Kompletní DIY meteorologická stanice Raspberry Pi se softwarem: 7 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Koncem února jsem viděl tento příspěvek na webu Raspberry Pi.

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

Vytvořili meteorologické stanice Raspberry Pi pro školy. Úplně jsem jeden chtěl! Ale v té době (a věřím, že ještě v době psaní tohoto článku) nejsou veřejně dostupné (musíte být ve vybrané skupině testerů). Chtěl jsem dál a nechtělo se mi střílet stovky dolarů za stávající systém třetí strany.

Takže jako správný uživatel s instrukcemi jsem se rozhodl vytvořit si vlastní !!!

Udělal jsem malý průzkum a našel jsem pár dobrých komerčních systémů, ze kterých bych mohl vycházet. Našel jsem několik dobrých instrukcí, které vám pomohou s některými koncepty Sensor nebo Raspberry PI. Dokonce jsem našel tento web, který byl zaplacený špínou, zbourali stávající systém Maplin:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Rychle vpřed asi měsíc a mám základní pracovní systém. Toto je kompletní meteorologický systém Raspberry Pi se základním hardwarem Raspberry Pi, kamerou a některými různými analogovými a digitálními senzory pro provádění našich měření. Žádné nákupy předem vyrobených anemometrů nebo srážkoměrů, vyrábíme si vlastní! Zde jsou jeho funkce:

• Zaznamenává informace do RRD a CSV, takže je lze manipulovat nebo exportovat/importovat do jiných formátů.
• Používá API Weather Underground k získání skvělých informací, jako jsou historické maxima a minima, fáze měsíce a východ/západ slunce.
• Používá kameru Raspberry Pi k pořizování snímků jednou za minutu (pomocí nich pak můžete vytvářet časové prodlevy).
• Má webové stránky, které zobrazují data pro aktuální podmínky a některé historické (poslední hodina, den, 7 dní, měsíc, rok). Motiv webu se mění s denní dobou (4 možnosti: východ, západ, den a noc).

Veškerý software pro záznam a zobrazování informací je v Githubu, dokonce jsem provedl nějaké sledování chyb a také požadavky na funkce:

github.com/kmkingsbury/raspberrypi-weather…

Tento projekt pro mě byl skvělým studijním zážitkem, musel jsem se ponořit do schopností Raspberry Pi, zejména s GPIO, a také jsem narazil na některé body bolesti učení. Doufám, že se vy, čtenáři, můžete poučit z některých mých zkoušek a soužení.

Krok 1: Materiály

Elektronika:

• 9 jazýčkových spínačů (8 pro směr větru, 1 pro dešťový měřič, volitelně 1 pro rychlost větru místo Hallova senzoru), použil jsem tyto:
• 1 Hallův senzor (pro rychlost větru, nazývaný anemometr) -
• Teplota (https://amzn.to/2RIHf6H)
• Vlhkost (spousta snímačů vlhkosti je dodávána s teplotním čidlem), použil jsem DHT11:
• Tlak (BMP přišel také s teplotním čidlem), použil jsem BMP180, https://www.adafruit.com/product/1603, tento produkt je nyní ukončen, ale existuje ekvivalent s BMP280 (https://amzn.to/2E8nmhi)
• Fotorezistor (https://amzn.to/2seQFwd)
• GPS čip nebo USB GPS (https://amzn.to/36tZZv3).
• 4 silné magnety (2 pro anemometr, 1 pro směr, 1 pro dešťový měřič), použil jsem magnety vzácných zemin, vysoce doporučeno) (https://amzn.to/2LHBoKZ).
• Několik různých rezistorů, mám tento balíček, který se postupem času ukázal jako velmi užitečný:

• MCP3008 - převod analogových na digitální vstupy pro Raspberry Pi -

Hardware

• Raspberry Pi - původně jsem používal 2 s bezdrátovým adaptérem, nyní si pořiďte také sadu 3 B+ s napájecím adaptérem. (https://amzn.to/2P76Mop)
• Kamera Pi
• Solidní 5V napájecí adaptér (to se ukázalo jako bolestně otravné, nakonec jsem dostal ten Adafruit, jinak kamera natáhne příliš mnoho šťávy a může/bude viset Pi, je to tady: https://www.adafruit.com/products /501)

Materiály:

• 2 Axiální ložiska (nebo budou fungovat i ložiska na skateboard nebo kolečkové brusle), mám je na Amazonu:
• 2 vodotěsné skříně (použil jsem elektrickou skříň z místního obchodu s velkými krabicemi), na tom nezáleží, stačí najít dobrou velikost skříně, která bude mít dostatek místa a chránit vše).
• Některé PVC potrubí a koncovky (různé velikosti).
• Držáky z PVC
• Pár listů tenkého plexiskla (nic moc efektního).
• plastové distanční sloupky
• mini šrouby (použil jsem šrouby a matice č. 4).
• 2 Ozdoba na vánoční stromeček z umělé hmoty - používá se pro anemometr, svůj jsem získal v místní lobby Hobby.
• Malý hmoždinka
• Malý kousek překližky.

