Raspberry Pi in the Wild! Temps de lapse ampliat amb bateria: 10 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Motivació: volia utilitzar la càmera Raspberry Pi amb bateria per fer fotos un cop al dia a l'aire lliure per crear vídeos a llarg termini. La meva aplicació particular és registrar el creixement de les plantes de coberta del sòl la propera primavera i estiu.

Repte: dissenyar un control de potència Raspberry Pi de baix corrent per garantir una llarga durada de la bateria.

La meva solució: faig servir un rellotge despertador piratat, un circuit Attiny85 i una pala Onim Pimoroni per tallar completament l’alimentació de Raspberry Pi quan no s’utilitza. Tot i que el rellotge despertador i Attiny85 continua funcionant en mode d’espera, el consum actual només és de 5 microAmps. Dues bateries AAA alimenten Attiny i el despertador, mentre que un banc d’alimentació USB alimenta el Pi.

Funcionament bàsic: quan s’activa el despertador, es desperta un circuit Attiny dormit, que fa senyal a Pimoroni OnOff shim per aplicar energia des del banc d’alimentació USB al Raspberry Pi. El Pi executa un script d’arrencada (feu una fotografia). Després que hagi passat el temps suficient (60 segons a la meva aplicació), el circuit d'Attiny torna a senyalitzar Pimoroni OnOff shim i, després, l'Attiny entra en mode de suspensió. Basant-se en el senyal d’Attiny, el shim Pimoroni OnOff executa l’ordre d’aturada Pi i, un cop finalitzat el procés d’aturada Pi, talla l’alimentació del banc d’alimentació USB a Raspberry Pi.

Pas 1: peces i eines

Parts:

Raspberry Pi Zero o Raspberry Pi Zero W (augmenta la potència)

Mòdul de càmera Raspberry PI

Funda Zero Raspberry Pi

Pimoroni ONOFF SHIM RASP PI POWER SWITCH, Digikey

OPTOISOLADOR Digikey

Objectiu de rellotge despertador digital amb bateria

ATtiny85 8 DIP Digikey

(2) CAP ALUM 100UF Digikey

Mòdul RTC DS3231 AliExpress

(2) Resistència de 68 ohms

Cable micro USB curt (aproximadament 6 polzades)

Clear Box Amac SKU #: 60120. 4 "x 4" x 5-1 / 16 "h La botiga de contenidors

Banc d'alimentació USB Kmashi 11200 mAh # k-mp806 o similar

Cinta adhesiva doble

Petit cargol autorroscant

(2) Capçals apilables femenins d'1 X 8 pins: es venen normalment a capçaleres d'apilament Arduino UNO AliExpress

Perf o tauler de tires aproximadament 1 1/4 "per 2"

5 1/2 per 5/12 per 3/4 de gruix de pi o contraxapat

1 tub de 1/4 de PVC d'uns 15 de llarg

1 acoblador de 1/4 de PVC

(2) cordons de corda curts d'uns 10 de llarg

(4) Clavilles de fusta de 1/4 "de diàmetre d'uns 1" de llarg

Gorra de màniga natural UltraDeck

Eines:

Talladors de filferro i soldadura

Arduino UNO o una altra forma de programar ATtiny85

Connecteu filferro i ponts

Teclat, ratolí, monitor HDMI, port USB i concentrador Ethernet, cable OTG

Mulitmetre

Pas 2: instal·leu el sistema operatiu Raspberry Pi, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC i el mòdul de càmera Pi

Configuració de Pi Zero. Prepareu la targeta SD per a Raspberry Pi amb la distribució que vulgueu. Durant el procés de configuració inicial, assegureu-vos d’habilitar la interfície I2C, la càmera i l’arrencada a CLI amb l’inici de sessió automàtic, configureu l’hora local correcta i canvieu la contrasenya. També recomano configurar una adreça IP estàtica per facilitar les coses. Soldada rematada masculina cap a Pi Zero. Podeu utilitzar la capçalera estàndard de 2 x 20 o una capçalera de 2 x 6 més curta, ja que no són necessaris els 40 pins per a aquest projecte, només els primers 12 pins.

Instal·lació de la càmera. Introduïu Pi Zero a la seva funda i utilitzeu el mòdul de càmera de connexió per cable de cinta curta inclòs a Pi Zero encaminant la ranura final de la caixa de sortida del cable. Col·loqueu la tapa superior ranurada GPIO i poseu la càmera a la tapa amb cinta adhesiva doble (vegeu la foto).

