Bezdrátový lunární sledovač fází: 6 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Lunární fázový sledovač je malé, polopřenosné zařízení, které vám umožňuje shromažďovat důležité informace o Měsíci. Zařízení hlásí zpět parametry, jako je viditelné osvětlení, fáze, vzestup měsíce, nastavené časy a další.

Toto zařízení je nezbytné pro každého, kdo má zájem o vědu nebo astronomii a poskytuje skvělou dekoraci pro stolní kancelář a je určitě začátečníkem konverzace.

Projekt je poměrně jednoduchý a vyžaduje zařízení připojené k internetu, jako je ESP32, ale kód můžete vždy přizpůsobit tak, aby fungoval s WiFi štítem, ethernetovým štítem nebo jakýmkoli jiným zařízením připojeným k internetu. Lunar Phase Tracker byl navržen tak, aby fungoval s lithium-polymerovými bateriemi a velmi energeticky účinným displejem s E-inkoustem, který nejenže poskytuje nádhernou obrazovku, na kterou se můžete dívat, ale také udrží poslední obrázek, i když se vypne napájení!

Krok 1: Registrace pro informace o astronomii

Tento krok je naprosto zásadní (i když nudný), protože ke shromažďování našich informací používáme online API. I když je možné vypočítat fáze měsíce, osvětlení atd., Je to únavný úkol. Rozhraní API, které používáme, poskytuje aktuální informace z živých meteorologických stanic a monitorovacích systémů, takže data, která dostáváme, jsou výsledky z reálného světa a nikoli vypočítanými hodnotami.

Přejděte na Weather Underground, klikněte na „Zaregistrovat se“a vyplňte všechny své údaje. Účet je zcela zdarma, stejně jako vaše volání API, pokud nevyžadujete příliš mnoho výsledků za minutu nebo překročíte 500 požadavků denně. Nezapomeňte si tuto stránku uložit do záložek, kdykoli se můžete vrátit později a používat API pro statistiky počasí a další skvělé informace. Jakmile si vytvoříte účet, přejděte na web API, klikněte na „klíč nákupu“a vyberte bezplatný tarif, stačí zadat několik podrobností a budete mít problémy s identifikátorem klíče devoloper. Toto ID je pro vás jedinečné a mělo by být soukromé. Poskytl jsem svůj klíč v příkladu kódu Arduino, na který se podíváme o něco později. Jste více než vítáni k používání mého ID klíče pro účely testování, ale vřele doporučuji zaregistrovat se pro svůj vlastní.

Jakmile budete mít své jedinečné ID, můžete přejít k informacím Astronomy API, které jsou upřímně velmi holé. Najdete jednoduchý příklad, který vypadá takto:

api.wunderground.com/api/8c6dc2e5c6f36de9/a…

Tato adresa URL je nesmírně důležitá, protože právě to nám dává veškeré informace, které potřebujeme k vytvoření našeho projektu. Pokračujte, klikněte na odkaz, zobrazí se výsledky pro Sydney, jako je fáze měsíce, osvětlení a další dobré informace. Podívejte se na URL, uvidíme Sydney, Austrálii a dlouhý kód, který začíná „8c6dcwe…“. Tento kód je vaše ID klíče, které jsme vyzvedli dříve. Změňte tento kód pomocí svého jedinečného ID a podívejte se, jak to funguje, měli byste získat přesně stejný výsledek. Zkuste si pohrát s místy. Pro sebe v Jižní Africe používám Johannesburg a ZA.

Krok 2: Součásti

Takže teď k těm zajímavým věcem. Budeme potřebovat několik komponent, ne mnoho a žádná z nich není extrémně drahá a poskytl jsem odkazy na Amazon pro komponenty, které jsem použil. Mějte na paměti, že pokud jste dobří v programování, můžete použít jakýkoli displej nebo internetové zařízení, které máte k dispozici. Pro svou stavbu jsem použil následující:

Waveshare E-Ink SPI 4,2 "SPI displej

• Deska ESP32 pro vývojáře (obecná)
• Adafruit Power Boost 500
• 5000mAh baterie Lipo
• Stripboard (Protoboard)

Budete často potřebovat základní nástroje jako:

• Páječka
• Pájka
• Multimetr
• Posuvná měřítka
• Vrtákem oddělte stopy na protoboardu
• Drát
• Drátěné nůžky
• Lepidlo (horké lepidlo bude fungovat)
• Notebook s nainstalovaným Arduino IDE

Jediný pokročilý nástroj, který můžete potřebovat, je 3D tiskárna na výrobu skříně. Pokud žádnou nemáte, je to v pořádku, vyrobte si skříň ze dřeva a ručních pil nebo z čehokoli, co máte k dispozici. A ano, moje 3D tiskárna je stará a zaprášená.

