Meteorologická stanice WiFi se solárním napájením V1.0: 19 kroků (s obrázky)

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

V tomto Instructable vám ukážu, jak postavit solární WiFi meteorologickou stanici s deskou Wemos. Wemos D1 Mini Pro má malý tvarový faktor a širokou škálu štítů typu plug-and-play, což z něj činí ideální řešení pro rychlé zahájení programování SoC ESP8266. Jedná se o levný způsob, jak vybudovat internet věcí (IoT) a je kompatibilní s Arduino.

Můžete se také podívat na moji novou verzi- 3.0 Weather Station.

Můžete se také podívat na mou novou meteorologickou stanici verze 2.0.

PCB V2.0 si můžete koupit od PCBWay.

Všechny mé projekty najdete na

Nová meteorologická stanice má následující funkce:

1. Meteorologická stanice může měřit: teplotu, vlhkost, barometrický tlak, nadmořskou výšku

2. Výše uvedené parametry počasí můžete sledovat ze svého smartphonu nebo z webu (ThingSpeak.com)

3. Celý obvod spolu s napájecím zdrojem je vložen do 3D tištěného pouzdra.

4. Dosah zařízení je vylepšen použitím externí antény 3dBi. Je to kolem 100 metrů.

Krok 1: Potřebné součásti a nástroje

1. Wemos D1 Mini Pro (Amazon / Banggood)

2. Nabíjecí deska TP 4056 (Amazon / Aliexpress)

3. Dioda (Aliexpress)

4. Senzor BME 280 (Aliexpress)

5. Solární panel (Banggood)

6. Perforovaná deska (Banggood)

7. Šroubové svorky (Banggood)

8. Distanční sloupky PCB (Banggood)

9. Li Ion baterie (Banggood)

10. Držák baterie AA (Amazon)

11. 22 AWG drát (Amazon / Banggood)

12. Super Glue (Amazon)

13. Lepicí páska (Amazon)

14. 3D tiskové vlákno -PLA (GearBest)

Použité nástroje:

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

2. Páječka (Amazon)

3. Lepicí pistole (Amazon)

4. Ořezávač / odizolovač drátu (Amazon)

Krok 2: Napájení

Můj plán je rozmístit meteorologickou stanici na vzdáleném místě (můj statek). Chcete -li meteorologickou stanici provozovat nepřetržitě, musí být k dispozici nepřetržité napájení, jinak systém nebude fungovat. Nejlepší způsob, jak zajistit nepřetržité napájení obvodu, je použití baterie. Ale po několika dnech dojde šťáva z baterie a je opravdu těžké jít tam a nabít ji. Byl tedy navržen solární dobíjecí obvod, který by využíval bezplatnou energii ze slunce k nabíjení baterií a napájení desky Wemos. Kvůli menší velikosti jsem použil baterii 14450 Li-Ion místo baterie 18650. Velikost je stejná jako u baterie AA.

Baterie se nabíjí ze solárního panelu přes nabíjecí modul TP4056. Modul TP4056 je dodáván s ochranným čipem baterie nebo bez ochranného čipu. Doporučuji zakoupit modul, který obsahuje čip na ochranu baterie.

O nabíječce baterií TP4056

Modul TP4056 je ideální pro nabíjení jednotlivých článků LiPo článků 3,7 V 1 Ah nebo vyšších. Tento modul, který je založen na integrovaném obvodu IC nabíječky TP4056 a integrovaném obvodu ochrany baterie DW01, nabídne nabíjecí proud 1 000 mA, poté se po dokončení nabíjení vypne. Kromě toho, když napětí baterie klesne pod 2,4 V, ochranný IC odpojí zátěž, aby chránil článek před napětím. Chrání také před přepětím a přepólováním.

Krok 3: Měření údajů o počasí

V dřívějších dnech byly parametry počasí, jako je okolní teplota, vlhkost a barometrický tlak, měřeny oddělenými analogovými přístroji: teploměrem, vlhkoměrem a barometrem. Ale dnes je trh zaplaven levnými a účinnými digitálními senzory, které lze použít k měření různých parametrů prostředí. Nejlepším příkladem jsou senzory jako DHT11, DHT 22, BMP180, BMP280 atd.

V tomto projektu použijeme snímač BMP 280.

BMP 280:

BMP280 je důmyslný senzor, který velmi přesně měří barometrický tlak a teplotu s rozumnou přesností. BME280 je další generací senzorů od společnosti Bosch a je upgradem na BMP085/BMP180/BMP183 - s nízkým výškovým šumem 0,25 m a stejně rychlou dobou převodu.