Prepareu Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC. Tot i que el Pimoroni OnOff Shim inclou una capçalera femenina de 2 x 6, he utilitzat dues capçaleres apilables femenines de 1 x 6 que es venen normalment per a Arduino UNO, els passadors de capçalera s’han d’estendre per sobre de Pimoroni OnOff Shim a les ubicacions 1, 3, de Raspberry Pi, 5, 7, 9, es poden reduir els altres pins a la longitud estàndard del pin. Empenyeu el DS3231 RTC sobre els pins estesos tal com es mostra a la foto i, a continuació, premeu el subconjunt Pimoroni OnOff Shim i DS3231 RTC als pins de capçalera Raspberry Pi com es mostra.

Instal·leu el programari Pimoroni OnOff Shim amb:

rínxol https://get.pimoroni.com/onoffshim | bash

Per obtenir informació addicional sobre la instal·lació de Shim, consulteu aquí

Instal·leu el programari DS3231 RTC segons aquestes instruccions

Proves inicials: càmera, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC

Connecteu el teclat i el monitor locals a Pi Zero. Assegureu-vos que teniu una connexió de xarxa (cable Ethernet o Wifi). Connecteu el cable d'alimentació USB Pimoroni OnOff Shim.

a. Premeu el botó de pulsació Pimoroni OnOff Shim durant 3 segons i, a continuació, deixeu-lo activar o desactivar. Observeu el procés d’arrencada i aturada al monitor. Ara, el vostre Pi Zero té una actualització de tecnologia avançada: un interruptor d’encesa / apagat.

b. Establiu l’hora DS3231 i verifiqueu que es llegeixi l’hora correcta amb:

sudo hwclock -w

sudo hwclock -r

c. Proveu la funció de la càmera segons aquestes instruccions.

Pas 3: configureu l'script executat a l'arrencada de Raspberry Pi i la càmera de prova

Creeu i passeu al nou subdirectori zerocam

mkdir zerocam

cd zerocam

Utilitzeu el nano editor per crear un fitxer de seqüència d’ordres nou

nano photo.sh

A continuació, copieu i enganxeu el codi següent a l'editor nano. El nano tancat amb Ctrl + X, Y després Retorn.

#! / bin / bash

DATE = $ (data + "% Y-% m-% d_% H% M") raspistill -o /home/pi/zerocam/$DATE-j.webp

Com que aquest script utilitza l’ordre convert, haureu d’instal·lar ImageMagick al Raspberry Pi

sudo apt-get update

sudo apt-get install imagemagick

Feu que el fitxer sigui executable

chmod + x photo.sh

Obriu /etc/rc.local (les ordres d’aquest fitxer s’executen a l’arrencada)

sudo nano /etc/rc.local

Prop de la part inferior del fitxer, just abans de la declaració exit 0, afegiu aquesta nova línia i, a continuació, tanqueu nano amb Ctrl + X, Y i després Retorna.

sh /home/pi/zerocam/photo.sh

Amb un monitor local connectat, proveu que funcioni

sudo reiniciar

El Pi s'hauria de reiniciar i fer una foto. Hi haurà un nou fitxer-j.webp

També proveu d’encendre i apagar el Pi amb el polsador Pimoroni. Mesureu i registreu el temps d’arrencada del Pi. Ha de ser inferior a 60 segons.

Pas 4: piratejar el despertador

Observeu el funcionament produït: instal·leu dues bateries AAA al despertador i practiqueu la configuració de l'hora i l'alarma segons les instruccions incloses. En particular, observeu que sona l’alarma: hauríeu de veure que (1) el petit símbol d’alarma de la pantalla parpelleja, (2) el zumbador sona durant 1 minut i després s’apaga i (3) el LED de llum posterior s’il·lumina durant 5 segons i després s’apaga.

Desmuntatge: traieu els quatre cargols del rellotge per separar les dues meitats i, a continuació, traieu quatre cargols més per alliberar el PCB principal.

Hack - Tallar els cables LED a la part frontal de la PCB tal com es mostra i soldar-los amb cables de 5 de llargada als cables restants de la part posterior del PCB (vegeu la il·lustració). Dessoldeu el brunzidor tal com es mostra.

Als terminals del compartiment de la bateria, afegiu dos cables addicionals (vermell i negre) més un condensador electrolític de 100MFD com es mostra (observeu la polaritat).

