Escalfador de rosca Raspberry Pi per a càmeres tot cel: 7 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

[Mireu el pas 7 per obtenir un canvi al relé utilitzat]

Es tracta d’una actualització a una càmera tot-cel que he construït seguint l’excel·lent guia de Thomas Jaquin (càmera sense fils sense fils). nit, que enfosqueix la vista del cel nocturn. La solució és afegir un escalfador de rosada que escalfarà la cúpula per sobre del punt de rosada o la temperatura a la qual es condensarà l’aigua a la cúpula.

Una manera comuna de fer-ho és fer passar el corrent a través de diverses resistències, que després s’escalfaran i utilitzar-lo com a font de calor. En aquest cas, atès que la càmera ja té un Raspberry Pi, volia utilitzar-lo per controlar el circuit de resistències mitjançant un relé, encenent-los i apagant-los segons sigui necessari per mantenir una temperatura de la cúpula determinada per sobre del punt de rosada. A la cúpula es troba un sensor de temperatura per controlar-lo. Vaig decidir obtenir les dades de temperatura i humitat del clima local del Servei Meteorològic Nacional per obtenir la informació del punt de rosada necessària, en lloc d'afegir un altre sensor, i necessito una penetració a la carcassa de la càmera que pogués filtrar-se.

El Raspberry Pi té una capçalera GPIO que permet a les plaques d’expansió controlar els dispositius físics, però la pròpia E / S no està dissenyada per manejar el corrent que requereix un circuit de potència de resistència. Per tant, es necessiten components addicionals. Estic planejant utilitzar un relé per aïllar el circuit d'alimentació, de manera que es necessita un IC de controlador de relé per a la interfície amb el Pi. També necessito un sensor de temperatura per llegir la temperatura a l'interior de la cúpula, de manera que cal un convertidor analògic a digital (ADC) perquè el Pi pugui llegir la temperatura. Aquests components estan disponibles individualment, però també podeu comprar un "barret" per al Pi que conté aquests dispositius en una placa que només es connecta al GPIO del Pi.

Vaig anar amb el Pimoroni Explorer pHAT, que té tota una gamma d'E / S, però per als meus propòsits, té quatre entrades analògiques de 0-5V i quatre sortides digitals adequades per conduir relés.

Per al sensor de temperatura de la cúpula, he utilitzat un TMP36, que m’ha agradat perquè té una equació lineal senzilla per obtenir la temperatura de la lectura del voltatge. Utilitzo termistors i RTD a la meva feina, però no són lineals i, per tant, són més complicats d’implementar des de zero.

Vaig utilitzar el kit Perma Proto Bonnet Mini d’Adafruit com a placa de circuit per soldar el relé, el bloc de terminals i altres cables, cosa que és agradable ja que té una mida per al Pi i té circuits rellevants per al que ofereix el Pi.

Aquestes són les coses principals. Vaig acabar obtenint gairebé tot de Digikey, ja que emmagatzemen les peces d’Adafruit a més de totes les parts normals del circuit, de manera que és senzill aconseguir-ho tot alhora. Aquí teniu un enllaç a un carret de la compra amb totes les peces que he demanat:

www.digikey.com/short/z7c88f

Inclou un parell de bobines de filferro per als cables de pont, si ja en teniu, no en necessiteu.

Subministraments

• Pimoroni Explorer pHAT
• Sensor de temperatura TMP36
• Resistències de 150 Ohm 2W
• 1A 5VDC relé SPDT
• Bloc de borns de cargol
• Targeta de circuits
• Filferro
• separacions de plaques de circuits
• soldadura i soldador

Llista de peces a digikey:

www.digikey.com/short/z7c88f

Pas 1: Notes de teoria elèctrica

És important assegurar-se que els components utilitzats tinguin la mida adequada per controlar la potència i el corrent que veuran, en cas contrari es podria produir un avaria prematura o fins i tot un incendi.

Els components principals que cal preocupar-se en aquest cas són la qualificació actual dels contactes del relé i la potència nominal de les resistències.

Com que l’única càrrega del nostre circuit de potència són les resistències, només podem calcular la resistència total, posar-la a la llei d’Ohm i calcular el corrent del nostre circuit.

Resistència total de resistències paral·leles: 1 / R_T = 1 / R_1 + 1 / R_2 + 1 / R_3 + 1 / R_N

Si les resistències individuals són iguals, es pot reduir a: R_T = R / N. Per tant, per a quatre resistències iguals és R_T = R / 4.

