Sluneční meteorologická stanice Raspberry Pi: 7 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Podněcován dokončením mých dvou předchozích projektů, kompaktní kamery a přenosné herní konzoly, jsem chtěl najít novou výzvu. Přirozeným vývojem byl venkovní dálkový systém…

Chtěl jsem postavit meteorologickou stanici Raspberry Pi, která by se dokázala udržet mimo síť a posílat mi výsledky prostřednictvím bezdrátového připojení, odkudkoli! Tento projekt opravdu měl své výzvy, ale naštěstí napájení Raspberry Pi je jednou z hlavních výzev, které bylo snadné díky použití PiJuice jako napájecího zdroje s přidanou solární podporou (doplněno naší revoluční technologií PiAnywhere - nejlepší způsob, jak vyjměte své Pi ze sítě!).

Moje počáteční myšlenka byla použít k odečtu fantastický modul AirPi. To však mělo dvě hlavní nevýhody; k nahrání výsledků vyžaduje přímé připojení k internetu a musí být připojeno přímo k GPIO na Pi, což znamená, že nemůže být vystaven vzduchu, aniž by byl vystaven i Raspberry Pi (není ideální, pokud chceme, aby tato meteorologická stanice trvat libovolně dlouho).

Řešení… vybudovat vlastní modul snímání! Pomocí velké části AirPi pro inspiraci jsem byl schopen sestavit velmi jednoduchý prototyp pomocí několika senzorů, které jsem již měl; teplota, vlhkost, světelné hladiny a obecné plyny. A skvělé na tom je, že je opravdu snadné kdykoli přidat další senzory.

Raspberry Pi a+ jsem se rozhodl použít hlavně kvůli jeho nízké spotřebě energie. K odeslání výsledků jsem použil modul EFCom Pro GPRS/GSM, který může odeslat text rovnou na můj mobilní telefon s výsledky! Docela úhledné, že?

Jsem rád, že zde naleznete všechny nápady, které máte pro další skvělé solární nebo přenosné projekty. Dejte mi vědět v komentářích a já se budu snažit vytvořit tutoriál!

Krok 1: Díly

1 x solární panel PiJuice + (kompletní s naší revoluční technologií PiAnywhere - nejlepší způsob, jak vyřadit vaše Pi ze sítě!)

1 x Raspberry Pi a+

1 x EFCom Pro GPRS/GSM modul

1 x SIM karta

1 x chlebová deska

Protoboard

1 x MCP3008 ADC

1 x LDR

1 x LM35 (teplotní senzor)

1 x DHT22 (snímač vlhkosti)

1 x TGS2600 General senzor kvality vzduchu

1 x 2,2 KΩ odpor

1 x 22 KΩ odpor

Rezistor 1 x 10 KΩ

10 x propojovací kabel samice - samice

Sortiment jednoho měřicího drátu

1 x jeden venkovní spojovací box

1 x dvojitý venkovní spojovací box

1 x konektor vodotěsného kabelu

2 x 20 mm poloslepé kabelové průchodky

Krok 2: Snímací obvod

Tento projekt má několik různých prvků, takže je nejlepší dělat vše po krocích. Nejprve si projdu, jak sestavit snímací obvod.

Je dobré to nejprve postavit na desku s chlebem, v případě, že uděláte nějaké chyby, vložil jsem schéma zapojení a obrázky krok za krokem, na které se bude odkazovat.

