Stesen Cuaca Raspberry Pi Solar: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Didorong oleh penyelesaian dua projek sebelumnya, Kompak Kamera dan Konsol Permainan Mudah Alih, saya ingin mencari cabaran baru. Perkembangan semula jadi adalah sistem jarak jauh luar …

Saya mahu membina stesen cuaca Raspberry Pi yang mampu bertahan di luar grid dan menghantar hasilnya melalui sambungan tanpa wayar, dari mana sahaja! Projek ini benar-benar mempunyai cabarannya, tetapi untungnya memberi tenaga pada Raspberry Pi adalah salah satu cabaran utama yang dipermudah dengan menggunakan PiJuice sebagai bekalan kuasa dengan sokongan solar tambahan (lengkap dengan teknologi PiAnywhere revolusioner kami - cara terbaik untuk lepaskan Pi anda dari grid!).

Pemikiran awal saya adalah menggunakan modul AirPi yang hebat untuk membaca. Walau bagaimanapun, ini mempunyai dua kelemahan utama; ia memerlukan sambungan internet langsung untuk memuat naik hasilnya dan perlu disambungkan terus ke GPIO pada Pi yang bermaksud ia tidak boleh terkena udara tanpa juga memaparkan Raspberry Pi (tidak sesuai jika kita mahu stesen cuaca ini bertahan dalam jangka masa yang lama).

Penyelesaiannya … bina modul penginderaan saya sendiri! Dengan menggunakan banyak AirPi untuk inspirasi, saya dapat mengumpulkan prototaip yang sangat mudah dengan menggunakan beberapa sensor yang sudah saya miliki; suhu, kelembapan, tahap cahaya dan gas am. Dan perkara yang menarik adalah bahawa sangat mudah untuk menambahkan lebih banyak sensor pada bila-bila masa.

Saya memutuskan untuk menggunakan Raspberry Pi a + terutamanya kerana penggunaan kuasa yang rendah. Untuk menghantar hasilnya kepada saya, saya menggunakan modul EFCom Pro GPRS / GSM, yang dapat menghantar teks terus ke telefon bimbit saya dengan hasilnya! Cukup kemas bukan?

Saya gembira kerana ada idea yang anda ada untuk projek solar atau mudah alih yang hebat. Beritahu saya dalam komen dan saya akan melakukan yang terbaik untuk membuat tutorial!

Langkah 1: Bahagian

1 x PiJuice + Solar Panel (lengkap dengan teknologi PiAnywhere revolusioner kami - kaedah terbaik untuk melepaskan Pi anda dari grid!)

1 x Raspberry Pi a +

1 x Modul EFCom Pro GPRS / GSM

1 x Kad Sim

1 x Papan Roti

Papan Protob

1 x MCP3008 ADC

1 x LDR

1 x LM35 (Sensor Suhu)

1 x DHT22 (Sensor Kelembapan)

1 x Sensor Kualiti Udara Umum TGS2600

1 x 2.2 KΩ Perintang

Perintang 1 x 22 KΩ

Perintang 1 x 10 KΩ

10 x Perempuan - Wayar pelompat wanita

Pelbagai wayar tolok tunggal

1 x Kotak Persimpangan Luaran Tunggal

1 x Kotak Persimpangan Luaran Berkembar

1 x Penyambung Kabel Kalis Air

Grommet Kabel Semi Blind 2 x 20mm

Langkah 2: Litar Sensing

Terdapat beberapa elemen yang berbeza untuk projek ini, jadi lebih baik melakukan semuanya secara berperingkat. Mula-mula saya akan melalui cara menyusun litar penginderaan.

Adalah idea yang baik untuk membina ini di papan roti terlebih dahulu, sekiranya anda membuat kesilapan, saya telah menyertakan gambarajah litar dan gambar langkah demi langkah, untuk dirujuk.

