Raspberry Pi Solar Weather Station: 7 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Pinasigla ng pagkumpleto ng aking dalawang nakaraang proyekto, ang Compact Camera at Portable Games Console, nais kong makahanap ng isang bagong hamon. Ang natural na pag-unlad ay isang panlabas na remote system …

Nais kong bumuo ng isang istasyon ng panahon ng Raspberry Pi na napapanatili ang sarili nito sa grid at ipadala sa akin ang mga resulta sa pamamagitan ng isang wireless na koneksyon, mula sa kahit saan! Ang proyektong ito ay talagang nagkaroon ng mga hamon, ngunit sa kabutihang palad ay pinapagana ang Raspberry Pi ay isa sa mga pangunahing hamon na napadali sa pamamagitan ng paggamit ng PiJuice bilang isang supply ng kuryente na may idinagdag na suportang solar (kumpleto sa aming rebolusyonaryong teknolohiya ng PiAnywhere - ang pinakamahusay na paraan upang alisin ang iyong Pi sa grid!).

Ang Aking Paunang naisip ay ang paggamit ng kamangha-manghang module ng AirPi upang kumuha ng mga pagbasa. Gayunpaman, ito ay mayroong dalawang pangunahing mga sagabal; nangangailangan ito ng isang direktang koneksyon sa internet upang mai-upload ang mga resulta at kailangan itong ikonekta nang direkta sa GPIO sa Pi na nangangahulugang hindi ito mailantad sa hangin nang hindi inilalantad din ang Raspberry Pi (hindi mainam kung nais natin ang istasyong ito ng panahon na huling ng anumang haba ng oras).

Ang solusyon … bumuo ng aking sariling module ng sensing! Gamit ang karamihan sa AirPi para sa inspirasyon nakapagpagsama ako ng isang napaka-simpleng prototype gamit ang ilang sensor na mayroon na ako; temperatura, halumigmig, antas ng ilaw at pangkalahatang mga gas. At ang dakilang bagay tungkol dito ay talagang madali itong magdagdag ng higit pang mga sensor sa anumang oras.

Nagpasya akong gumamit ng isang Raspberry Pi a + pangunahin dahil sa mababang paggamit ng kuryente. Upang maipadala sa akin ang mga resulta ginamit ko ang EFCom Pro GPRS / GSM module, na maaaring magpadala ng isang teksto nang diretso sa aking mobile phone na may mga resulta! Medyo maayos di ba?

Natutuwa akong dito sa anumang mga ideya na mayroon ka para sa iba pang mahusay na solar o portable na mga proyekto. Ipaalam sa akin sa mga komento at gagawin ko ang aking makakaya upang lumikha ng isang tutorial!

Hakbang 1: Mga Bahagi

1 x PiJuice + Solar Panel (kumpleto sa aming rebolusyonaryong teknolohiya ng PiAnywhere - ang pinakamahusay na paraan upang alisin ang iyong Pi mula sa grid!)

1 x Raspberry Pi a +

1 x EFCom Pro GPRS / GSM Module

1 x Sim Card

1 x Lupong Tinapay

Protoboard

1 x MCP3008 ADC

1 x LDR

1 x LM35 (Temperatura Sensor)

1 x DHT22 (Sensor ng Humidity)

1 x TGS2600 Pangkalahatang sensor ng Kalidad ng Hangin

1 x 2.2 KΩ Resistor

1 x 22 KΩ Resistor

1 x 10 KΩ Resistor

10 x Babae - Mga wire ng Babae na Jumper

Assortment ng solong gauge wire

1 x Single sa Labas na Junction Box

1 x Double sa Labas na Junction Box

1 x Hindi Kinakailangan na Cable Connector

2 x 20mm Semi Blind Cable Grommets

Hakbang 2: Sensing Circuit

Mayroong ilang iba't ibang mga elemento sa proyektong ito, kaya pinakamahusay na gawin ang lahat sa mga hakbang. Una ay dadaan ako sa kung paano pagsamahin ang sensing circuit.

Magandang ideya na itayo muna ito sa isang board ng tinapay, kung sakaling magkamali ka, nagsama ako ng isang diagram ng circuit at sunud-sunod na mga larawan, na tinutukoy.