1. První komponentou, která se zapojuje, je tento analogově digitální převodník MCP3008. To může trvat až 8 analogových vstupů a komunikovat s Raspberry Pi přes SPI. S čipem směřujícím nahoru a půlkruhem odříznutým na konci, který je od vás nejdále, se všechny piny napravo připojují k Raspberry Pi. Připojte je podle obrázku. Pokud se chcete dozvědět něco více o tom, jak čip funguje, zde je skvělý průvodce protokolem MCP3008 a protokolem SPI.
2. Piny vlevo jsou 8 analogových vstupů, číslovaných 0-7 shora dolů. Použijeme pouze první 3 (CH0, CH1, CH2), pro LDR, obecné plynové čidlo (TGS2600) a teplotní čidlo (LM35). Nejprve připojte LDR podle obrázku. Jedna strana k zemi a druhá na 3,3 V přes odpor 2,2 KΩ a CH0.
3. Dále připojte „obecný snímač plynu“. Tento plynový senzor se používá k detekci znečišťujících látek ve vzduchu, jako je vodík a oxid uhelnatý. Ještě jsem nepracoval, jak získat konkrétní koncentrace, takže prozatím je výsledkem tohoto senzoru základní procentuální úroveň, kde je 100% plně nasyceno. Se snímačem směřujícím nahoru (kolíky na spodní straně) je kolík přímo napravo od malého výběžku kolík 1 a poté se čísla kolem kolíku zvyšují ve směru hodinových ručiček. Piny 1 a 2 se tedy připojují k 5V, pin 3 se připojuje k CH1 a uzemňuje se přes odpor 22KΩ a pin4 se připojuje přímo k zemi.
4. Konečným analogovým čidlem, které lze připojit, je teplotní čidlo LM35. To má 3 piny. Vezměte snímač tak, aby byla plochá strana nejblíže k vám, levý nejvíce kolík se připojuje přímo na 5V (není vyznačeno na schématu, můj špatný!), Středový kolík se připojuje k CH2 a pravý nejvíce kolík se připojuje přímo k zemi. Snadný!
5. Poslední komponentou k připojení je snímač vlhkosti DHT22. Jedná se o digitální senzor, který lze připojit přímo k Raspberry Pi. Vezměte snímač tak, aby mřížka směřovala k vám a čtyři kolíky na spodní straně. Piny jsou seřazeny od 1 vlevo. Připojte 1 až 3,3V. Pin 2 jde do GPIO4 a 3,3 V přes odpor 10 KΩ. Ponechte kolík 3 odpojený a kolík 4 jde přímo na zem.

A je to! Testovací obvod byl postaven. Doufám, že přidám další komponenty, až budu mít čas. Opravdu bych chtěl přidat snímač tlaku, snímač rychlosti větru a chtěl bych získat inteligentnější data o koncentracích plynu.

Krok 3: GSM modul

Nyní, když byly vybudovány snímací obvody, musí existovat způsob přijímání výsledků. To je místo, kde přichází GSM modul. Budeme jej používat k odesílání výsledků přes mobilní síť formou SMS, jednou denně.

GSM modul komunikuje s Raspberry Pi sériově pomocí UART. Zde jsou skvělé informace o sériové komunikaci s Raspberry Pi. Abychom mohli převzít kontrolu nad sériovým portem Pi, musíme nejprve provést nějakou konfiguraci.

Spusťte svůj Raspberry Pi se standardním obrázkem Raspbian. Nyní změňte soubor „/boot/cmdline.txt“z:

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

na:

"dwc_otg.lpm_enable = 0 konzole = tty1 root =/dev/mmcblk0p2 rootfstype = ext4 elevator = termín rootwait"

odstraněním podtržené části textu.

Za druhé, musíte upravit soubor "/etc/inittab" tak, že okomentujete druhý řádek v následující části:

#Ukažte getty na sériové lince Raspberry Pi T0: 23: respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100"

Takže to zní:

#Ukažte getty na Raspberry Pi sériové lince#T0: 23: respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100

a restartujte Pi. Nyní by měl sériový port volně komunikovat, jak si přejete. Je na čase připojit modul GSM. Podívejte se na schéma zapojení v předchozím kroku a obrázky nahoře, abyste zjistili, jak se to dělá. V zásadě je TX připojeno k RX a RX je připojeno k TX. Na Raspberry Pi TX a RX jsou GPIO 14 a 15.

Nyní pravděpodobně chcete zkontrolovat, zda modul funguje, takže zkusme odeslat text! K tomu si musíte stáhnout Minicom. Je to program, který vám umožňuje zapisovat na sériový port. Použití:

"sudo apt-get install minicom"

Jakmile je minicom nainstalován, lze jej otevřít pomocí následujícího příkazu:

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

9600 je přenosová rychlost a /dev /ttyAMA0 je název sériového portu Pi. Tím se otevře emulátor terminálu, ve kterém se vše, co napíšete, objeví na sériovém portu, tj. Bude odesláno do modulu GSM.