Výhodou tohoto senzoru je, že může pro komunikaci s mikrokontrolérem využívat buď I2C nebo SPI. Pro jednoduché snadné zapojení navrhuji koupit desku verze I2C.

Krok 4: Použití externí antény (3dBi)

Deska Wemos D1 mini Pro má vestavěnou keramickou anténu spolu s možností připojení externí antény pro zlepšení dosahu. Před použitím externí antény musíte přesměrovat signál antény z vestavěné keramické antény do externí zásuvky. To lze provést otáčením odporu pro povrchovou montáž (0603) s nulovým ohmem (někdy se nazývá odkaz).

Můžete se podívat na toto video, které vytvořil Alex Eames k otočení nulového ohmového odporu.

Poté zacvakněte konektor SMA antény do slotu pro mini anténu Wemos Pro.

Krok 5: Pájejte záhlaví

Moduly Wemos se dodávají s různými záhlavími, ale musíte je pájet podle svých požadavků.

Pro tento projekt, 1. Připájejte dvě samčí hlavičky k mini desce Wemos D1 pro.

2. K modulu BMP 280 připájejte 4kolíkovou zástrčku.

Po pájení hlaviček bude modul vypadat, jak je znázorněno na výše uvedeném obrázku.

Krok 6: Přidání záhlaví a terminálů

Dalším krokem je pájení hlaviček na děrovanou desku.

1. Nejprve položte desku Wemos na perforovanou desku a označte stopu. Poté pájejte dvě řady samičích hlaviček přes označenou pozici.

2. Poté připájejte 4pinové samičí záhlaví, jak je znázorněno na obrázku.

3. Pájecí šroubové svorky pro připojení baterie.

Krok 7: Namontujte nabíjecí desku:

Nalepte malý kousek oboustranné pásky na zadní stranu nabíjecího modulu a poté ji vložte na perforovanou desku, jak je znázorněno na obrázku. Při montáži je třeba dbát na zarovnání desky tak, aby se pájecí otvory shodovaly s otvory v perforované desce.

Přidání terminálu pro solární panel

Pájejte šroubový terminál těsně u portu micro USB nabíjecí desky.

Tento terminál můžete také pájet v předchozím kroku.

Krok 8: Schéma zapojení

Nejprve jsem nařezal malé kousky různých barev drátů a odstranil izolaci na obou koncích.

Poté pájím vodiče podle schematického diagramu, jak je znázorněno na výše uvedeném obrázku.

Wemos -> BME 280

3,3 V - -> Vin

GND GND

D1 SCL

D2 SDA

Připojení TP4056

Terminál solárního panelu -> + a - poblíž portu micro USB

Terminál baterie -> B+ a B-

5V a GND Wemos -> Out+ a Out-

Poznámka: Dioda připojená k solárnímu panelu (znázorněno na schématu) není nutná, protože modul TP4056 má na vstupu vestavěnou diodu.

Krok 9: Navrhování krytu

To byl pro mě časově nejnáročnější krok. Strávil jsem asi 4 hodiny návrhem skříně. K návrhu jsem použil Autodesk Fusion 360. Skříň má dvě části: hlavní tělo a přední kryt

Hlavní tělo je v zásadě navrženo tak, aby pasovalo na všechny součásti. Může pojmout následující součásti

1. Deska plošných spojů 50x70 mm

2. Držák baterie AA

3. Solární panel 85,5 x 58,5 x 3 mm

4. 3dBi externí anténa

Stáhněte soubory.stl z Thingiverse

Krok 10: 3D tisk

Po dokončení návrhu je čas vytisknout skříňku 3D. Ve Fusion 360 můžete kliknout na značku a rozřezat model pomocí softwaru kráječe. Na krájení modelu jsem použil Curu.

K vytištění všech částí těla jsem použil 3D tiskárnu Anet A8 a 1,75 mm zelenou PLA. Vytištění hlavního těla mi trvalo asi 11 hodin a tisk přední obálky přibližně 4 hodiny.

Vřele doporučuji použít pro vás jinou tiskárnu, kterou je Creality CR - 10. Nyní je k dispozici také mini verze CR -10. Tiskárny Creality jsou jednou z mých oblíbených 3D tiskáren.

Jelikož jsem ve 3D navrhování nový, můj návrh nebyl optimistický. Ale jsem si jistý, že tento kryt lze vyrobit s použitím menšího materiálu (kratší doba tisku). Později se pokusím vylepšit design.