1. Ang unang sangkap upang makakuha ng wired up ay ang MCP3008 na analogue na ito sa digital converter. Maaari itong tumagal ng hanggang sa 8 mga analogue input at nakikipag-usap sa Raspberry Pi sa pamamagitan ng SPI. Sa harap ng maliit na tilad, at ang semi-bilog na hiwa sa dulo na pinakamalayo sa iyo, ang mga pin sa kanan ay kumonekta sa Raspberry Pi. Ikonekta ang mga ito tulad ng ipinakita. Kung nais mong malaman ng kaunti pa tungkol sa kung paano gumagana ang maliit na tilad narito ang isang mahusay na gabay sa MCP3008 at sa SPI protocol.
2. Ang mga pin sa kaliwa ay ang 8 Mga input ng analog, na may bilang na 0-7 mula sa itaas pababa. Gagamitin lamang namin ang unang 3 (CH0, CH1, CH2), para sa LDR, ang pangkalahatang sensor ng gas (TGS2600) at ang sensor ng temperatura (LM35). Una ikonekta ang LDR tulad ng ipinakita sa diagram. Ang isang gilid sa lupa at ang isa sa 3.3V sa pamamagitan ng isang resistensya na 2.2KΩ at CH0.
3. Susunod, ikonekta ang "pangkalahatang sensor ng gas". Ang gas sensor na ito ay ginagamit para sa pagtuklas ng mga kontaminadong hangin tulad ng hydrogen at carbon monoxide. Hindi ko pa nagagawa kung paano makakuha ng mga tukoy na konsentrasyon, kaya sa ngayon ang resulta mula sa sensor na ito ay isang pangunahing antas ng porsyento, kung saan 100% ang buong puspos. Sa nakaharap ang sensor (mga pin sa ilalim), ang pin na direkta sa kanan ng maliit na outcrop ay pin 1 at pagkatapos ay tataas ang mga numero ng pakanan sa paligid ng pin. Kaya ang mga pin 1 at 2 ay kumonekta sa 5V, ang pin 3 ay kumokonekta sa CH1 at ground sa pamamagitan ng isang resistor na 22KΩ at ang pin4 ay kumokonekta diretso sa lupa.
4. Ang pangwakas na sensor ng analogue upang kumonekta ay ang sensor ng temperatura ng LM35. Mayroon itong 3 mga pin. Kunin ang sensor upang ang patag na bahagi ay pinakamalapit sa iyo, ang kaliwang pinaka-pin ay kumokonekta diretso sa 5V (hindi minarkahan sa diagram, ang aking masama!), Ang center pin ay kumokonekta sa CH2 at ang tamang pinaka pin ay nag-uugnay diretso sa lupa. Madali!
5. Ang huling sangkap na kumonekta ay DHT22 kahalumigmigan sensor. Ito ay isang digital sensor kaya maaaring maiugnay nang diretso sa Raspberry Pi. Kunin ang sensor kasama ang grid na nakaharap sa iyo at ang apat na mga pin sa ilalim. Inorder ang mga pin mula 1 sa kaliwa. Ikonekta ang 1 sa 3.3V. Ang Pin 2 ay pupunta sa GPIO4 at 3.3V sa pamamagitan ng isang resistor na 10KΩ. Iwanan ang pin 3 na naka-disconnect at ang pin 4 ay dumidiretso sa lupa.

Ayan yun! Ang test circuit ay naitayo na. Inaasahan kong magdagdag ng higit pang mga sangkap kapag may oras ako. Nais kong magdagdag ng isang sensor ng presyon, isang sensor ng bilis ng hangin at nais kong makakuha ng mas matalinong data sa mga konsentrasyon ng gas.

Hakbang 3: Module ng GSM

Ngayon na binuo ang mga sensing circuit, kailangang magkaroon ng isang paraan ng pagtanggap ng mga resulta. Doon papasok ang module ng GSM. Gagamitin namin ito upang maipadala ang mga resulta sa cellular network sa isang SMS, isang beses sa isang araw.

Ang module ng GSM ay nakikipag-usap sa Raspberry Pi sa pamamagitan ng serial gamit ang UART. Narito ang ilang mahusay na impormasyon sa serial na komunikasyon sa Raspberry Pi. Upang makontrol ang serial port ng Pi kailangan naming gumawa muna ng ilang pagsasaayos.

