Estació meteorològica completa de Bricolatge Raspberry Pi amb programari: 7 passos (amb imatges)

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

A finals de febrer vaig veure aquesta publicació al lloc Raspberry Pi.

www.raspberrypi.org/school-weather-station-…

Havien creat estacions meteorològiques Raspberry Pi per a escoles. En volia una! Però en aquell moment (i crec que a l’hora d’escriure això) no estaven disponibles públicament (heu d’estar en un grup selecte de verificadors). Bé, volia continuar i no tenia ganes de desemborsar centenars de dòlars per a un sistema de tercers existent.

Així que, com un bon usuari instructiu, vaig decidir fer-ne el meu !!!

Vaig investigar una mica i vaig trobar uns bons sistemes comercials que podia basar-me. He trobat alguns bons Instructables per ajudar amb alguns dels conceptes de Sensor o Raspberry PI. Fins i tot he trobat aquest lloc, que era un lloc brut, que havia enderrocat un sistema Maplin existent:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Avança aproximadament un mes i tinc un sistema de treball bàsic. Es tracta d’un sistema meteorològic complet de Raspberry Pi amb només el maquinari base de Raspberry Pi, la càmera i alguns sensors digitals analògics i assortits per fer les nostres mesures. Sense comprar anemòmetres o pluviòmetres prefabricats, nosaltres en fem els nostres! Aquí teniu les seves funcions:

• Enregistra informació a RRD i CSV, de manera que es pot manipular o exportar / importar a altres formats.
• Utilitza l’API Weather Underground per obtenir informació interessant, com ara màxims i mínims històrics, fases de la lluna i sortida / posta de sol.
• Utilitza la càmera Raspberry Pi per fer una foto un cop al minut (podeu utilitzar-les per fer lapse de temps).
• Té pàgines web que mostren les dades de les condicions actuals i algunes històriques (última hora, dia, 7 dies, mes, any). El tema del lloc web canvia amb l’hora del dia (4 opcions: sortida del sol, posta de sol, dia i nit).

Tot el programari per enregistrar i mostrar la informació es troba en un Github, fins i tot he fet un seguiment d’errors, sol·licituds de funcions també:

github.com/kmkingsbury/raspberrypi-weather…

Aquest projecte va ser una experiència d’aprenentatge fantàstica per a mi, em vaig endinsar realment en les capacitats del Raspberry Pi, especialment amb el GPIO, i també vaig aconseguir alguns punts de dolor d’aprenentatge. Espero que tu, lector, puguis aprendre d’algunes de les meves proves i tribulacions.

Pas 1: materials

Electrònica:

• 9 interruptors Reed (8 per a la direcció del vent, 1 per al pluviòmetre, opcionalment 1 per a la velocitat del vent en lloc d'un sensor Hall), els he utilitzat:
• 1 sensor Hall (per a la velocitat del vent, anomenat anemòmetre) -
• Temperatura (https://amzn.to/2RIHf6H)
• Humitat (molts sensors d’humitat vénen amb un sensor de temperatura), he utilitzat el DHT11:
• Pressió (el BMP també incloïa un sensor de temperatura), he utilitzat el BMP180, https://www.adafruit.com/product/1603, aquest producte ja no està disponible, però hi ha un equivalent amb el BMP280 (https://amzn.to/2E8nmhi)
• Fotoreistor (https://amzn.to/2seQFwd)
• Xip GPS o GPS USB (https://amzn.to/36tZZv3).
• 4 imants forts (2 per a l’anemòmetre, 1 per a la direcció, 1 per al pluviòmetre), he utilitzat els imants de terres rares, molt recomanable) (https://amzn.to/2LHBoKZ).
• Un grapat de resistències variades, tinc aquest paquet que ha resultat extremadament útil al llarg del temps:

• MCP3008: per convertir entrades analògiques a digitals per al Raspberry Pi -

Maquinari

• Raspberry Pi: originalment utilitzava el 2 amb un adaptador sense fil, ara també tinc el kit 3 B + amb adaptador de corrent. (https://amzn.to/2P76Mop)
• Càmera Pi
• Un adaptador de corrent de 5V sòlid (va resultar ser molestament dolorós, finalment vaig aconseguir el d’Adafruit, en cas contrari la càmera treu massa suc i pot / penjarà el Pi, és aquí: https://www.adafruit.com/products / 501)

Materials:

• 2 coixinets de tracció (o els coixinets per a monopatins o patins també funcionaran), els tinc a Amazon:
• 2 Tancaments impermeables (he utilitzat un recinte elèctric de la gran botiga local), no importa molt, només cal trobar un recinte de bona mida que tingui prou espai i ho protegeixi tot).
• Alguns tubs de PVC i taps finals (de diverses mides).
• Suports de muntatge de PVC
• Parelles de fulls de plexiglàs prim (res massa elegant).
• separacions de plàstic
• mini cargols (he utilitzat cargols i femelles # 4).
• 2 Ornament de plàstic per a arbre de Nadal: utilitzat per a l'anemòmetre, el vaig aconseguir al vestíbul local de Hobby.
• Pas petit
• Petit tros de fusta contraxapada.