Estic fent servir quatre resistències de 150 Ω, de manera que la meva resistència total a través d’elles és de (150 Ω) /4=37,5 Ω.

La llei d’Ohm és només Voltatge = Resistència X actual (V = I × R). Podem reordenar-ho per determinar el corrent per obtenir I = V / R. Si connectem la nostra tensió a la nostra font d’alimentació i a la nostra resistència, obtindrem I = (12 V) / (37,5 Ω) = 0,32 A. Per tant, això vol dir, com a mínim, que el relé hauria d’estar qualificat a 0,32 A. el relé 1A que estem utilitzant és més de 3 vegades la mida necessària, que és abundant.

Per a les resistències, hem de determinar la quantitat de potència que passa per cadascuna. L’equació de potència es presenta de diverses formes (mitjançant la substitució per la llei d’Ohm), però el que més ens convé és P = E ^ 2 / R. Per a la nostra resistència individual, això es converteix en P = (12V) ^ 2 / 150Ω = 0,96 W. Per tant, voldrem una resistència d’1 watt com a mínim, però una de 2 watts ens donarà un factor de seguretat addicional.

La potència total del circuit seria de 4 x 0,96 W o 3,84 W (també podeu posar la resistència total a l’equació de potència i obtenir el mateix resultat).

Escric tot això, de manera que, en cas que vulgueu generar més energia (més calor), podeu executar els vostres números i calcular les resistències necessàries, la seva qualificació i la qualificació del relé necessari.

Inicialment, vaig intentar executar el circuit amb els 5 volts del carril Raspberry Pi, però la potència generada per resistència és només P = (5V) ^ 2 / 150Ω = 0,166 W, per un total de 0,66 W, que no era És suficient per generar més d’un parell de graus d’augment de temperatura.

Pas 2: pas 1: soldadura

D'acord, amb prou llistes de parts i teoria, anem al disseny i soldadura de circuits.

He dibuixat el circuit al Proto-Bonnet de dues maneres diferents, una com a esquema de cablejat i una altra com a representació visual de la placa. També hi ha una foto marcada de la placa pHAT de Pimoroni Explorer, que mostra el cablejat que hi ha entre ella i el Proto-Bonnet.

A l’Explorer pHAT, la capçalera de 40 pins que s’acompanya s’ha de soldar a la placa, aquesta és la connexió entre ell i el Raspberry Pi. Ve amb una capçalera de terminal per a la E / S, però no l’he utilitzat, sinó que només heu soldat els cables directament a la placa. El Proto-Bonnet també inclou connexions per a la capçalera, però en aquest cas no s’utilitza.

El sensor de temperatura es connecta directament a la placa Explorer pHAT mitjançant cables per compensar la diferència entre la ubicació del Raspberry Pi i l'interior de la Cúpula de la càmera on es troba.

El bloc de borns de cargol i el relé de control són els dos components que es solden a la placa Proto-Bonnet; en l’esquema s’etiqueten T1, T2, T3 (per als tres borns de cargol) i CR1 per al relé.

Les resistències es solden a cables que també van des del Raspberry Pi fins a la Cúpula de la càmera, es connecten al Proto-Bonnet mitjançant els terminals de cargol de T1 i T3. Em vaig oblidar de fer una foto del conjunt abans de tornar a instal·lar la càmera al terrat, però vaig intentar espaiar les resistències de manera uniforme al voltant de la cúpula, amb només dos cables que tornaven al Proto-Bonnet. L'entrada a la cúpula a través de forats en els costats oposats de la canonada, amb el sensor de temperatura que entra per un tercer forat, espaiat uniformement entre dues de les resistències prop de la vora de la cúpula.

Pas 3: Pas 2: Muntatge

Un cop estigui soldat junt, el podeu instal·lar a la càmera tot cel. Munteu l'Explorer pHAT al Rasperry Pi, empenyent-lo a la capçalera de 40 pins i, a continuació, el Proto-Bonnet es munta al seu costat a la part superior del Pi mitjançant alguns separadors. Una altra opció seria fer servir separadors a la part superior de l'Explorer, però com que feia servir el recinte de tubs d'ABS, feia que el Pi fos massa gran per poder-hi encaixar.

Encaminar el sensor de temperatura cap amunt del recinte fins a la seva ubicació i instal·lar també l’arnès de resistències. A continuació, connecteu l’arnès al bloc de borns del proto-tauler.

A la programació!

Pas 4: pas 3: carregar la biblioteca PHAT de l'Explorer i provar la programació

Abans de poder utilitzar l'Explorer pHAT, hem de carregar-ne la biblioteca des de Pimoroni perquè el Pi pugui comunicar-s'hi.