I-boot ang iyong Raspberry Pi gamit ang isang karaniwang Larawan ng Raspbian. Ngayon baguhin ang file na "/boot/cmdline.txt" mula sa:

"dwc_otg.lpm_enable = 0 console = ttyAMA0, 115200 kgdboc = ttyAMA0, 115200 console = tty1 root = / dev / mmcblk0p2 rootfstype = ext4 elevator = deadline rootwait"

sa:

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

sa pamamagitan ng pag-alis ng salungguhit na seksyon ng teksto.

Pangalawa, kailangan mong i-edit ang file na "/ etc / inittab", sa pamamagitan ng pagbibigay ng puna sa pangalawang linya sa sumusunod na seksyon:

#Spawn a getty on Raspberry Pi serial lineT0: 23: respawn: / sbin / getty -L ttyAMA0 115200 vt100"

Upang mabasa ito:

#Spawn a getty on Raspberry Pi serial line # T0: 23: respawn: / sbin / getty -L ttyAMA0 115200 vt100

at i-reboot ang Pi. Ngayon ang serial port ay dapat na libre upang makipag-usap sa nais mo. Panahon na upang i-wire ang module ng GSM. Tingnan ang circuit diagram sa nakaraang hakbang at ang mga larawan sa itaas upang makita kung paano ito tapos. Talaga, ang TX ay konektado sa RX at ang RX ay konektado sa TX. Sa Raspberry Pi TX at RX ay GPIO 14 at 15 ayon sa pagkakabanggit.

Ngayon, malamang na nais mong suriin na gumagana ang module, kaya't subukan nating magpadala ng isang teksto! Para sa mga ito kailangan mong i-download ang Minicom. Ito ay isang programa na nagbibigay-daan sa iyo upang sumulat sa serial port. Gumamit ng:

"sudo apt-get install minicom"

Kapag na-install na ang minicom ay maaaring buksan sa sumusunod na utos:

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

Ang 9600 ay ang baud-rate at / dev / ttyAMA0 ang pangalan ng serial port ng Pi. Bubuksan nito ang isang terminal emulator kung saan ang anumang isulat mo ay lilitaw sa serial port, ibig sabihin ay ipapadala sa module ng GSM.

Ipasok ang iyong na-top up na sim card sa module ng GSM at pindutin ang power button. Pagkatapos nito ay dapat na dumating ang isang asul na humantong. Gumagamit ang module ng GSM ng set ng utos ng AT, narito ang dokumentasyon kung interesado ka talaga. Ngayon sinusuri namin na nakita ng Raspberry Pi ang module na may sumusunod na utos:

"AT"

ang module ay dapat na tumugon sa:

"OK"

Malaki! Pagkatapos ay kailangan naming i-configure ang module upang magpadala ng isang SMS bilang teksto sa halip na binary:

"AT + CMGF = 1"

muli ang sagot ay dapat na "OK". Sinusulat namin ngayon ang utos na magpadala ng isang SMS:

"AT + CMGS =" 44 ************* "", palitan ang mga bituin ng iyong numero.

Ang modem na may tumutugon sa ">" pagkatapos ay maaari kang magsulat sa iyo ng mensahe. Upang maipadala ang mensahe pindutin. Iyon lang, at sa anumang swerte nakatanggap ka lang ng isang text na diretso mula sa iyong iyong Raspberry Pi.

Ngayon na alam namin na gumagana ang module ng GSM maaari mong isara ang minicom; hindi namin kailangan ito para sa natitirang proyekto.