Eines:

• Dremel
• Pistola de cola
• Soldador
• Multímetre
• Trepant

Pas 2: recinte principal: Pi, GPS, càmera, llum

El recinte principal alberga el PI, la càmera, el GPS i el sensor de llum. Està dissenyat per ser impermeable, ja que alberga tots els components crítics, les mesures es prenen des del recinte remot i aquest està dissenyat per ser exposat / obert als elements.

Passos:

Tria un recinte, he utilitzat una caixa de connexions elèctrica, diverses caixes per a projectes i caixes impermeables funcionaran igual de bé. El punt clau és que té prou espai per contenir-ho tot.

El meu recinte conté:

• El raspberry pi (en separadors): necessita un xip WIFI, no voleu que executi Cat5e al jardí.
• La càmera (també a distàncies)
• El xip GPS, connectat mitjançant USB (mitjançant un cable FTDI sparkfun: https://www.sparkfun.com/products/9718): el GPS proporciona latitud i longitud, cosa que és agradable, però el que és més important és que puc obtenir un temps precís de el GPS!
• dues preses ethernet / cat 5 per connectar el recinte principal a l’altre recinte que allotja els altres sensors. Aquesta era només una manera convenient de tenir cables entre les dues caixes, tinc aproximadament 12 cables i els dos cat5 proporcionen 16 connexions possibles, de manera que tinc espai per ampliar / canviar les coses.

Hi ha una finestra a la part frontal del meu recinte per veure la càmera. El cas d'aquesta finestra protegeix la càmera, però he tingut problemes en què el led vermell de la càmera (quan fa una foto) es reflecteix en el plexiglàs i apareix a la foto. Vaig fer servir cinta negra per mitigar-ho i provar de bloquejar-lo (i altres LED del Pi i del GPS), però encara no és 100%.

Pas 3: "Recinte remot" per a temperatura, humitat i pressió

Aquí és on vaig emmagatzemar els sensors de temperatura, humitat i pressió, així com els "connectos" per al sensor de pluja, direcció del vent i velocitat del vent.

Tot és molt senzill, els pins aquí es connecten a través dels cables Ethernet als pins necessaris al Raspberry Pi.

Vaig provar d'utilitzar sensors digitals on pogués i, després, s'afegeix qualsevol analògic a l'MCP 3008 que necessita fins a 8 analògics, que eren més que suficients per a les meves necessitats, però permeten millorar / ampliar.

Aquest recinte està obert a l'aire (ha de ser per a una temperatura, humitat i pressió exactes). Els forats inferiors apareixen, de manera que he donat a alguns dels circuits un esprai d’un esprai de recobriment conformat de silicona (el podeu obtenir en línia o en un lloc com Fry's Electronics). Tant de bo que hagi de protegir el metall de qualsevol humitat, tot i que cal anar amb compte i no utilitzar-lo en alguns dels sensors.

La part superior del recinte també és on s’adapta el sensor de velocitat del vent. Va ser un llançament, podia haver posat la velocitat del vent o la direcció del vent per sobre, no vaig veure cap avantatge important de l’un sobre l’altre. En general, voleu que els dos sensors (direcció del vent i velocitat) siguin prou elevats on els edificis, les tanques i els obstacles no interfereixin en les mesures.

Pas 4: pluviòmetre

He seguit sobretot aquesta instrucció per fer el mesurador real:

www.instructables.com/id/Arduino-Weather-St…

Ho vaig fer amb plexiglàs perquè pogués veure què passava i vaig pensar que seria genial. En general, el plexiglàs funcionava bé, però combinat amb el Gluegun, el segellador de goma i el tall i la perforació generals, no es veu tan impecable, fins i tot amb la pel·lícula protectora.

