihidupkan. Ia menghabiskan banyak tenaga. Oleh itu, tarik LED dari papan dengan sepasang tang. Ia akan menurunkan arus tidur secara drastik.

Kini peranti dapat berjalan lama dengan bateri Li-Ion tunggal.

#define BLYNK_PRINT Serial // Komen ini untuk mematikan cetakan dan menjimatkan ruang # sertakan #include

#include "Seeed_BME280.h" #masuk BME280 bme280; // Anda harus mendapatkan Auth Token di Aplikasi Blynk. // Pergi ke Tetapan Projek (ikon kacang). char auth = "3df5f636c7dc464a457a32e382c4796xx"; // Kelayakan WiFi anda. // Tetapkan kata laluan ke "" untuk rangkaian terbuka. char ssid = "SSID"; char pass = "KATA LULUS"; batal persediaan () {Serial.begin (9600); Blynk.begin (auth, ssid, pass); Serial.begin (9600); jika (! bme280.init ()) {Serial.println ("Ralat peranti!"); }} gelung kekosongan () {Blynk.run (); // dapatkan dan cetak suhu mengapung temp = bme280.getTemperature (); Serial.print ("Temp:"); Cetakan bersiri (temp); Serial.println ("C"); // Unit untuk Celsius kerana arduino asli tidak menyokong simbol speical Blynk.virtualWrite (0, temp); // pin maya 0 Blynk.virtualWrite (4, temp); // pin maya 4 // dapatkan dan cetak data tekanan atmosfera tekanan apungan = bme280.getPressure (); // tekanan dalam Pa float p = tekanan / 100.0; // tekanan dalam hPa Serial.print ("Tekanan:"); Cetakan bersiri (p); Serial.println ("hPa"); Blynk.virtualWrite (1, p); // pin maya 1 // dapatkan dan cetak data ketinggian apungan ketinggian = bme280.calcAltitude (tekanan); Serial.print ("Ketinggian:"); Serial.print (ketinggian); Serial.println ("m"); Blynk.virtualWrite (2, ketinggian); // pin maya 2 // dapatkan dan cetak data kelembapan mengapung kelembapan = bme280.getHumidity (); Serial.print ("Kelembapan:"); Cetakan bersiri (kelembapan); Serial.println ("%"); Blynk.virtualWrite (3, kelembapan); // pin maya 3 ESP.deepSleep (5 * 60 * 1000000); // deepSleep time ditentukan dalam mikrodetik. }

Langkah 16: Pasang Aplikasi dan Perpustakaan Blynk

Blynk adalah aplikasi yang membolehkan kawalan penuh ke atas perkakasan Arduino, Rasberry, Intel Edison, dan banyak lagi. Ia sesuai dengan Android dan iPhone. Sekarang aplikasi Blynk tersedia secara percuma.

Anda boleh memuat turun aplikasi dari pautan berikut

1. Untuk Android

2. Untuk Iphone

Setelah memuat turun aplikasinya, pasang pada telefon pintar anda.

Kemudian anda perlu mengimport perpustakaan ke Arduino IDE anda.

Muat turun Perpustakaan

Semasa anda menjalankan aplikasi untuk pertama kalinya, anda perlu log masuk - untuk memasukkan alamat e-mel dan kata laluan. Klik "+" di kanan atas paparan untuk membuat projek baru. Kemudian namakannya.

Pilih perkakasan sasaran "ESP8266" Kemudian klik "E-mel" untuk menghantar token autentikasi itu kepada diri sendiri - anda akan memerlukannya dalam kod

Langkah 17: Buat Dash Board

Papan Pemuka terdiri daripada widget yang berbeza. Untuk menambah widget ikuti langkah-langkah di bawah:

Klik "Buat" untuk memasuki skrin Papan Pemuka utama.

Seterusnya, tekan "+" sekali lagi untuk mendapatkan "Widget Box"

Kemudian seret 4 Tolok.

Klik pada grafik, ia akan muncul menu tetapan seperti gambar di atas.

Anda harus menukar nama "Temperature", Pilih Virtual Pin V1, kemudian ubah julat dari 0 -50. Begitu juga dengan parameter lain.

Akhirnya, seret grafik dan ulangi prosedur yang sama seperti dalam tetapan tolok. Gambar papan pemuka akhir ditunjukkan dalam gambar di atas.

Anda juga boleh mengubah warnanya dengan mengklik ikon bulatan di sebelah kanan Nama.

Langkah 18: Memuat naik Data Sensor ke ThingSpeak

Pertama, buat akaun di ThingSpeak.

Kemudian buat Saluran baru di akaun ThingSpeak anda. Cari Cara Membuat Saluran Baru

Isi Medan 1 sebagai Suhu, Medan 2 sebagai Kelembapan dan Medan 3 sebagai tekanan.

Dalam akaun ThingSpeak anda pilih "Saluran" dan kemudian "Saluran Saya".

Klik pada nama saluran anda.

Klik tab "Kunci API" dan salin "Tulis Kunci API"

Buka kod Solar_Weather_Station_ThingSpeak. Kemudian tulis SSID dan Kata Laluan anda.

Ganti "MENULIS API" dengan "Kunci API Tulis" yang disalin.

Perpustakaan yang diperlukan: BME280

Kredit: Kod ini tidak ditulis oleh saya. Saya mendapatkannya dari pautan yang diberikan dalam video YouTube oleh plukas.

Langkah 19: Ujian Akhir

Letakkan peranti di bawah cahaya matahari, modul pengecas merah TP 4056 akan menyala.

1. Pemantauan Aplikasi Blynk:

Buka projek Blynk. Sekiranya semuanya baik-baik saja, anda akan melihat tolok akan hidup dan grafik mula memplot data suhu.

2. Pemantauan ThingSpeak:

Pertama, buka Thingspeak Chanel anda.

Kemudian pergi ke tab "Paparan Peribadi" atau tab "Paparan Umum" untuk melihat Carta Data.

Terima kasih kerana membaca Instructable saya.

Sekiranya anda menyukai projek saya, jangan lupa kongsikannya.

Hadiah Pertama dalam Peraduan Mikrokontroler 2017