Krok 3: Počítačový software

Než budeme moci začít pracovat na obvodu a programování, budeme nejprve potřebovat nejnovější verzi Arduino IDE, kterou najdete zde.

Protože používáme ESP32 s jádrem Arduino, budeme muset toto jádro nainstalovat na Arduino IDE. Postupujte podle této jednoduché příručky od Githubu, která vám ukáže, jaký software a konfiguraci budete muset udělat, abyste mohli používat desku ESP32 pro vývojáře v Arduino IDE.

Aby náš systém fungoval, budeme také potřebovat dvě další knihovny. První je knihovna Arduino JSON, která nám umožňuje číst a analyzovat požadavky JSON, což je přesně to, co získáváme z Weather Underground. Tyto dvě knihovny si můžete stáhnout z mého osobního Dropboxu nebo níže. Jakmile máte soubory, rozbalte je a umístěte do složky knihovny Arduino. Obvykle se nachází na adrese C: / Users / YOUR_NAME / Documents / Arduino / libraries. Ujistěte se, že restartujete IDE, jinak Arduino nové přírůstky nevyzvedne. V této složce je také hlavní kód Arduino SRC. Knihovna také obsahuje upravenou verzi ukázky poskytnuté z displejů Waveshare. Soubory byly upraveny tak, aby běžely na modulu ESP32 s jejich GPIO a já jsem implementoval nové "písmo", které obsahuje všechny obrázky pro různé fáze měsíce.

Krok 4: Okruh

Dobře, takže obvod je velmi jednoduchý a vyžaduje pouze několik komponent a vodičů.

Obecná myšlenka je, že máme nabíjecí obvod Lipo, převodník boostu, který nám poskytne 5V, a pak ESP32 Dev Kit, který sníží napětí na 3,3V. Tento 3,3 V se používá také pro displej Waveshare E-Ink. Ano, to je mírně neefektivní kvůli posílení a poté snížení lineárního regulátoru, ale ESP32 pracuje ve velmi strašném rozsahu napětí. Někde kolem 2,5 - 3,6V. To není vhodné pro projekty baterií, zejména pro ty, které používají lithium -polymerové články.

Základní zapojení je následující:

• Zvýšení výkonu převodníku 5V Vin & GND na ESP32 Dev Kit
• E-Ink displej ESP32 3,3 V 3,3 V a GND
• E-Ink displej ESP32 PIN 18 CLK
• E-inkoustový displej ESP32 PIN 23 DIN/MOSI
• E-Ink displej ESP32 PIN 5 CS/SS
• E-Ink displej ESP32 PIN 32 DC
• E-Ink displej ESP32 PIN 33 RST
• E-Ink displej ESP32 PIN34 BUSY

Vidíte, že zapojení je velmi jednoduché a výroba mých DIY desek trvala jen asi 15 minut. Před napájením nezapomeňte zkontrolovat zkraty pomocí multimetru.

Také jsem odstranil LED diody z desky ESP32 a Lipo boost, abych v režimu spánku ušetřil asi 40 mA energie. Díky tomu vydrží baterie o něco déle. Pokud chcete, můžete implementovat vypínač, obvod pro úsporu energie, automatické odpojení atd. Tento projekt můžete rozšířit a udělat jej tak komplexním, jak chcete.

Krok 5: Kód

Kód najdete v dodané složce během kroku 3 nebo si můžete stáhnout soubor.ino níže. Aby vše fungovalo společně, budete muset nainstalovat přidružené knihovny, jak je uvedeno v kroku 3. K tomuto kroku není mnoho co říci, protože kód je dodáván v provozním stavu. Před testováním programu nezapomeňte zadat své SSID a síťové heslo, vždy můžete spustit ESP32 WiFi Scan a detekovat jakékoli bezdrátové sítě v okolí, ale v mém programu jsou informace o síti nastaveny pouze v kódu a kódu. Možná ho můžete upravit a zeptat se, ke které síti se chcete připojit:)

Kód je poměrně jednoduchý a v příštích několika týdnech strávím nějaký čas jeho komentováním a vylepšováním. V zásadě se připojujeme k síti, v mém případě k mé domácí síti. Poté se pokusíme připojit k Weather Underground a obdržet text JSON z webové stránky. K extrakci se pak použije knihovna ArduinoJSON. nebo analyzovat kód JSON na pole nebo řetězce znaků, které nám umožňují manipulovat s hodnotami před jejich zobrazením uživateli. Poslední bit kódu je výhradně pro programování GUI a byl proveden metodou pokusu a omylu. Podíval jsem se na displej, zvýšil nebo snížil pozici aktiv a znovu spustil kód, dokud jsem nebyl spokojený s tím, jak vypadá velikost písma, rozložení a obrázky.