Punts clau:

• El sensor és un senzill interruptor reed i un imant tractat com si es premés un botó al codi RaspberryPi, compto els dipòsits al llarg del temps i després faig la conversió més tard a "polzades de pluja".
• Feu-lo prou gran per contenir prou aigua per bolcar, però no tant que en necessiti molta per poder bolcar. La meva primera passada, vaig fer que cada safata no fos prou gran perquè s’omplís i començaria a escórrer per la vora abans que tombés.
• També vaig trobar que l'aigua residual podria afegir algun error a la mesura. És a dir, completament sec, va caldre X gotes per omplir un costat i inclinar-lo, un cop mullat, va caldre Y gotes (que és inferior a X) per omplir-lo i inclinar-lo. No és una quantitat enorme, però va entrar en efecte quan es va intentar calibrar i obtenir una bona mesura de "1 càrrega és igual a quant".
• Per equilibrar-lo, podeu enganyar afegint cola adhesiva als extrems inferiors si un costat és molt més pesat que l’altre, però el necessiteu el més a prop possible d’equilibrar.
• Podeu veure a la foto que he configurat un petit equip de proves amb algunes esponges i un suport de fusta per provar-lo i equilibrar-lo correctament abans d’instal·lar-lo.

Pas 5: direcció del vent

Es tractava d’una veleta senzilla. He basat l’electrònica del sistema Maplin:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Punts clau:

Es tracta d’un sensor analògic. Els vuit interruptors reed combinats amb diverses resistències divideixen la sortida en trossos per poder identificar en quina coordenada es troba el sensor pel valor. (El concepte s’explica en aquest instructiu:

• Després de cargolar la part de la paleta, cal calibrar-la de manera que "aquesta direcció sigui la que apunta al nord".
• Vaig fer una plataforma de proves amb fusta per poder canviar i sortir fàcilment de resistències que cobrissin tota la gamma de valors, va ser molt útil.
• Vaig utilitzar un coixinet d’eixida, va funcionar bé, estic segur que un coixinet normal o de patins hauria estat igual de bo.

Pas 6: Velocitat del vent

Aquest vaig tornar a dirigir-me a la comunitat instructable i el vaig trobar i vaig seguir:

www.instructables.com/id/Data-Logging-Anemo…

Punts clau:

• També podeu utilitzar el sensor de sala o canviar a un sensor de canya. El sensor de sala és més aviat un sensor analògic, de manera que, si el feu servir de manera digital, com si premeu un botó, heu d’assegurar-vos que la lectura / tensió sigui prou elevada perquè funcioni com si fos prement un botó, en lloc de ser insuficient.
• La mida de la copa és crucial, així com la longitud del pal. Originalment feia servir boles de ping pong i eren massa petites. També els vaig posar en pals llargs que tampoc funcionaven. Em vaig frustrar molt i em vaig trobar amb allò instructiu, Ptorelli va fer una gran feina explicant i em va ajudar quan el meu disseny original no funcionava tan bé.

Pas 7: programari

El programari està escrit en Python per registrar les dades dels sensors. He utilitzat altres biblioteques Git de tercers d'Adafruit i d'altres per obtenir la informació dels sensors i del GPS. També hi ha algunes tasques cron que també extreuen part de la informació de l'API. La majoria s’explica / es descriu a la documentació de Git a docs / install_notes.txt

El programari web està en PHP per mostrar-lo a la pàgina web, mentre que també utilitza YAML per als fitxers de configuració i, per descomptat, l'eina RRD per emmagatzemar i representar gràficament les dades.

Utilitza l’API Weather Underground per obtenir algunes de les dades interessants que els sensors no poden treure: enregistrar els temps d’alta i baixa, la fase de la lluna, la posta de sol i la sortida del sol, també hi ha disponibles marees a la seva API, que em va semblar realment ordenada, però visc a Austin, TX, que està molt lluny de l'aigua.

Tot està disponible a Github i es manté activament i s’utilitza actualment, ja que refino i calibro el meu propi sistema, de manera que també podeu enviar sol·licituds de funcions i informes d’errors.

El programari passa per un canvi de tema en funció de l'hora del dia, hi ha 4 etapes. Si l'hora actual és de + o - 2 hores des de la sortida o la posta de sol, obtindreu els temes de sortida i posta de sol, respectivament (ara mateix només amb un fons diferent, probablement faré colors de lletra / vora diferents en el futur). De la mateixa manera, fora d’aquests rangs es dóna el tema de dia o de nit.

Gràcies per llegir, si voleu veure més fotos i vídeos dels meus projectes que no mireu el meu canal d’Instagram i YouTube.

Tercer premi del concurs Pi / e Day