Torneu a muntar el rellotge assegurant-vos de dirigir el LED i que la bateria nova condueixi cap a les ranures de retenció de la coberta posterior tal com es mostra.

Torneu a provar: instal·leu les bateries i proveu la funció d'alarma; ara, quan s'activa l'alarma, hauríeu de veure parpellejar el petit símbol d'alarma de la pantalla, però no hi ha cap zumbador ni llum de fons. Connecteu un multímetre a cables LED que hauríeu de detectar uns 3 V CC quan l’alarma s’activa durant un període d’uns 5 segons..

Pas 5: Creeu una placa de circuit Attiny85

Referint-vos a la foto i a Attiny85 Schematic.pdf, construïu la placa de circuit sobre una petita peça de perf o placa de tires. Notes:

• Assegureu-vos d’utilitzar un sòcol DIP de 8 pins per al xip Attiny85, ja que cal eliminar-lo per a la programació.
• Assegureu l'orientació correcta de l'Optos abans de soldar.
• El pont porta a Pimoroni Shim ha de tenir almenys 4 polzades de llarg amb capçaleres femenines per fixar els passadors masculins Shims BTN.
• Observeu la polaritat quan feu connexions amb un clic d’alarma: el circuit no té cap protecció de polaritat inversa

Pas 6: pengeu el codi al xip Attiny 85

Amb un Arduino Uno o altres mitjans, pengeu el codi (fitxer AttinyPiPowerControl.ino adjunt) al vostre xip Attiny85. Nota: aquest codi permet 60 segons perquè el PI arrenci, faci una foto i arribi a l'indicador d'ordres del terminal abans d'iniciar el procés d'apagada. A continuació, podeu instal·lar el xip Attiny85 al sòcol de la placa de circuit: comproveu l'orientació.

Nota: Si necessiteu més o menys temps d'execució Pi, només cal que editeu aquesta línia a la part inferior:

retard (60000); // deixa que Pi s'engegui i funcioni durant un temps

Pas 7: Cablatge i prova inicial i descàrrega de fitxers fotogràfics des de PI

Cablejat:

Connecteu el banc d’alimentació USB al port micro usb de la placa Pimoroni. Connecteu els cables de pont des de la placa de circuit Attiny85 a la calçada Pimoroni, assegureu-vos que el cable negre es connecti al pin BTN de la vora més externa de la calçada Pimoroni.

Prova:

Instal·leu 2 bateries AAA al despertador i configureu l'hora del rellotge. També recomano connectar el port HDMI de Pi a un monitor local.

Activeu l'alarma i configureu una alarma uns minuts més endavant. Quan soni l'alarma, hauríeu de veure:

a. La icona d'alarma de rellotge comença a parpellejar

b. Després d’uns 5 segons, el LED vermell Pimoroni Shim s’encén durant 5 segons

c. El Pi comença a arrencar

d. Al cap d’uns 20 segons s’encén el LED de la càmera i es fa una foto. Si teniu un monitor local connectat, veureu una breu previsualització de la foto feta.

e. Després de 40 segons més o menys, el Pi arrenca fins a l’indicador d’ordres del terminal

f. Pi inicia el procés d’aturada, al cap d’uns 20 segons, el LED vermell Pimoroni Shim parpelleja indicant que l’alimentació està tallada al PI

Baixant fitxers de fotos de PI

Connecto el PI a la meva xarxa mitjançant un cable OTG i un adaptador USB a Ethernet, alimentant Pi des de la berruga de la paret. A continuació, utilitzeu WinSCP per descarregar fitxers al meu PC.

Pas 8: muntar el recinte electrònic

Connecteu la placa de circuit Attiny85 a la part posterior del despertador mitjançant un petit cargol autofilant. Connecteu PI al rellotge amb cinta adhesiva doble com es mostra

Col·loqueu el rellotge a l'esquerra per mostrar la part inferior de la vitrina amb cinta adhesiva doble

Connecteu el banc d'alimentació USB a la part inferior de la vitrina amb cinta adhesiva doble, tal com es mostra.

Col·loqueu la caixa superior sobre la part inferior de la vitrina com es mostra.

Pas 9: construïu la munta de muntatge, muntatge final i deixeu anar PI al medi natural

Peça inferior: en un tros de fusta de 5 1/2 X 5 1/2, talleu 4 ranures de 3/4 "cap a l'interior de cada costat, tal com es mostra. He utilitzat una broca de 1/4 d'encaminador, però també podeu trepar i serrar. el centre fa un forat per a un acoblament de 1 1/4 de PVC. La mida ideal del forat és 1 5/8 ", però com que només tenia una serra de 1 3/4", l'he utilitzat i he construït l'acoblament OD amb cinta d'ànec. acoblament en lloc amb epoxi.