Hakbang 4: I-download ang Software at Dry Run

Sa pamamagitan ng yugtong ito ang lahat dapat ang lahat ay wired up at handa na upang subukan para sa isang dry run. Nagsulat ako ng isang medyo simpleng programa ng sawa na kukuha ng mga pagbabasa mula sa bawat sensor at pagkatapos ay ipadala ang mga resulta sa iyong mobile phone. Maaari mong i-download ang buong programa mula sa pahina ng PiJuice Github. Ngayon ay maaari ding maging isang magandang oras upang subukan sa module na PiJuice. Ito ay naka-plug lamang sa GPIO ng Raspberry Pi, ang lahat ng mga wire na nakakonekta sa Pi ay naka-plug diretso lamang sa kaukulang pin na pin sa PiJuice. Madali kasing Pi. Upang mai-download ang code gamitin ang utos:

git clone

Naka-set up ito upang magpadala ng data minsan sa isang araw. Para sa mga layuning pagsubok ay hindi ito mahusay, kaya baka gusto mong i-edit ang programa. Madali itong magagawa; buksan lamang ang file; "sudo nano weatherstation.py". Malapit sa tuktok mayroong isang seksyong "itakda ang pagkaantala". I-puna ang linya na "antala = 86400" at i-un-puna ang "pagkaantala = 5". Ngayon ang mga resulta ay ipapadala isang beses bawat 5 segundo. Gusto mo ring baguhin ang programa upang maglaman ito ng iyong sariling numero ng mobile. Hanapin kung saan nagsasabing "+44 *********" at palitan ang mga bituin ng iyong sariling numero.

Bago mo patakbuhin ang programa kakailanganin mo lamang na mag-download ng isang silid-aklatan para sa pagbabasa ng sensor ng kahalumigmigan ng DHT22:

git clone

At kailangang mai-install ang silid-aklatan:

"cd Adafruit_Python_DHT"

"sudo apt-get update"

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

"sudo python setup.py install"

Cool, ngayon ay maaari mong subukan ang programa.

"sudo python weatherstation.py"

Habang tumatakbo ang programa ang mga resulta ay dapat na maipadala sa iyong mobile ngunit naka-print din sa terminal bawat 5 segundo.

Hakbang 5: Buuin ang Circuit

Ngayon na gumagana ang lahat sa pagsasanay, oras na upang buuin ang totoong bagay. Ipinapakita ng mga larawan ang pangkalahatang ideya kung paano magkakasama ang buong unit. Mayroong dalawang magkakahiwalay na mga yunit ng pabahay; isa para sa sensing circuit (na magkakaroon ng mga butas upang pahintulutan ang hangin na paikutin sa loob) at isa para sa Raspberry Pi, unit ng GPRS at PiJuice, (ganap na walang tubig) ang solar panel ay mai-wire sa computing unit na may isang masikip na kantong. Ang dalawang mga yunit ay maaaring pagkatapos ay madaling hiwalayin upang ang alinman sa pabahay ng sensor o ang pabahay sa computing ay maaaring alisin nang hindi kinakailangang alisin ang buong yunit. Mahusay ito kung nais mong magdagdag ng higit pang mga sensor o kung kailangan mo ng iyong Raspberry Pi o PiJuice para sa isa pang proyekto.

Kakailanganin mong basagin ang protoboard upang magkasya sa loob ng mas maliit sa dalawang mga kahon ng kantong. Dito nakalagay ang sensing circuit. Ang sensing circuit ay inililipat ngayon mula sa breadboard patungo sa protoboard. Ngayon kakailanganin mong gumawa ng ilang paghihinang. Tiyaking komportable ka sa ligtas na paggamit ng isang soldering iron. Kung hindi ka sigurado, pagkatapos ay humingi ng tulong ng isang tao na isang may kakayahang maghinang.

Maraming salamat kay Patrick sa lab dito, na nagligtas sa akin mula sa paggawa ng isang tunay na hash ng circuit na ito. Nagawa niya itong kumatok nang magkasama sa loob ng ilang minuto! Kung, tulad ng sa akin, hindi ka pinakamahusay na isang circuit ng gusali, at wala kang isang henyo tulad ni Patrick na handang tulungan ka, pagkatapos ay palagi mong maiiwan ang circuit sa isang breadboard, hangga't umaangkop ito sa iyong de-koryenteng kahon.

Hakbang 6: Paghahanda ng Mga Yunit ng Pabahay

Ang bahaging ito ay kung saan talagang nakakatuwa. Maaaring napansin mo ang mga singsing sa bawat kahon. Ang mga ito ay idinisenyo upang maituktok upang ang mga kahon ay maaaring maging mga kantong para sa mga electrics. Gagamitin namin sila upang kumonekta sa pagitan ng sensing unit at ng computing unit, para sa pagkonekta sa solar panel at pati na rin bilang bentilasyon para sa sensing unit upang payagan ang sirkulasyon ng hangin.