1. Komponen pertama untuk mendapatkan kabel adalah MCP3008 analog ke digital converter ini. Ini boleh mengambil sehingga 8 input analog dan berkomunikasi dengan Raspberry Pi melalui SPI. Dengan cip menghadap ke atas, dan separuh bulatan terputus di hujung paling jauh dari anda, pin di sebelah kanan semuanya bersambung ke Raspberry Pi. Sambungkannya seperti yang ditunjukkan. Sekiranya anda ingin mengetahui lebih lanjut mengenai bagaimana cip berfungsi, inilah panduan hebat untuk protokol MCP3008 dan SPI.
2. Pin di sebelah kiri adalah 8 input Analog, bernombor 0-7 dari atas ke bawah. Kami hanya akan menggunakan 3 yang pertama (CH0, CH1, CH2), untuk LDR, sensor gas am (TGS2600) dan sensor suhu (LM35). Sambungkan LDR terlebih dahulu seperti yang ditunjukkan dalam rajah. Satu sisi ke tanah dan yang lain ke 3.3V melalui perintang 2.2KΩ dan CH0.
3. Seterusnya, sambungkan "sensor gas am". Sensor gas ini digunakan untuk mengesan pencemaran udara seperti hidrogen dan karbon monoksida. Saya belum mengetahui cara mendapatkan kepekatan tertentu, jadi buat masa ini hasil dari sensor ini adalah tahap peratusan asas, di mana 100% tepu sepenuhnya. Dengan sensor menghadap ke atas (pin di bahagian bawah), pin tepat di sebelah kanan singkapan kecil adalah pin 1 dan kemudian angka meningkat mengikut arah jam di sekitar pin. Oleh itu, pin 1 dan 2 bersambung ke 5V, pin 3 menyambung ke CH1 dan arde melalui perintang 22KΩ dan pin4 menghubungkan terus ke tanah.
4. Sensor analog terakhir untuk disambungkan adalah sensor suhu LM35. Ini mempunyai 3 pin. Ambil sensor sehingga sisi rata paling dekat dengan anda, pin paling kiri menghubungkan terus ke 5V (tidak ditandakan pada rajah, buruk saya!), Pin tengah menyambung ke CH2 dan pin paling kanan menghubungkan terus ke tanah. Mudah!
5. Komponen terakhir untuk disambungkan adalah sensor kelembapan DHT22. Ini adalah sensor digital sehingga boleh dihubungkan terus ke Raspberry Pi. Ambil sensor dengan grid menghadap anda dan empat pin di bahagian bawah. Pin dipesan dari 1 di sebelah kiri. Sambungkan 1 hingga 3.3V. Pin 2 menuju ke GPIO4 dan 3.3V melalui perintang 10KΩ. Biarkan pin 3 terputus dan pin 4 terus ke tanah.

Itu sahaja! Litar ujian telah dibina. Saya berharap dapat menambah lebih banyak komponen apabila saya mempunyai masa. Saya benar-benar ingin menambahkan sensor tekanan, sensor kelajuan angin dan saya ingin mendapatkan data yang lebih pintar mengenai kepekatan gas.

Langkah 3: Modul GSM

Sekarang bahawa rangkaian penginderaan telah dibangun, perlu ada cara untuk menerima hasilnya. Di situlah modul GSM masuk. Kami akan menggunakannya untuk menghantar hasil melalui rangkaian selular dalam SMS, sekali sehari.

Modul GSM berkomunikasi dengan Raspberry Pi melalui siri menggunakan UART. Berikut adalah beberapa maklumat hebat mengenai komunikasi bersiri dengan Raspberry Pi. Untuk mengawal port bersiri Pi, kita perlu melakukan konfigurasi terlebih dahulu.

Boot Raspberry Pi anda dengan Raspbian Image standard. Sekarang ubah fail "/boot/cmdline.txt" dari:

"dwc_otg.lpm_enable = 0 konsol = ttyAMA0, 115200 kgdboc = ttyAMA0, 115200 konsol = tty1 root = / dev / mmcblk0p2 rootfstype = ext4 elevator = deadwa rootwait tarikh akhir"

kepada:

"dwc_otg.lpm_enable = 0 console = tty1 root = / dev / mmcblk0p2 rootfstype = ext4 elevator = deadline rootwait"

dengan membuang bahagian teks yang digarisbawahi.

Kedua, anda perlu mengedit fail "/ etc / inittab", dengan mengulas baris kedua di bahagian berikut:

#Spawn a getty on Raspberry Pi siri bersiriT0: 23: respawn: / sbin / getty -L ttyAMA0 115200 vt100"

Sehingga berbunyi:

#Spawn a getty di talian siri Raspberry Pi # T0: 23: respawn: / sbin / getty -L ttyAMA0 115200 vt100

dan but semula Pi. Kini port bersiri bebas untuk berkomunikasi dengan yang anda mahukan. Sudah tiba masanya untuk memasang modul GSM. Lihat gambarajah litar pada langkah sebelumnya dan gambar di atas untuk melihat bagaimana ini dilakukan. Pada asasnya, TX disambungkan ke RX dan RX disambungkan ke TX. Pada Raspberry Pi TX dan RX masing-masing adalah GPIO 14 dan 15.