Al vostre Raspberry Pi, obriu el terminal i introduïu:

curl https://get.pimoroni.com/explorerhat | bash

Escriviu 'y' o 'n' segons correspongui per acabar la instal·lació.

A continuació, voldrem executar un programa senzill per provar les entrades i sortides, per assegurar-nos que el cablejat sigui correcte. El DewHeater_TestProg.py adjunt és un script Python que mostra la temperatura i activa i desactiva el relé cada dos segons.

temps d'importació

import exploradorhat delay = 2 while True: T1 = explorerhat.analog.one.read () tempC = ((T1 * 1000) -500) / 10 tempF = tempC * 1,8 +32 print ('{0: 5.3f} volts, {1: 5.3f} degC, {2: 5.2f} deg F'.format (round (T1, 3), round (tempC, 3), round (tempF, 3))) V1 = explorerhat.output.two. on () print ('Relay on') time.sleep (delay) V1 = explorerhat.output.two.off () print ('Relay off') time.sleep (delay)

Podeu obrir el fitxer al vostre raspberry Pi, (al meu s’ha obert a Thonny, però també hi ha molts altres editors de Python), i després executar-lo i hauria de començar a mostrar la temperatura, i escoltarà el relé fent clic i desactivant! Si no, feu una comprovació del cablejat i dels circuits.

Pas 5: pas 4: carregar la programació de l'escalfador de rosada

Aquí teniu la programació completa de l’escalfador de rosada. Fa diverses coses:

• Extreu la temperatura exterior actual i el punt de rosada d’una ubicació determinada del Servei Meteorològic Nacional cada cinc minuts. Si no obté dades, manté les temperatures anteriors i torna a intentar-ho en cinc minuts més.

  • El NWS sol·licita que s'inclogui la informació de contacte a les sol·licituds de l'API, en cas que hi hagi problemes amb la sol·licitud, saben amb qui s'ha de posar en contacte. Això es troba a la línia 40 de la programació, si us plau, substituïu "[email protected]" per la vostra pròpia adreça de correu electrònic.
  • Haureu d’anar a weather.gov i buscar una previsió per a la vostra zona per obtenir l’identificador de l’estació, que és l’estació meteorològica més propera al NWS. L'identificador de l'estació és a () després del nom de la ubicació. Introduïu-ho a la línia 17 de la programació. Actualment mostra KPDX o Portland, Oregon.
  • Si sou fora dels EUA, hi ha una altra possibilitat d’utilitzar dades d’OpenWeatherMap.org. No ho he provat jo, però podeu veure aquest exemple aquí: Reading-JSON-With-Raspberry-Pi
• Tingueu en compte que les temperatures del NWS i del sensor de temperatura són en graus centígrads, igual que les de la càmera ASI, de manera que, per coherència, les vaig mantenir totes centrígrads en lloc de convertir-les a Fahrenheit, que és el que estic més acostumat a.
• A continuació, llegeix la temperatura del sensor de la cúpula i, si es troba a menys de 10 graus per sobre del punt de rosada, engega el relé. Si supera els 10,5 graus per sobre del punt de rosada, apaga el relé. Podeu canviar aquests paràmetres si ho desitgeu.
• Un cop al minut, registra els valors actuals de les temperatures, el punt de rosada i l’estat del relé en un fitxer.csv perquè pugueu veure com funciona al llarg del temps.

Programa de control #Raspberry Pi Dew Heater

#Dec 2019 #Brian Plett # Utilitza Pimoroni Explorer pHAT, un sensor de temperatura i un relé # per controlar un circuit de resistència com a escalfador de rosada per a una càmera tot el cel #Pulsa la temperatura de l'aire exterior i el punt de rosada del lloc web NWS # manté la temperatura interna 10 graus superiors al punt de rosada importació temps importació importació datetime sol·licituds importació importació csv importació explorador que #Station ID és l'estació meteorològica més propera al NWS. Aneu a weather.gov i busqueu un pronòstic per a la vostra zona; #station ID és a () després del nom de la ubicació. settings = {'station_ID': 'KPDX',} #Alternate URL for weather information #BASE_URL = "https://api.openweathermap.org/data/2.5/weather?appid={0}&zip={1}, { 2} & units = {3}"

# URL del temps per recuperar dades

BASE_URL = "https://api.weather.gov/stations/{0}/observations/latest"

