Solar Powered WiFi Weather Station V1.0: 19 Mga Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Sa Instructable na ito, ipapakita ko sa iyo kung paano bumuo ng isang Solar Power WiFi Weather Station na may board na Wemos. Ang Wemos D1 Mini Pro ay may isang maliit na form-factor at isang malawak na hanay ng mga plug-and-play na kalasag na ginagawang isang perpektong solusyon para sa mabilis na pagsisimula sa pag-program ng ESP8266 SoC. Ito ay isang murang paraan upang mabuo ang Internet Of Things (IoT) at katugma ang Arduino.

Maaari mo ring tingnan ang aking bagong bersyon- 3.0 Weather Station.

Maaari mo ring tingnan ang aking bagong bersyon-2.0 Weather Station.

Maaari kang bumili ng V2.0 PCB mula sa PCBWay.

Mahahanap mo ang lahat ng aking mga proyekto sa

Ang bagong Weather Station ay may mga sumusunod na tampok:

1. Maaaring sukatin ng Weather Station: Temperatura, Humidity, Barometric Pressure, Altitude

2. Maaari mong subaybayan ang mga parameter ng panahon sa itaas mula sa iyong Smartphone o mula sa web (ThingSpeak.com)

3. Ang buong circuit kasama ang suplay ng kuryente ay inilalagay sa loob ng isang naka-print na enclosure ng 3D.

4. Ang saklaw ng aparato ay pinahusay sa pamamagitan ng paggamit ng isang panlabas na antena ng 3dBi. Mga 100 metro ito.

Hakbang 1: Kinakailangan ang Mga Bahagi at Mga Tool

1. Wemos D1 Mini Pro (Amazon / Banggood)

2. TP 4056 Charging Board (Amazon / Aliexpress)

3. Diode (Aliexpress)

4. BME 280 sensor (Aliexpress)

5. Solar Panel (Banggood)

6. Perforated Board (Banggood)

7. Mga Screw Terminal (Banggood)

8. Mga standoff ng PCB (Banggood)

9. Li Ion Battery (Banggood)

10. Holder ng Baterya ng AA (Amazon)

11. 22 AWG wire (Amazon / Banggood)

12. Super Pandikit (Amazon)

13. Duct Tape (Amazon)

14. 3D filament filament -PLA (GearBest)

Mga Kagamitang Ginamit:

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

2. Panghinang na Bakal (Amazon)

3. Pandikit Gun (Amazon)

4. Wire Cutter / Stripper (Amazon)

Hakbang 2: Supply ng Kuryente

Ang aking plano ay upang mai-deploy ang istasyon ng Panahon sa isang malayong lugar (aking bahay-bukid). Upang patuloy na patakbuhin ang Weather Station, dapat mayroong isang tuluy-tuloy na supply ng kuryente kung hindi man gagana ang system. Ang pinakamahusay na paraan upang makapagbigay ng tuluy-tuloy na kapangyarihan sa circuit ay sa pamamagitan ng paggamit ng baterya. Ngunit pagkalipas ng ilang araw ay maubusan ang katas ng baterya, at ito ay isang talagang mahirap na trabaho upang pumunta doon at singilin ito. Kaya't isang solar charge circuit ay iminungkahi sa libreng enerhiya ng gumagamit mula sa araw upang singilin ang mga baterya at upang mapatakbo ang board ng Wemos. Gumamit ako ng 14450 Li-Ion na baterya sa halip na isang 18650 na baterya dahil sa mas maliit na laki nito. Ang laki ay kapareho ng isang baterya ng AA.

Ang baterya ay sisingilin mula sa isang Solar panel sa pamamagitan ng isang module ng pagsingil na TP4056. Ang module na TP4056 ay mayroong chip protection protection o walang protection chip. Inirerekumenda ko ang pagbili ng isang module na may kasamang chip ng proteksyon ng baterya na kasama.

Tungkol sa TP4056 Battery Charger

Ang module na TP4056 ay perpekto para sa pagsingil ng solong cell 3.7V 1 Ah o mas mataas na mga cell ng LiPo. Batay sa paligid ng TP4056 charger IC at DW01 baterya proteksyon IC ang module na ito ay mag-aalok ng 1000 mA kasalukuyang pagsingil pagkatapos ay putulin kapag tapos na ang pagsingil. Bukod dito, kapag ang boltahe ng baterya ay bumaba sa ibaba 2.4V ang proteksyon IC ay papatayin ang pagkarga upang maprotektahan ang cell mula sa ilalim ng boltahe. Pinoprotektahan nito laban sa labis na boltahe at baligtad na koneksyon ng polarity.