Sekarang, anda mungkin ingin memeriksa bahawa modul berfungsi, jadi mari kita cuba menghantar teks! Untuk ini, anda perlu memuat turun Minicom. Ini adalah program yang membolehkan anda menulis ke port bersiri. Gunakan:

"sudo apt-get install minicom"

Setelah dipasang minicom dapat dibuka dengan arahan berikut:

"minicom -b 9600 -o -D / dev / ttyAMA0"

9600 adalah baud-rate dan / dev / ttyAMA0 adalah nama port bersiri Pi. Ini akan membuka emulator terminal di mana apa sahaja yang anda tulis akan muncul di port bersiri, iaitu dihantar ke modul GSM.

Masukkan kad sim anda ke dalam modul GSM dan tekan butang kuasa. Selepas itu LED biru mesti menyala. Modul GSM menggunakan set arahan AT, berikut adalah dokumentasi jika anda benar-benar berminat. Sekarang kita periksa bahawa Raspberry Pi telah mengesan modul dengan arahan berikut:

"DI"

modul itu hendaklah bertindak balas dengan:

"OKEY"

Hebat! Maka kita perlu mengkonfigurasi modul untuk menghantar SMS sebagai teks dan bukannya binari:

"AT + CMGF = 1"

sekali lagi tindak balas harus "OK". Sekarang kita menulis arahan untuk menghantar SMS:

"AT + CMGS =" 44 ************* "", ganti bintang dengan nombor anda.

Modem dengan respons dengan ">" selepas itu anda boleh menulis mesej anda. Untuk menghantar mesej tekan. Itu sahaja, dan dengan sedikit keberuntungan anda baru sahaja menerima teks dari Raspberry Pi anda.

Oleh kerana sekarang kita tahu modul GSM berfungsi, anda boleh menutup minicom; kita tidak memerlukannya sepanjang projek ini.

Langkah 4: Muat turun Perisian dan Jalankan Kering

Pada tahap ini semuanya harus disambung dan siap untuk diuji untuk jalan kering. Saya telah menulis program python yang cukup sederhana yang akan mengambil bacaan dari setiap sensor dan kemudian menghantar hasilnya ke telefon bimbit anda. Anda boleh memuat turun keseluruhan program dari halaman PiJuice Github. Sekarang juga boleh menjadi masa yang tepat untuk menguji dengan modul PiJuice. Ia hanya dipasang ke GPIO Raspberry Pi, semua wayar yang disambungkan ke Pi hanya terpasang terus ke pin pin yang sesuai pada PiJuice. Semudah Pi. Untuk memuat turun kod, gunakan arahan:

git klon

Ini disiapkan untuk menghantar data sekali sehari. Untuk tujuan ujian ini tidak bagus, jadi anda mungkin mahu mengedit program. Ini mudah dilakukan; buka fail sahaja; "sudo nano weatherstation.py". Di bahagian atas terdapat bahagian "set delay". Komen garis "delay = 86400" dan hapus komen "delay = 5". Kini hasilnya akan dihantar 5 saat sekali. Anda juga ingin menukar program sehingga mengandungi nombor telefon bimbit anda sendiri. Cari di mana tertera "+44 **********" dan ganti bintang dengan nombor anda sendiri.

Sebelum menjalankan program, anda hanya perlu memuat turun perpustakaan untuk membaca sensor kelembapan DHT22:

git klon

Perpustakaan perlu dipasang:

"cd Adafruit_Python_DHT"

"sudo apt-get kemas kini"

"sudo apt-get install build-essential python-dev"

"sudo python setup.py install"

Bagus, sekarang anda boleh menguji program.

"sudo python weatherstation.py"

Semasa program berjalan, hasilnya harus dihantar ke telefon bimbit anda tetapi juga dicetak di terminal setiap 5 saat.

Langkah 5: Bina Litar

Sekarang semuanya berjalan dalam praktik, sudah tiba masanya untuk membina perkara sebenar. Gambar menunjukkan idea umum bagaimana keseluruhan unit itu bersatu. Terdapat dua unit perumahan yang berasingan; satu untuk rangkaian penginderaan (yang akan mempunyai lubang untuk membolehkan udara beredar di dalam) dan satu lagi untuk Raspberry Pi, unit GPRS dan PiJuice, (kedap air sepenuhnya) panel solar akan disambungkan ke unit pengkomputeran dengan persimpangan kedap air. Kedua unit kemudian dapat dilepaskan dengan mudah sehingga perumahan sensor atau perumahan pengkomputeran dapat dilepaskan tanpa harus mencabut keseluruhan unit. Ini bagus jika anda ingin menambahkan lebih banyak sensor atau jika anda memerlukan Raspberry Pi atau PiJuice anda untuk projek lain.

Anda perlu memecahkan protoboard agar sesuai dengan bahagian dalam kotak persimpangan yang lebih kecil. Di sinilah litar penginderaan ditempatkan. Litar penginderaan kini dipindahkan dari papan roti ke protoboard. Sekarang anda perlu melakukan pematerian. Pastikan anda selesa menggunakan besi pematerian dengan selamat. Sekiranya anda tidak pasti, maka mintalah pertolongan seseorang yang merupakan pemateri yang cekap.