#delay per al control del relé, segons

ControlDelay = 2 A = 0 B = 0 mentre és cert: #date a utilitzar al nom del fitxer de registre datestr = datetime.datetime.now (). Strftime ("% Y% m% d") #date i hora a utilitzar per a cada fila de dades localtime = datetime.datetime.now (). strftime ("% Y /% m /% d% H:% M") #CSV path path path = '/home/pi/allsky/DewHeaterLogs/DewHeatLog{}.csv' mentre que B == 0: proveu: #Pull temperature and dewpoint from NWS every 60 seconds final_url = BASE_URL.format (settings ["station_ID"]) weather_data = requests.get (final_url, timeout = 5, headers = {'User-agent ':' Raspberry Pi 3+ Allsky Camera [email protected] '}) oatRaw = weather_data.json () ["properties"] ["temperature"] ["value"] dewRaw = weather_data.json () ["properties"] ["punt de rosada"] ["valor"] # impressió de diagnòstic per a la impressió de dades de temperatura bruta (oatRaw, dewRaw) OAT = rodó (oatRaw, 3) Rosada = rodona (dewRaw, 3) excepte: A = 0 B = 1 pausa A = 0 B = 1 interrupció si A <300: A = A + Control Retard més: B = 0 #Llegiu la tensió bruta de Raspberry Pi Explorer PHat i converteix-la a la temperatura T1 = explorerhat.analog.one.read () tempC = ((T1 * 1 000) -500) / 10 #tempF = tempC * 1,8 +32 if (tempC Dew + 10,5): V1 = explorerhat.output.two.off () #diagnostic impressió que mostra les temperatures, els punts de rosada i l'estat de sortida del relé d'impressió ('{ 0: 5.2f} degC, {1: 5.2f} degC, {2: 5.2f} deg C {3: 5.0f} ". Format (rodó (OAT, 3), rodó (rosat, 3), rodó (tempC, 3), explorerhat.output.two.read ())) # 10 segons després de passar el minut, escriviu dades a un fitxer CSV si A == 10: si os.path.isfile (path.format (datestr)): print (path.format (datestr)) amb open (path.format (datestr), "a") com csvfile: txtwrite = csv.writer (csvfile) txtwrite.writerow ([localtime, OAT, Dew, tempC, exploratorhat. output.two.read ()]) else: fieldnames = ['date', 'Outdoor Air Temp', 'Dewpoint', 'Dome Temp', 'Relay State'] amb obert (path.format (datestr), "w ") com csvfile: txtwrite = csv.writer (csvfile) txtwrite.writerow (noms de camp) txtwrite.writerow ([localtime, OAT, Dew, tempC, explorerhat.output.two.read ()]) time.sleep (ControlDelay)

Ho he desat en una carpeta nova de la carpeta allsky anomenada DewHeaterLogs.

Proveu d'executar-ho una mica per assegurar-vos que tot queda bé, abans de passar a executar-lo com a script.

Pas 6: pas 5: execució de l'script a l'inici

Per executar l'script Dew Heater tan aviat com s'iniciï el Raspberry Pi, he seguit les instruccions aquí:

www.instructables.com/id/Raspberry-Pi-Laun…

Per a l'script Launcher, he creat això:

#! / bin / sh

# launcher.sh # navegueu al directori inicial, després a aquest directori, després executeu l'script python i torneu a casa cd / cd home / pi / allsky / DewHeaterLogs sleep 90 sudo python DewHeater_Web.py & cd /

Un cop fet això, hauríeu d’anar bé. Gaudeix de tenir una càmera sense rosada.

Pas 7: actualitzeu el desembre de 2020

Cap a la meitat de l'any passat, el meu escalfador de rosada va deixar de funcionar, de manera que vaig desactivar el codi fins que vaig poder fer-hi una ullada. Finalment, he tingut una mica de temps durant les vacances d’hivern i he comprovat que el relé que he utilitzat mostrava una alta resistència entre els seus contactes mentre funcionava, probablement per la sobrecàrrega.

Per tant, l’he actualitzat amb un relé de puntuació superior, un de contacte 5A en lloc de 1A. També és un relé de potència més que un relé de senyal, així que espero que ajudi. Es tracta d’un TE PCH-105D2H, 000. També he afegit uns terminals de cargol per a l’Explorer pHAT, de manera que podia desconnectar fàcilment l’escalfador i el sensor de temperatura segons sigui necessari. Tots tres es troben a la cistella de la compra a continuació:

Carro de la compra Digikey

Tingueu en compte que els passadors d’aquest relé són diferents de l’anterior, de manera que el punt de connexió és lleugerament diferent, però hauria de ser senzill. La polaritat no té importància per a la bobina, FYI.