Hakbang 3: Pagsukat sa Data ng Panahon

Sa mga naunang araw, ang mga parameter ng panahon tulad ng temperatura sa paligid, kahalumigmigan, at presyon ng barometric ay sinusukat na may magkakahiwalay na mga instrumentong analog: thermometer, hygrometer, at barometer. Ngunit ngayon ang merkado ay binaha ng murang at mahusay na mga digital sensor na maaaring magamit upang masukat ang iba't ibang mga parameter ng kapaligiran. Ang pinakamahusay na mga halimbawa ay ang mga sensor tulad ng DHT11, DHT 22, BMP180, BMP280, atbp.

Sa proyektong ito, gagamit kami ng isang sensor na BMP 280.

BMP 280:

Ang BMP280 ay isang sopistikadong sensor na tumpak na sumusukat sa barometric pressure at temperatura na may makatwirang kawastuhan. Ang BME280 ay ang susunod na henerasyon ng mga sensor mula sa Bosch at ang pag-upgrade sa BMP085 / BMP180 / BMP183 - na may mababang ingay sa altitude na 0.25m at parehong oras ng pag-convert.

Ang bentahe ng sensor na ito ay maaari itong gumamit ng alinman sa I2C o SPI para sa komunikasyon sa microcontroller. Para sa simpleng madaling kable, imumungkahi kong bumili ng bersyon ng board ng I2C.

Hakbang 4: Paggamit ng isang Panlabas na Antenna (3dBi)

Ang board ng Wemos D1 mini Pro ay may isang nakapaloob na ceramic antena kasama ang probisyon para sa pagkonekta ng isang panlabas na antena upang mapabuti ang saklaw. Bago gamitin ang panlabas na antena, kailangan mong i-reroute ang signal ng antena mula sa built-in na ceramic antena, sa panlabas na socket. Maaari itong gawin sa pamamagitan ng pag-ikot ng maliit na mount mount (0603) Zero Ohm resistor (kung minsan ay tinatawag na isang link).

Maaari mong panoorin ang video na ito na ginawa ni Alex Eames upang paikutin ang zero ohm resistor.

Pagkatapos snap ang antena SMA konektor sa Wemos Pro mini antena slot.

Hakbang 5: Maghinang ng Mga Header

Ang mga module ng Wemos ay may iba't ibang mga header ngunit kailangan mo itong maghinang ayon sa iyong kinakailangan.

Para sa proyektong ito, 1. Ihihinang ang dalawang lalaking header sa Wemos D1 pro mini board.

2. Maghinang ng isang 4 pin male header sa module na BMP 280.

Matapos ang paghihinang ng mga header ang module ay titingnan tulad ng ipinakita sa larawan sa itaas.

Hakbang 6: Pagdaragdag ng Mga Header at Terminal

Susunod na hakbang ay paghihinang ng mga header sa butas na board.

1. Una, ilagay ang board ng Wemos sa butas na butas at markahan ang bakas ng paa. Pagkatapos ay paghihinang ang dalawang hilera ng mga babaeng header sa minarkahang posisyon.

2. Pagkatapos ay maghinang ng 4 na pin na mga header ng babae tulad ng ipinakita sa larawan.

3. Mga terminal ng solder screw para sa koneksyon ng baterya.

Hakbang 7: I-mount ang Board ng Pagsingil:

Idikit ang isang maliit na piraso ng double-sided tape sa likurang bahagi ng module ng pagsingil at pagkatapos ay i-paste ito sa butas na butas ng board tulad ng ipinakita sa larawan. Sa panahon ng pag-mounting pag-aalaga ay dapat gawin upang ihanay ang board sa isang paraan na ang mga butas ng paghihinang ay tutugma sa mga butas na butas na board.

Pagdaragdag ng terminal para sa Solar Panel

Maghinang ng isang terminal ng tornilyo malapit lamang sa micro USB port ng singilin na board.

Maaari mong solder ang terminal na ito sa mas maagang hakbang din.

Hakbang 8: Diagram ng Mga Kable

Una kong pinutol ang maliliit na piraso ng magkakaibang mga kulay ng mga wire at alisin ang pagkakabukod sa magkabilang dulo.