Ituktok muna ang isang butas sa bawat kahon para sa koneksyon sa pagitan ng dalawa, tulad ng nakikita sa mga larawan. Ang pagkakatok sa mga butas ay maaaring maging mahirap gawin nang maayos, ngunit hindi mahalaga ang isang magaspang na gilid. Natagpuan ko ang pinakamahusay na pamamaraan ay ang paggamit ng isang driver ng tornilyo upang unang matusok ang singsing na naka-indent sa paligid ng bawat butas, at pagkatapos ay i-pry ito tulad ng isang takip ng lata ng pintura. Ang konektor ng hindi tinatagusan ng tubig na cable ay ginagamit upang ikonekta ang dalawang kahon.

Pagkatapos ay kakailanganin mong gumawa ng isa pang butas sa pabahay ng computing para sa solar panel wire. Ang butas na ito ay pagkatapos ay naka-plug sa isa sa iyong mga semi blind grommet ng cable. Bago mo ilagay ang grommet sa butas ng isang butas dito upang dumaan ang cable. Kailangan itong maging maliit hangga't maaari upang mapanatili itong walang tubig, pagkatapos ay itulak ang micro usb sa butas (ito ang dulo na kumonekta sa PiJuice).

Sa wakas ang isang labis na butas ay kailangang gawin sa sensing unit upang payagan ang hangin na makapasok at makalabas. Nagpasya akong pumunta para sa kabuuan nang direkta sa tapat ng kantong sa pagitan ng dalawang kahon. Maaaring kailanganin upang magdagdag ng isang pangalawang butas. Hulaan natin malalaman natin pagkatapos ng ilang oras gamit ang istasyon ng panahon.

Hakbang 7: Pag-kable at Pagtatapos ng Weather Station

Tama, halos doon. Ang pangwakas na yugto ay upang i-wire ang lahat.

Simula sa computing unit. Sa kahon na ito mayroon kaming Raspberry Pi, The PiJuice na kumokonekta sa Raspberry Pi GPIO at ang module ng GSM na kumokonekta sa breakout ng GPIO sa PiJuice sa pamamagitan ng mga pambabae hanggang sa mga wires ng jumper. Maganda at masikip! sa yugtong ito marahil ay pinapayuhan ko ang paglalagay ng ilang uri ng sealer sa paligid ng entry point para sa USB cable para sa solar panel. Ang ilang uri ng dagta, o superglue ay maaaring gumana.

Pagkatapos ay lumipat sa unit ng sensing. Sa larawan, mula sa itaas hanggang sa ibaba, ang mga wire ay; kulay abo, puti, lila at asul ang mga linya ng data ng SPI, itim ang lupa, orange ay 3.3V, pula ay 5V at berde ay GPIO 4. Kakailanganin mong makahanap ng mga jumper wires upang kumonekta sa mga ito at pagkatapos ay pakainin sila sa pamamagitan ng hindi tinatagusan ng tubig na cable konektor tulad ng nakikita sa mga litrato. Pagkatapos ang bawat kawad ay maaaring konektado sa kaukulang GPIO at ang konektor ay maaaring higpitan. Sa yugtong ito madaling makita kung paano mapabuti ang disenyo; ang LDR ay hindi mailalantad sa napakaraming ilaw (kahit na maaaring maging kapaki-pakinabang upang malaman ang mga kamag-anak na halaga, at ang pagtuktok ng isang labis na butas ay maaaring makatulong), sa palagay ko mas mahusay na gamitin ang parehong sukat ng computing unit kahon para sa sensing unit din, kung gayon mas madali ang pagpasok sa circuit board sa kahon at magkakaroon ng silid upang maglaro na may iba't ibang mga kaayusan.

Inilagay ko ito sa hardin ngayon, tulad ng nakikita mo sa mga larawan. Sana sa mga susunod na araw makakapag-post din ako ng ilang mga resulta! At tulad ng sinabi ko kanina, kung mayroon kang anumang mga ideya para sa ilang mga cool na proyekto, ipaalam sa akin!