Centreu el recinte electrònic sobre el bloc de fusta i marqueu-ne el contorn. A continuació, practiqueu quatre forats de 1/4 al llarg de cada costat com es mostra. Enganxeu quatre tacs de fusta de 1 "de llarg de 1/4" de diàmetre en aquests forats; això ajudarà a mantenir el recinte centrat.

Peça superior: foradeu quatre forats de 3/16 "a prop de la vora inferior de cada mida i introduïu ganxos en S de 3/4" de llarg a cada forat doblegant els extrems tancats perquè no caiguin. A les vores interiors, cola calenta de 4 trossos de fusta de quatre i mig de gruix, que ajudaran a mantenir la peça superior centrada sobre el recinte.

Muntatge final: col·loqueu el recinte electrònic entre les peces superior i inferior i assegureu-lo amb dos cordons bungee com es mostra

Allibereu PI al medi natural: feu una estaca de muntatge tallant una canonada de PVC de 1 1/4 "d'una longitud adequada als vostres propòsits, talleu un extrem amb un angle de 45 graus per facilitar la picada al terra. En el meu cas, jo ' Estic interessat en el creixement de les plantes de coberta del sòl (Vinea minor) aquesta primavera i, per tant, la meva estaca de PVC només té una longitud de 15 ". Comproveu que les bateries AAA estiguin fresques, que el banc d’alimentació USB estigui completament carregat i que el rellotge despertador estigui correctament configurat; després torneu a posar el joc a terra i llisqueu el conjunt a la part superior del pal de muntatge. Vegeu la foto.

Pas 10: Mesures actuals i prova de vida de la bateria accelerada

Vaig mesurar el corrent mitjançant el multímetre RS-232 de Radio Shack (22-812) i el programari complementari Meter View. No és l’elecció de la bèstia, però és el que tinc.

Mesura del consum de corrent a partir de la placa Attiny85 i el despertador de dues bateries AAA

Per al multímetre "connectar en sèrie", he utilitzat bateries fictícies i font d'alimentació de banc de 3 V CC (veure foto). Vegeu el gràfic de corrent mesurat durant el període "actiu" (comença amb un esdeveniment d'alarma; acaba amb Attiny85 torna al mode de repòs). El dibuix sense alarma va ser constant de 0,0049 mA. Resum -

Període actiu = 78 segons

Mitjana de període actiu Corrent = 4,85 mA

Corrent sense alarma = 4,9 microA (0,0049 mA)

Vaig calcular un consum diari mitjà de 0,0093 mA dels dos AAA (750 mAh / cada un) tenint en compte els modes actius i de repòs, i la durada de la bateria teòrica> 8 anys amb aquest mètode.

Mesura del consum de corrent PI des del powerbank USB. Per al multímetre "connectar en sèrie" he utilitzat un cable USB modificat (veure foto). Vegeu el gràfic del corrent mesurat durant el període "actiu" (arrencada PI - apagat PI). Durant el període no actiu, el cargol Pimoroni ONOFF talla completament l'energia a Pi, de manera que el corrent és zero. Resum -

Període actiu = 97 segons

Mitjana de període actiu Corrent = 137 mA

Suposant un banc de potència de 11200 mAh, el nombre teòric de cicles de període actiu és> 3000.

Prova de vida de la bateria accelerada

Vaig controlar temporalment el PI amb Arduino UNO programat per a un ciclisme ràpid: el temps entre alarmes era de 2 minuts en comparació amb el normal de 24 hores.

Prova núm. 1: banc de potència de 11200 mAh. Vaig començar a les 22:00 i em vaig aturar a les 13:00 el dia següent. Resultats: es van fer 413 fotos, 3 de 4 LED de nivell de càrrega encara encès al final de la prova.

Prova núm. 2: banc d'energia de 7200 mAh. Vaig començar a les 19:30 i em vaig aturar a les 16:30 l’endemà. Resultats: 573 fotos preses, 2 de 4 LED de nivell de càrrega encara encès al final de la prova.

Conclusió: Crec que els resultats anteriors indiquen que és probable que es faci almenys un any d’operació fent 1 per fotografia.