Vložte nabitou sim kartu do GSM modulu a stiskněte tlačítko napájení. Poté by se měla rozsvítit modrá LED dioda. Modul GSM používá sadu příkazů AT, zde je dokumentace, pokud vás to opravdu zajímá. Nyní zkontrolujeme, že Raspberry Pi detekoval modul následujícím příkazem:

"NA"

modul by pak měl odpovědět:

"OK"

Skvělý! Poté musíme modul nakonfigurovat tak, aby odesílal SMS jako textové, nikoli binární:

"AT+CMGF = 1"

odpověď by měla být opět „OK“. Nyní napíšeme příkaz k odeslání SMS:

"AT+CMGS =" 44 ************* "" ", nahraďte hvězdy svým číslem.

Modem s odpovědí „>“, po kterém vám můžete napsat zprávu. Zprávu odešlete stisknutím. To je vše a při troše štěstí jste právě obdrželi text přímo z vašeho Raspberry Pi.

Nyní, když víme, že GSM modul funguje, můžete minicom zavřít; ve zbytku projektu to nebudeme potřebovat.

Krok 4: Stáhněte si software a proveďte běh

V této fázi by mělo být vše zapojeno a připraveno k testování na sucho. Napsal jsem docela jednoduchý pythonový program, který bude odebírat hodnoty z každého senzoru a poté odeslat výsledky na váš mobilní telefon. Celý program si můžete stáhnout ze stránky PiJuice Github. Nyní by také mohl být vhodný čas na testování s modulem PiJuice. Prostě se zapojí do GPIO Raspberry Pi, všechny vodiče připojené k Pi se zapojí přímo do odpovídajících vývodů na PiJuice. Snadné jako Pi. Chcete -li stáhnout kód, použijte příkaz:

klon git

Toto je nastaveno pro odesílání dat jednou denně. Pro účely testování to není skvělé, takže možná budete chtít program upravit. To lze snadno provést; stačí otevřít soubor; „sudo nano weatherstation.py“. V horní části je sekce „Nastavit zpoždění“. Okomentujte řádek „delay = 86400“a zrušte komentář „delay = 5“. Nyní budou výsledky odesílány každých 5 sekund. Budete také chtít změnit program tak, aby obsahoval vaše vlastní mobilní číslo. Najděte, kde je napsáno „+44 **********“, a nahraďte hvězdy svým vlastním číslem.

Před spuštěním programu si stačí stáhnout knihovnu pro čtení snímače vlhkosti DHT22:

klon git

A knihovna musí být nainstalována:

"cd Adafruit_Python_DHT"

"sudo apt-get update"

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

"sudo python setup.py install"

Super, nyní můžete program vyzkoušet.

"sudo python weatherstation.py"

Během běhu programu by měly být výsledky odesílány na váš mobil, ale také vytištěny v terminálu každých 5 sekund.

Krok 5: Vybudujte obvod

Nyní, když vše funguje v praxi, je čas postavit skutečnou věc. Obrázky ukazují obecnou představu o tom, jak do sebe celá jednotka zapadá. Jsou zde dvě samostatné bytové jednotky; jeden pro snímací obvod (který bude mít otvory umožňující cirkulaci vzduchu uvnitř) a jeden pro Raspberry Pi, jednotku GPRS a PiJuice (zcela vodotěsný) bude solární panel zapojen do výpočetní jednotky s vodotěsným spojením. Tyto dvě jednotky lze poté snadno odpojit, takže lze buď vyjmout pouzdro senzoru nebo výpočetní skříň, aniž byste museli sundávat celou jednotku. To je skvělé, pokud chcete přidat další senzory nebo potřebujete Raspberry Pi nebo PiJuice pro jiný projekt.

Budete muset rozbít protoboard, aby se vešel do menšího ze dvou spojovacích boxů. Zde je umístěn snímací obvod. Snímací obvod je nyní přenesen z prkénka do protoboardu. Nyní budete muset provést nějaké pájení. Zajistěte si bezpečné používání páječky. Pokud si nejste jisti, požádejte o pomoc někoho kompetentního pájka.