Nástroje:

• Dremel
• Tavná pistole
• Páječka
• Multimetr
• Vrtat

Krok 2: Hlavní kryt - Pi, GPS, kamera, světlo

Hlavní skříň obsahuje PI, kameru, GPS a světelný senzor. Je navržen tak, aby byl vodotěsný, protože jsou v něm uloženy všechny důležité součásti, měření jsou prováděna ze vzdáleného krytu a ten je navržen tak, aby byl vystaven/otevřen živlům.

Kroky:

Vyberte skříň, použil jsem elektrickou spojovací skříňku, různé projektové krabice a vodotěsná pouzdra budou fungovat stejně dobře. Klíčovým bodem je, že má dostatek místa pro uložení všeho.

Moje příloha obsahuje:

• Raspberry pi (ve standoffs) - Vyžaduje WIFI čip, nechci spouštět Cat5e na dvorek!
• Fotoaparát (také ve standoffs)
• GPS čip připojený přes USB (pomocí kabelu FTDI sparkfun: https://www.sparkfun.com/products/9718) - GPS poskytuje zeměpisnou šířku a délku, což je příjemné, ale co je důležitější, mohu získat přesný čas z GPS!
• dva konektory ethernet/cat 5 pro připojení hlavního krytu k druhému krytu, ve kterém jsou umístěna další čidla. To byl jen pohodlný způsob, jak vést kabely mezi dvěma boxy, mám zhruba 12 vodičů a dva kat5 poskytují 16 možných připojení, takže mám prostor věci rozšiřovat/měnit.

V přední části mého okénka je okno, ze kterého kamera vidí ven. Pouzdro s tímto oknem chrání fotoaparát, ale měl jsem problémy, kdy se červená kontrolka na fotoaparátu (při fotografování) odráží od plexiskla a zobrazuje se na fotografii. Použil jsem nějakou černou pásku, abych to zmírnil a pokusil se to zablokovat (a další LED diody z Pi a GPS), ale ještě to není stoprocentní.

Krok 3: 'Dálkové ovládání' pro teplotu, vlhkost, tlak

Zde jsem uložil snímače teploty, vlhkosti a tlaku a také „přípojky“pro snímače deště, směru větru a rychlosti větru.

Všechno je velmi jednoduché, piny se zde připojují pomocí ethernetových kabelů k požadovaným pinům na Raspberry Pi.

Zkoušel jsem použít digitální senzory, kde jsem mohl, a pak se k MCP 3008 přidá jakýkoli analogový. Trvá až 8 analogových, což bylo více než dost pro mé potřeby, ale dává prostor ke zlepšení / rozšíření.

Tato skříň je otevřená pro vzduch (musí mít přesnou teplotu, vlhkost a tlak). Spodní otvory jsou vysunuté, takže jsem některým obvodům dal sprej se silikonovým konformním povlakem (můžete ho získat online nebo na místě, jako je Fry's Electronics). Naštěstí by měl chránit kov před jakoukoli vlhkostí, i když musíte být opatrní a nepoužívat ho na některých senzorech.

V horní části skříně se také nachází snímač rychlosti větru. Bylo to házení nahoru, mohl jsem dát rychlost větru nebo směr větru nahoru, neviděl jsem žádné zásadní výhody jednoho nad druhým. Celkově chcete oba senzory (rychlost větru a rychlost) dostatečně vysoké, aby budovy, ploty, překážky nerušily měření.

Krok 4: Rain Gauge

Většinou jsem postupoval podle tohoto pokynu, abych vytvořil skutečný rozchod:

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

Udělal jsem to z plexiskla, abych viděl, co se děje, a říkal jsem si, že by to bylo skvělé. Celkově plexisklo fungovalo dobře, ale v kombinaci s lepidlem, gumovým tmelem a celkovým řezáním a vrtáním nezůstalo vypadat tak nedotčené, dokonce ani s ochranným filmem.