Moje nastavení jsou:

Rychlost tisku: 40 mm/s

Výška vrstvy: 0,2

Hustota výplně: 15%

Teplota extruderu: 195 ° C

Teplota postele: 55 stupňů Celsia

Krok 11: Instalace solárního panelu a baterie

Připájejte červený vodič 22 AWG ke kladnému pólu a černý vodič k zápornému pólu solárního panelu.

Vložte dva dráty do otvorů ve střeše hlavního těla skříně.

K upevnění solárního panelu použijte super lepidlo a nějakou dobu ho přitlačte, aby se řádně spojilo.

Utěsněte otvory zevnitř pomocí horkého lepidla.

Poté vložte držák baterie do slotu ve spodní části krytu.

Krok 12: Instalace antény

Odšroubujte matice a podložky v konektoru SMA.

Zasuňte konektor SMA do otvorů v krytu. Viz obrázek výše.

Poté utáhněte matici spolu s podložkami.

Nyní nainstalujte anténu správným zarovnáním s konektorem SMA.

Krok 13: Instalace desky plošných spojů

Namontujte podpěry ve 4 rozích desky plošných spojů.

Na 4 štěrbiny v krytu naneste super lepidlo. Viz výše uvedený obrázek.

Poté zarovnejte patku se 4 drážkami a umístěte ji. některé nechte uschnout.

Krok 14: Zavřete přední kryt

Po vytištění předního krytu nemusí být přední kryt dokonale přiléhající k hlavnímu tělu skříně. Pokud je tomu tak, stačí jej zbrousit po stranách pomocí smirkového papíru.

Zasuňte přední kryt do otvorů v hlavním těle.

K zajištění použijte lepicí pásku ve spodní části.

Krok 15: Programování

Chcete -li používat Wemos D1 s knihovnou Arduino, budete muset použít Arduino IDE s podporou desky ESP8266. Pokud jste to ještě neudělali, můžete snadno nainstalovat podporu ESP8266 Board do vašeho Arduino IDE podle tohoto tutoriálu od Sparkfun.

Upřednostňují se následující nastavení:

PU frekvence: 80MHz 160MHz

Velikost blesku: 4M (3M SPIFFS) - 3M Velikost systému souborů 4M (1M SPIFFS) - 1M Velikost systému souborů

Rychlost nahrávání: 921 600 bps

Arduino kód pro aplikaci Blynk:

Režim spánku:

ESP8266 je zařízení náročné na energii. Pokud chcete, aby váš projekt běžel z baterie déle než několik hodin, máte dvě možnosti:

1. Získejte obrovskou baterii

2. Chytře uspej Věc.

Nejlepší volbou je druhá možnost. Před použitím funkce hlubokého spánku musí být kolík Wemos D0 připojen ke kolíku Reset.

Kredit: Toto bylo navrženo jedním z uživatelů „instrukcí Instructables“tim Rowledge”.

Více možností úspory energie:

Wemos D1 Mini má malou LED, která se rozsvítí, když je deska napájena. Spotřebovává to hodně energie. Takže jednoduše stáhněte LED z desky pomocí kleští. Drasticky to sníží proud spánku.

Nyní může zařízení běžet dlouhou dobu s jedinou Li-Ion baterií.

#define BLYNK_PRINT Sériové // Zaškrtněte toto pro deaktivaci tisků a úsporu místa #zahrnout #include

#include "Seeed_BME280.h" #include BME280 bme280; // V aplikaci Blynk byste měli získat Auth Token. // Přejděte do Nastavení projektu (ikona matice). char auth = "3df5f636c7dc464a457a32e382c4796xx"; // Vaše pověření WiFi. // U otevřených sítí nastavte heslo na „“. char ssid = "SSID"; char pass = "PRODAT SLOVO"; neplatné nastavení () {Serial.begin (9600); Blynk.begin (auth, ssid, pass); Serial.begin (9600); if (! bme280.init ()) {Serial.println ("Chyba zařízení!"); }} void loop () {Blynk.run (); // získání a tisk teplot float temp = bme280.getTemperature (); Serial.print ("Teplota:"); Serial.print (temp); Serial.println ("C"); // Jednotka pro Celsia, protože původní arduino nepodporuje konkrétní symboly Blynk.virtualWrite (0, temp); // virtuální pin 0 Blynk.virtualWrite (4, temp); // virtuální kolík 4 // načíst a vytisknout údaje o atmosférickém tlaku float pressure = bme280.getPressure (); // tlak v Pa float p = tlak/100,0; // tlak v hPa Serial.print ("Tlak:"); Serial.print (p); Serial.println ("hPa"); Blynk.virtualWrite (1, s); // virtuální pin 1 // získání a tisk údajů o nadmořské výšce float nadmořská výška = bme280.calcAltitude (tlak); Serial.print ("Nadmořská výška:"); Sériový tisk (nadmořská výška); Serial.println ("m"); Blynk.virtualWrite (2, nadmořská výška); // virtuální pin 2 // získávání a tisk dat o vlhkosti float vlhkost = bme280.getHumidity (); Serial.print ("Vlhkost:"); Sériový tisk (vlhkost); Serial.println ("%"); Blynk.virtualWrite (3, vlhkost); // virtuální pin 3 ESP.deepSleep (5 * 60 * 1000000); // doba hlubokého spánku je definována v mikrosekundách. }