Pagkatapos ay hinihinang ko ang mga wire alinsunod sa diagram ng Skema tulad ng ipinakita sa larawan sa itaas.

Wemos -> BME 280

3.3 V - -> Vin

GND GND

D1 SCL

D2 SDA

Koneksyon sa TP4056

Terminal ng Solar Panel -> + at - malapit sa micro USB port

Terminal ng Baterya -> B + at B-

5V at GND ng Wemos -> Out + at Out-

Tandaan: Ang diode na konektado sa solar panel (ipinapakita sa eskematiko) ay hindi kinakailangan dahil ang module na TP4056 ay may built diode sa input.

Hakbang 9: Pagdidisenyo ng Enclosure

Ito ang pinaka-matagal na hakbang para sa akin. Gumugol ako ng halos 4 na oras upang idisenyo ang enclosure. Gumamit ako ng Autodesk Fusion 360 upang idisenyo ito. Ang enclosure ay may dalawang bahagi: Pangunahing Katawan at Pangharap na Takip

Ang pangunahing katawan ay karaniwang dinisenyo upang magkasya sa lahat ng mga bahagi. Maaari itong tumanggap ng mga sumusunod na sangkap

1. 50x70mm circuit board

2. May hawak ng baterya ng AA

3. 85.5 x 58.5 x 3 mm Solar Panel

4. 3dBi panlabas na antena

I-download ang.stl na mga file mula sa Thingiverse

Hakbang 10: Pag-print sa 3D

Matapos makumpleto ang disenyo, oras na upang i-print ng 3D ang enclosure. Sa Fusion 360 maaari kang mag-click sa gumawa at hatiin ang modelo sa pamamagitan ng paggamit ng isang slicer software. Ginamit ko si Cura upang hatiin ang modelo.

Gumamit ako ng isang printer ng Anet A8 3D at 1.75 mm berdeng PLA upang mai-print ang lahat ng mga bahagi ng katawan. Inabot ako ng halos 11 oras upang mai-print ang pangunahing katawan at mga 4 na oras upang mai-print ang takip sa harap.

Masidhing inirerekumenda ko ang paggamit ng isa pang printer para sa iyo na ang Creality CR - 10. Ngayon isang mini bersyon ng CR-10 ay magagamit din. Ang mga printer ng Creality ay isa sa aking paboritong 3D Printer.

Bilang bago ako sa pagdidisenyo ng 3D, ang aking disenyo ay hindi maasahin sa mabuti. Ngunit sigurado ako, ang enclosure na ito ay maaaring gawin sa pamamagitan ng paggamit ng mas kaunting materyal (mas kaunting oras ng pag-print). Susubukan kong pagbutihin ang disenyo sa paglaon.

Ang aking mga setting ay:

Bilis ng pag-print: 40 mm / s

Taas ng Layer: 0.2

Punan ang Density: 15%

Temperatura ng Extruder: 195 deg C

Bed Temp: 55 deg C

Hakbang 11: Pag-install ng Solar Panel at Baterya

Maghinang ng 22 AWG na pulang kawad sa positibong terminal at itim na kawad sa negatibong terminal ng Solar panel.

Ipasok ang dalawang mga wire sa mga butas sa bubong ng pangunahing katawan ng enclosure.

Gumamit ng sobrang pandikit upang ayusin ang Solar Panel at pindutin ito ng kaunting oras para sa wastong pagbubuklod.

I-seal ang mga butas mula sa loob sa pamamagitan ng paggamit ng mainit na pandikit.

Pagkatapos ay ipasok ang may hawak ng baterya sa puwang sa ilalim ng enclosure.

Hakbang 12: Pag-install ng Antenna

Alisan ng takip ang mga mani at washer sa konektor ng SMA.

Ipasok ang konektor ng SMA sa mga butas na ibinigay sa enclosure. Tingnan ang imahe sa itaas.

Pagkatapos higpitan ang nut kasama ang mga washers.

Ngayon i-install ang antena sa pamamagitan ng maayos na pagkakahanay sa konektor ng SMA.

Hakbang 13: Pag-install ng Circuit Board

I-mount ang mga standoff sa 4 na sulok ng circuit board.

Mag-apply ng sobrang pandikit sa 4 na puwang sa enclure. Sumangguni sa larawan sa itaas.

Pagkatapos ay ihanay ang standoff sa 4 na puwang at ilagay ito. iwanan ang ilan upang matuyo ito.