Klíčové body:

• Senzor je jednoduchý jazýčkový spínač a magnet zpracovaný jako stisknutí tlačítka v kódu RaspberryPi, časem jednoduše spočítám kbelíky a poté provedu převod na „palce deště“.
• Udělejte ji dostatečně velkou, aby pojala dostatek vody na převrácení, ale ne tolik, aby ke sklopení potřebovala hodně. Můj první průchod způsobil, že každý podnos nebyl dostatečně velký, aby se naplnil a začal odtékat přes okraj, než se převrátil.
• Také jsem zjistil, že zbytková voda může přidat k měření nějakou chybu. To znamená, že zcela suché trvalo naplnit stranu a vyklopit ji X kapkami, po namočení trvalo Y kapek (což je méně než X) naplnit a vyklopit. Ne velké množství, ale vstoupilo v platnost při pokusu o kalibraci a získání dobrého měření „1 zátěž odpovídá množství“.
• Vyvažte to, můžete podvádět přidáním lepidla na spodní konce, pokud je jedna strana výrazně těžší než druhá, ale potřebujete ji co nejblíže vyváženému.
• Na fotografii můžete vidět, že jsem pomocí testovacích houbiček a dřevěného držáku nastavil malou testovací soupravu, abych ji před instalací otestoval a správně vyvážil.

Krok 5: Směr větru

Tohle byla jednoduchá korouhvička. Elektroniku jsem založil na systému Maplin:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Klíčové body:

Toto je analogový senzor. Osm jazýčkových spínačů v kombinaci s různými odpory rozděluje výstup na bloky, abych podle hodnoty identifikoval, ve které souřadnici se senzor nachází. (Koncept je vysvětlen v tomto pokynu:

• Po přišroubování části meteorologické lopatky ji musíte zkalibrovat tak, aby „tento směr směřoval na sever“.
• Vyrobil jsem zkušební zařízení se dřevem, abych mohl snadno přepínat a zapínat odpory, které pro mě pokryly celý rozsah hodnot, to bylo velmi užitečné!
• Použil jsem axiální ložisko, fungovalo to dobře, jsem si jistý, že stejně dobré by bylo i běžné ložisko na skateboardu nebo kolečkových bruslích.

Krok 6: Rychlost větru

Tenhle jsem se znovu obrátil na komunitu Instructable a našel a řídil se tímto instructable:

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

Klíčové body:

• Můžete také použít Hallův senzor nebo přepnout na jazýčkový senzor. Hallův snímač je spíše analogový senzor, takže pokud jej používáte digitálním způsobem, například při stisknutí tlačítka, musíte se ujistit, že čtení/napětí je dostatečně vysoké, aby fungovalo jako skutečné stisknutí tlačítka, spíše než ne dost..
• Velikost šálku je zásadní, stejně jako délka hole! Původně jsem používal ping pongové míčky a byly příliš malé. Také jsem je dal na dlouhé hole, které také nefungovaly. Byl jsem velmi frustrovaný a pak jsem narazil na ten instruktáž, Ptorelli odvedl skvělou práci při vysvětlování a pomohlo mi to, když můj původní design také nefungoval.

Krok 7: Software

Software je napsán v Pythonu pro záznam dat ze senzorů. K získání informací ze senzorů a GPS jsem použil některé další knihovny Git třetích stran od společnosti Adafruit a dalších. Existuje také několik úloh cron, které také čerpají některé informace o rozhraní API. Většina je vysvětlena/popsána v dokumentaci Git na adrese docs/install_notes.txt

Webový software je v PHP, aby jej zobrazoval na webové stránce a současně využíval YAML pro konfigurační soubory a samozřejmě nástroj RRD pro ukládání a graf dat.

Využívá Weather Underground API k získání některých zajímavých dat, která senzory nedokážou stáhnout: Record Hi's and Lows, Phase of the Moon, Sunset and Sunrise times, there are also Tides available on their API, which I thought was really ceat, ale bydlím v Austinu v TX, který je hodně daleko od vody.

Všechno je k dispozici na Githubu a je aktivně udržováno a v současné době se používá, když dále zdokonaluji a kalibruji svůj vlastní systém, takže můžete také odesílat žádosti o funkce a hlášení o chybách.

Software prochází změnou tématu v závislosti na denní době, existují 4 fáze. Pokud je aktuální čas + nebo - 2 hodiny od východu nebo západu slunce, pak získáte motivy východu a západu slunce (právě teď jen jiné pozadí, v budoucnu pravděpodobně udělám jiné barvy písma/ohraničení). Podobně mimo tyto rozsahy poskytuje denní nebo noční téma.

Děkujeme za přečtení. Pokud si přejete vidět více fotografií a videí z mých projektů, podívejte se na můj Instagram a kanál YouTube.

Třetí cena v denní soutěži Pi/e