Terima kasih banyak kepada Patrick di makmal di sini, yang menyelamatkan saya daripada membuat hash sebenar litar ini. Dia berjaya menjatuhkannya dalam masa beberapa minit! Sekiranya, seperti saya, anda bukan litar bangunan yang terbaik, dan anda tidak mempunyai genius seperti Patrick yang sedia membantu anda, maka anda boleh meninggalkan litar tersebut di papan roti, selagi ia sesuai di dalam kotak elektrik anda.

Langkah 6: Menyiapkan Unit Perumahan

Bahagian ini adalah tempat yang sangat menyeronokkan. Anda mungkin melihat cincin di setiap kotak. Ini direka untuk dihancurkan sehingga kotak dapat menjadi persimpangan untuk elektrik. Kami akan menggunakannya untuk menghubungkan antara unit penginderaan dan unit pengkomputeran, untuk menyambung ke panel suria dan juga sebagai pengudaraan untuk unit penginderaan untuk membolehkan peredaran udara.

Pertama, ketuk satu lubang pada setiap kotak untuk hubungan antara keduanya, seperti yang dilihat dalam gambar. Mengetuk lubang boleh menjadi sukar untuk dilakukan dengan kemas, tetapi kelebihan kasar tidak menjadi masalah. Saya dapati kaedah terbaik adalah menggunakan pemutar skru untuk terlebih dahulu menembusi cincin lekukan di setiap lubang, dan kemudian mencucinya seperti penutup tin cat. Penyambung kabel kalis air kemudian digunakan untuk menyambungkan kedua-dua kotak itu.

Maka anda perlu membuat lubang lain di perumahan pengkomputeran untuk wayar panel solar. Lubang ini kemudian dipasang dengan salah satu grommet kabel separa buta anda. Sebelum memasukkan grommet ke dalam lubang itu, kabel boleh dilalui. Ini perlu sekecil mungkin agar kedap air, kemudian tekan ujung mikro usb melalui lubang (ini adalah hujung yang menghubungkan ke PiJuice).

Akhirnya lubang tambahan perlu dibuat di unit penginderaan untuk membolehkan udara masuk dan keluar. Saya telah memutuskan untuk memilih secara langsung bertentangan dengan persimpangan antara dua kotak. Mungkin perlu menambahkan lubang kedua. Saya rasa kita akan mengetahui setelah beberapa ketika menggunakan stesen cuaca.

Langkah 7: Memasang dan Menyelesaikan Stesen Cuaca

Betul, hampir di sana. Peringkat terakhir adalah menyatukan semuanya.

Bermula dengan unit pengkomputeran. Di kotak ini kita mempunyai Raspberry Pi, The PiJuice yang menghubungkan ke Raspberry Pi GPIO dan modul GSM yang menghubungkan ke pelarian GPIO pada PiJuice melalui kabel jumper wanita ke wanita. Bagus dan selesa! pada tahap ini saya mungkin akan menasihatkan meletakkan semacam sealer di sekitar pintu masuk untuk kabel USB untuk panel solar. Sebilangan jenis resin, atau superglue mungkin akan berfungsi.

Kemudian bergerak ke unit penginderaan. Dalam foto, dari atas ke bawah, wayarnya adalah; kelabu, putih, ungu dan biru adalah garis data SPI, hitam tanah, oren 3.3V, merah 5V dan hijau adalah GPIO 4. Anda perlu mencari wayar jumper untuk menyambungkannya dan kemudian memasangnya melalui kabel kalis air penyambung seperti yang dilihat dalam gambar. Kemudian setiap wayar dapat disambungkan ke GPIO yang sesuai dan penyambung dapat diketatkan. Pada tahap ini mudah untuk melihat bagaimana reka bentuk dapat diperbaiki; LDR tidak akan terkena banyak cahaya (walaupun masih berguna untuk mengetahui nilai relatif, dan merobek lubang tambahan mungkin membantu), saya rasa lebih baik menggunakan ukuran yang sama dengan unit pengkomputeran kotak untuk unit pengesan juga, maka lebih mudah memasukkan papan litar ke dalam kotak dan akan ada ruang untuk bermain dengan susunan yang berbeza.

Saya telah meletakkannya di kebun sekarang, seperti yang anda lihat di foto. Mudah-mudahan dalam beberapa hari akan datang saya dapat menyiarkan beberapa keputusan juga! Dan seperti yang saya katakan sebelumnya, jika anda mempunyai idea untuk beberapa projek menarik, beritahu saya!