Hakbang 14: Isara ang Front Cover

Matapos i-print ang front cover, maaaring hindi ito perpektong magkasya sa pangunahing katawan ng enclosure. Kung ito ang kaso, buhangin lamang ito sa mga gilid sa pamamagitan ng paggamit ng isang papel na buhangin.

I-slide ang takip sa harap sa mga puwang sa pangunahing katawan.

Upang ma-secure ito, gumamit ng duct tape sa ibaba.

Hakbang 15: Programming

Upang magamit ang Wemos D1 sa Arduino library, kakailanganin mong gamitin ang Arduino IDE na may suporta sa board ng ESP8266. Kung hindi mo pa nagagawa iyan, madali mong mai-install ang suporta ng Board ng ESP8266 sa iyong Arduino IDE sa pamamagitan ng pagsunod sa tutorial na ito ng Sparkfun.

Mas gusto ang mga sumusunod na setting:

Dalas ng PU: 80MHz 160MHz

Laki ng Flash: 4M (3M SPIFFS) - 3M Laki ng system ng file 4M (1M SPIFFS) - Laki ng system ng 1M File

Bilis ng Pag-upload: 921600 bps

Arduino Code para sa Blynk App:

Sleep Mode:

Ang ESP8266 ay isang medyo kagutuman aparato. Kung nais mong tumakbo ang iyong proyekto ng isang baterya nang higit sa ilang oras, mayroon kang dalawang mga pagpipilian:

1. Kumuha ng isang malaking baterya

2. Matalinong pinatulog ang Bagay.

Ang pinakamahusay na pagpipilian ay ang pangalawang pagpipilian. Bago gamitin ang tampok na malalim na pagtulog, ang Wemos D0 pin ay dapat na konektado sa Reset pin.

Kredito: Iminungkahi ito ng isa sa gumagamit ng Instructables na "tim Row74".

Higit pang Pagpipilian sa Pag-save ng Lakas:

Ang Wemos D1 Mini ay may isang maliit na LED na ilaw kapag ang board ay pinalakas. Gumugugol ito ng maraming lakas. Kaya hilahin lamang ang LED na iyon sa board gamit ang isang pares ng pliers. Marahas na ihuhulog nito ang kasalukuyang pagtulog.

Ngayon ang aparato ay maaaring tumakbo nang mahabang panahon sa isang solong baterya ng Li-Ion.

#define BLYNK_PRINT Serial // Komento ito upang hindi paganahin ang mga kopya at makatipid ng puwang # isama ang # isama

# isama ang "Nakikita_BME280.h" # isama ang BME280 bme280; // Dapat kang makakuha ng Auth Token sa Blynk App. // Pumunta sa Mga Setting ng Proyekto (icon ng nut). char auth = "3df5f636c7dc464a457a32e382c4796xx"; // Ang iyong mga kredensyal sa WiFi. // Itakda ang password sa "" para sa mga bukas na network. char ssid = "SSID"; pass pass = "PASS WORD"; void setup () {Serial.begin (9600); Blynk.begin (auth, ssid, pass); Serial.begin (9600); kung (! bme280.init ()) {Serial.println ("Error sa aparato!"); }} void loop () {Blynk.run (); // get and print temperature float temp = bme280.getTemperature (); Serial.print ("Temp:"); Serial.print (temp); Serial.println ("C"); // Ang yunit para sa Celsius dahil ang orihinal na arduino ay hindi sumusuporta sa mga simbolikong simbolo na Blynk.virtualWrite (0, temp); // virtual pin 0 Blynk.virtualWrite (4, temp); // virtual pin 4 // get and print atmospheric pressure data float pressure = bme280.getPressure (); // pressure sa Pa float p = pressure / 100.0; // pressure sa hPa Serial.print ("Pressure:"); Serial.print (p); Serial.println ("hPa"); Blynk.virtualWrite (1, p); // virtual pin 1 // get and print altitude data float altitude = bme280.calcAltitude (pressure); Serial.print ("Altitude:"); Serial.print (altitude); Serial.println ("m"); Blynk.virtualWrite (2, altitude); // virtual pin 2 // makakuha at mai-print ang data ng kahalumigmigan lumulutang halumigmig = bme280.getHumidity (); Serial.print ("Humidity:"); Serial.print (halumigmig); Serial.println ("%"); Blynk.virtualWrite (3, halumigmig); // virtual pin 3 ESP.deepS Sleep (5 * 60 * 1000000); // deepS Sleep time ay tinukoy sa microseconds. }

Hakbang 16: I-install ang Blynk App at Library

Ang Blynk ay isang app na nagbibigay-daan sa ganap na kontrol sa Arduino, Rasberry, Intel Edison, at marami pang hardware. Ito ay katugma sa parehong Android at iPhone. Sa ngayon ang Blynk app ay magagamit nang walang gastos.