Krok 16: Nainstalujte si aplikaci a knihovnu Blynk

Blynk je aplikace, která umožňuje plnou kontrolu nad hardwarem Arduino, Rasberry, Intel Edison a mnohem více. Je kompatibilní s Androidem i iPhone. Právě teď je aplikace Blynk k dispozici zdarma.

Aplikaci si můžete stáhnout z následujícího odkazu

1. Pro Android

2. Pro Iphone

Po stažení si ji nainstalujte do svého smartphonu.

Poté musíte importovat knihovnu do vašeho Arduino IDE.

Stáhněte si knihovnu

Když aplikaci spouštíte poprvé, musíte se přihlásit - zadat e -mailovou adresu a heslo. Nový projekt vytvoříte kliknutím na „+“v pravém horním rohu displeje. Pak to pojmenujte.

Vyberte cílový hardware „ESP8266“Poté kliknutím na „E-mail“odešlete tento ověřovací token sobě-budete jej potřebovat v kódu

Krok 17: Vytvořte palubní desku

Hlavní panel se skládá z různých widgetů. Chcete -li přidat widgety, postupujte takto:

Kliknutím na „Vytvořit“vstoupíte na hlavní obrazovku řídicího panelu.

Poté znovu stiskněte „+“, abyste získali „Widget Box“

Poté přetáhněte 4 měřidla.

Klikněte na grafy, zobrazí se nabídka nastavení, jak je uvedeno výše.

Musíte změnit název „Teplota“, vybrat virtuální pin V1 a poté změnit rozsah od 0 do 50. Podobně to udělejte pro další parametry.

Nakonec přetáhněte graf a opakujte stejný postup jako v nastavení měřidla. Konečný obrázek palubní desky je uveden na výše uvedeném obrázku.

Barvu můžete změnit také kliknutím na ikonu kruhu na pravé straně jména.

Krok 18: Nahrání dat senzoru do ThingSpeak

Nejprve si vytvořte účet na ThingSpeak.

Poté ve svém účtu ThingSpeak vytvořte nový kanál. Zjistěte, jak vytvořit nový kanál

Vyplňte pole 1 jako teplota, pole 2 jako vlhkost a pole 3 jako tlak.

Ve svém účtu ThingSpeak vyberte „Kanál“a poté „Můj kanál“.

Klikněte na název svého kanálu.

Klikněte na kartu „API Keys“a zkopírujte „Write API Key“

Otevřete kód Solar_Weather_Station_ThingSpeak. Poté napište své SSID a heslo.

Nahraďte „WRITE API“zkopírovaným „Write API Key“.

Požadovaná knihovna: BME280

Kredit: Tento kód nejsem napsán já. Získal jsem to z odkazu uvedeného ve videu YouTube od plukas.

Krok 19: Závěrečný test

Umístěte zařízení na sluneční světlo, rozsvítí se červená kontrolka na nabíjecím modulu TP 4056.

1. Blynk App Monitoring:

Otevřete projekt Blynk. Pokud je vše v pořádku, všimnete si, že měřidlo bude aktivní a graf začne vykreslovat teplotní data.

2. Monitorování ThingSpeak:

Nejprve otevřete svůj Thingspeak Chanel.

Poté přejděte na kartu „Soukromé zobrazení“nebo „Veřejné zobrazení“a podívejte se na datové tabulky.

Děkuji za přečtení mého Instructable.

Pokud se vám můj projekt líbí, nezapomeňte ho sdílet.

První cena v soutěži o mikrořadič 2017