Mnohokrát děkuji Patrickovi v zdejší laboratoři, který mě zachránil před skutečným hašováním tohoto okruhu. Dokázal to dát dohromady během několika minut! Pokud, stejně jako já, nejste nejlepší v budování obvodů a nemáte génia jako Patrick připraveného vám pomoci, můžete obvod kdykoli nechat na prkénku, pokud se vejde do vaší elektrické krabice.

Krok 6: Příprava bytových jednotek

V této části je to opravdu zábava. Možná jste si všimli prstenů na každé krabičce. Ty jsou navrženy tak, aby byly vyřazeny, aby se boxy mohly stát křižovatkami pro elektriku. Použijeme je pro připojení mezi snímací jednotkou a výpočetní jednotkou, pro připojení k solárnímu panelu a také jako ventilaci pro snímací jednotku, která umožní cirkulaci vzduchu.

Nejprve na každé krabici vyklepněte jeden otvor pro spojení mezi nimi, jak je vidět na obrázcích. Vyrazení otvorů může být obtížné provést úhledně, ale hrubý okraj nevadí. Zjistil jsem, že nejlepší metodou je použít šroubovák k proražení odsazeného prstence kolem každého otvoru a poté jej vypáčit jako víčko od plechu s barvou. Vodotěsný kabelový konektor pak slouží k propojení obou boxů.

Poté budete muset udělat další otvor ve výpočetním pouzdru pro vodič solárního panelu. Tuto díru pak zasunete do jedné z vašich slepých kabelových průchodek. Než vložíte průchodku, propíchněte do ní otvor, kterým projde kabel. To musí být co nejmenší, aby to zůstalo vodotěsné, a pak zatlačte mikro usb konec otvorem (to je konec, který se připojuje k PiJuice).

Nakonec je třeba ve snímací jednotce vytvořit další otvor, který umožní vstup a výstup vzduchu. Rozhodl jsem se jít na celek přímo naproti křižovatce mezi dvěma krabicemi. Může být nutné přidat druhý otvor. Myslím, že to po nějaké době zjistíme pomocí meteorologické stanice.

Krok 7: Zapojení a dokončení meteorologické stanice

Přesně, skoro tam. Poslední fází je vše propojit.

Počínaje výpočetní jednotkou. V tomto boxu máme Raspberry Pi, The PiJuice, který se připojuje k Raspberry Pi GPIO a GSM modul, který se připojuje k GPIO breakoutu na PiJuice propojovacím kabelem mezi zásuvkou a zásuvkou. Pěkné a útulné! v této fázi bych pravděpodobně doporučil umístit nějaký těsnicí prostředek kolem vstupního bodu pro kabel USB pro solární panel. Nějaký druh pryskyřice nebo superglue by pravděpodobně fungoval.

Poté přejděte na snímací jednotku. Na fotografii, shora dolů, jsou dráty; šedé, bílé, fialové a modré jsou datové linky SPI, černá je uzemněná, oranžová je 3,3 V, červená je 5 V a zelená je GPIO 4. Budete muset najít propojovací vodiče, které se k nim připojí, a pak je protáhnout vodotěsným kabelem konektor, jak je vidět na fotografiích. Poté lze každý vodič připojit k odpovídajícímu GPIO a konektor utáhnout. V této fázi je snadné vidět, jak by bylo možné design vylepšit; LDR nebude vystaven velkému množství světla (i když stále může být užitečné znát relativní hodnoty a vyrazit další díru by mohlo pomoci), myslím, že by bylo lepší použít stejnou velikost jako výpočetní jednotka box pro snímací jednotku, pak by bylo snazší vložit desku s obvody do krabice a byl by prostor pro hraní s různými aranžmá.

Teď jsem to dal na zahradu, jak vidíte na fotkách. Doufejme, že v příštích několika dnech budu moci zveřejnit také nějaké výsledky! A jak jsem již řekl, pokud máte nějaké nápady na skvělé projekty, dejte mi vědět!