Maaari mong i-download ang app mula sa sumusunod na link

1. Para sa Android

2. Para sa Iphone

Pagkatapos i-download ang app, na-install ito sa iyong smartphone.

Pagkatapos ay kailangan mong i-import ang library sa iyong Arduino IDE.

I-download ang Library

Kapag pinatakbo mo ang app sa kauna-unahang pagkakataon, kailangan mong mag-sign in - upang maglagay ng isang email address at password. I-click ang "+" sa kanang tuktok ng display upang lumikha ng isang bagong proyekto. Pagkatapos ay pangalanan ito.

Piliin ang target na hardware na "ESP8266" Pagkatapos ay i-click ang "E-mail" upang maipadala ang token ng auth sa iyong sarili - kakailanganin mo ito sa code

Hakbang 17: Gawin ang Dash Board

Ang Dashboard ay binubuo ng iba't ibang mga widget. Upang magdagdag ng mga widget sundin ang mga hakbang sa ibaba:

I-click ang "Lumikha" upang ipasok ang pangunahing screen ng Dashboard.

Susunod, pindutin muli ang "+" upang makuha ang "Widget Box"

Pagkatapos ay i-drag ang 4 Gauges.

Mag-click sa mga graph, magpa-pop up ito ng isang menu ng mga setting tulad ng ipinakita sa itaas.

Kailangan mong baguhin ang pangalang "Temperatura", Piliin ang Virtual Pin V1, pagkatapos ay baguhin ang saklaw mula 0 -50. Katulad nito, gawin para sa iba pang mga parameter.

Panghuli, i-drag ang isang graph at ulitin ang parehong pamamaraan tulad ng sa mga setting ng gauge. Ang huling larawan ng dashboard ay ipinapakita sa larawan sa itaas.

Maaari mong baguhin ang kulay din sa pamamagitan ng pag-click sa icon ng bilog sa kanang bahagi ng Pangalan.

Hakbang 18: Pag-upload ng Data ng Sensor sa ThingSpeak

Una, lumikha ng isang account sa ThingSpeak.

Pagkatapos ay lumikha ng isang bagong Channel sa iyong ThingSpeak account. Maghanap Paano Gumawa ng isang Bagong Channel

Punan ang Patlang 1 bilang Temperatura, Patlang 2 bilang Humidity at Field 3 bilang presyon.

Sa iyong ThingSpeak account piliin ang "Channel" at pagkatapos ay ang "Aking Channel".

Mag-click sa iyong pangalan ng channel.

Mag-click sa tab na "Mga Key ng API" at kopyahin ang "Isulat ang API Key"

Buksan ang Solar_Weather_Station_ThingSpeak code. Pagkatapos isulat ang iyong SSID at Password.

Palitan ang "WRITE API" ng nakopya na "Sumulat ng API Key".

Kinakailangan Library: BME280

Kredito: Ang code na ito ay hindi ko isinulat. Nakuha ko ito mula sa link na ibinigay sa isang video sa YouTube ni plukas.

Hakbang 19: Pangwakas na Pagsubok

Ilagay ang aparato sa sikat ng araw, ang pula na humantong sa TP 4056 charger module ay naiilawan.

1. Pagsubaybay sa Blynk App:

Buksan ang proyekto ng Blynk. Kung ang lahat ay Ok, mapapansin mo na ang gauge ay mabubuhay at ang graph ay magsisimulang magbalak ng data ng temperatura.

2. Pagsubaybay sa ThingSpeak:

Una, buksan ang iyong Thingspeak Chanel.

Pagkatapos ay pumunta sa tab na "Pribadong Pagtingin" o tab na "Public View" upang makita ang Mga Tsart ng Data.

Salamat sa pagbabasa ng aking Instructable.

Kung gusto mo ang aking proyekto, huwag kalimutang ibahagi ito.

Unang Gantimpala sa Microcontroller Contest 2017