Pro úsporu energie jsem pro ESP32 implementoval rutinu hlubokého spánku. Výchozí hodnota je 60 sekund, nicméně doporučuji změnit hodnotu na něco jako hodinu nebo dvě, protože aktualizace neprobíhají alespoň několik hodin. Příklad přijímá sekundy, takže se ujistěte, že provádíte převody správně.

Také jsem použil program The Dot Factory ke generování hexadecimálních polí pro nové písmo. Toto písmo se používá ke generování „obrázků“pro fáze měsíce. Pokud chcete upravit soubor písem, ujistěte se, že pro generování používáte výše uvedený program. Je to trochu matoucí, protože knihovna E-Ink není dobře zdokumentována a většina mého úspěchu byla díky pokusům a omylům. Když s tímto kódem strávím více času, aktualizuji Instructable, abych poskytl více informací o mých zjištěních.

Písmo použité pro fáze měsíce musí být provedeno podle standardního rozložení ASCII. Pokud otevřete font24 ve složce EPD-master, uvidíte rozložení, kde je 1. grafika označena mezerou, druhá je „!“(vykřičník) a tak dále. Uvidíte, že vytáhnu související písmo pomocí čísla 3 nebo symbolu hashtag v posledním bitu kódu (funkce getLunarChar). Důvodem je, že Arduino očekává standard ASCII od 32 do 127. Protože používáme písma, která nemají nic společného se skutečnými fonty, a spíše s grafickou maticí fáze měsíce, musíme zajistit, aby znak ASCII odkazoval na námi zvolený obrázek fáze měsíce. To znamená, že pomocí! znamení, naše písmo lunární fáze nám ukazuje druhou grafiku fáze měsíce v tomto seznamu. Když se podíváte na písmo měsíční fáze, uvidíte celou hromadu fází měsíce, všechny s různými úrovněmi osvětlení. V budoucnu přidám další kód, abych využil veškerou grafiku, kterou jsme implementovali. V současné době používáme pouze několik, ale grafika je již implementována v písemném režimu lunární fáze a je třeba jej implementovat do kódu, aby bylo možné jej použít.

Krok 6: Konečná montáž

Poslední a nejuspokojivější částí stavby je proces montáže. Navrhl jsem a 3D vytiskl skříň, která se hodí k mé desce. Projekt je velmi kutilský, neexistují žádné profesionální DPS ani jediné standardní rozložení. Krabice, kterou jsem použil, je z větší části dostatečně velká, aby se do ní vešla jakákoli lipo nabíječka nebo posilovač převodu, který se rozhodnete použít. Dokud poskytují stejné základní funkce uvedené v tomto Instructable, měli byste být v pořádku.

Pomocí 4 šroubů jsem držel horní a dolní polovinu skříně pohromadě a pomocí horkého lepidla jsem namontoval své vlastní obvody. Použil jsem několik velmi malých kapek lepidla, abych udržel baterii, ale kdybych měl více času, udělal bych vlastní držák pro veškerou elektroniku.

Také jsem se rozhodl udělat na zadní straně otvor pro západkové tlačítko. Tím se odpojí baterie od zesilovače, což je užitečné, pokud neplánujete spouštět zařízení 24/7. Boost Converter bohužel stále využívá energii, i když je váš ESP32 v režimu hlubokého spánku.

Celkově jsem s výsledkem velmi spokojen. Při používání ESP32 jsem se toho hodně naučil a vidím, že ho budu v budoucnu používat pro různé projekty.

Pokud máte nějaké dotazy, klidně se ptejte, rád vám pomůžu a pokud najdete nějaké chyby v tomto pokynu, dejte mi prosím vědět.

EDIT: Ve skutečnosti jsem místo 3D tištěné verze CNC strojil malé pouzdro, což je to, co vidíte na vybraných obrázcích.

EDIT: Na vybraných obrázcích vidíme úplněk s 99% osvětlením. Proto bílý kruh, jak měsíc prochází svými typickými fázemi, obraz měsíce se odpovídajícím způsobem změní. Další obrázky se budou nahrávat, jak měsíc postupuje fázemi, takže můžete získat reprezentaci grafiky.

Runner Up in the Space Challenge