Estació Meteorològica Solar: 5 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Alguna vegada heu desitjat informació meteorològica en temps real des del jardí del darrere? Ara podeu comprar una estació meteorològica a la botiga, però normalment solen necessitar bateries o estar connectades a una presa de corrent. Aquesta estació meteorològica no necessita estar connectada a la xarxa, ja que té plaques solars que giren cap al sol per obtenir més eficiència. Amb els seus mòduls de RF, pot transferir dades des de l’estació a un Raspberry Pi dins de casa vostra. El Raspberry Pi allotja un lloc web on podeu veure les dades.

Pas 1: reuniu materials

Materials

• Adaptador Raspberry Pi 3 model B + + + targeta Micro SD de 16 GB
• Arduino Uno
• Arduino Pro Mini + FTDI breakout bàsic
• 4 plaques solars de 6V 1W
• 4 bateries 18650
• Booster 5v
• 4 carregadors de bateries TP 4056
• Sensor de temperatura i humitat Adafruit DHT22
• Sensor de pressió baromètrica BMP180
• 4 LDR
• Receptor i transmissor RF 433
• 2 motors pas a pas Nema 17
• 2 controladors de motor pas a pas DRV8825
• lcd 128 * 64
• Molts cables

Eines i materials

• Cola
• Taulons de fusta
• va veure
• Cargols + tornavís
• Cinta d'ànec
• 2 tires d'alumini

Pas 2: Disseny mecànic

El cos de l'estació meteorològica està fet de fusta contraxapada. No cal que utilitzeu fusta, la podeu fer amb qualsevol material que preferiu. Per als muntatges del motor, he perforat un conjunt en un bloc de fusta i després he cargolat un cargol pla a l’eix del motor, que funciona millor del que esperava. D’aquesta manera no cal que imprimiu en 3D un suport de motor i és fàcil de fer. Després vaig doblegar 2 tires d'alumini per mantenir els motors molt ajustats. Després vaig retallar un tauló i hi vaig perforar els panells solars. A continuació, enganxeu-hi els panells solars i soldeu els cables als panells solars. Després, també haureu de fer una creu de material negre. Si no teniu res de negre, podeu utilitzar cinta negra. Aquesta creu tindrà un LDR a cada cantonada perquè l’Arduino pugui comparar les mesures del LDR i calcular quina direcció ha de girar. Perforeu, doncs, minúsculs sencers a cada cantonada perquè hi pugueu incloure un LDR. Tot el que queda per fer ara és fer una placa base i alguna cosa per posar l'electrònica. Per a la placa base, haureu de perforar-ne un tot per encaminar tots els cables. Per a les mesures, no us en donaré cap, ja que depèn de vosaltres com voleu dissenyar-ho. Si teniu altres motors o altres panells solars, haureu d’esbrinar vosaltres mateixos les mesures.

Pas 3: Disseny elèctric

Potència

Tot el sistema funciona amb bateries (excepte el Raspberry Pi). Vaig col·locar 3 bateries en sèrie. 1 La bateria és de 3,7 V de mitjana, de manera que 3 de la sèrie us donen uns 11V. Aquesta bateria de 3 s s’utilitza per als motors i el transmissor de RF. L’altra bateria que queda s’utilitza per alimentar l’Arduino Pro Mini i els sensors. Per carregar les bateries, he utilitzat 4 mòduls TP4056. Cada bateria té 1 mòdul TP4056, cada mòdul està connectat a un panell solar. Com que el mòdul té B (in) i B (out), els puc carregar per separat i descarregar-los en sèrie. Assegureu-vos de comprar els mòduls TP4056 adequats perquè no tots els mòduls tenen B (in) i B (out).

Conrtol

L'Arduino Pro Mini controla els sensors i els motors. El pin cru i terra de l’Arduino està connectat al reforç de 5V. El reforç de 5V està connectat a la bateria única. L'Arduino Pro Mini té un consum d'energia molt baix.

Components

DHT22: he connectat aquest sensor al VCC i a terra, i després he connectat el pin de dades al pin digital 10.

BMP180: He connectat aquest sensor al VCC i a terra, he connectat SCL a SCL a l’Arduino i SDA a SDA a l’Arduino. Aneu amb compte, perquè els pins SCL i SDA de l’Arduino Pro Mini es troben al centre de la placa, de manera que si heu soldat pins al tauler i l’heu posat en una taula de treball, no funcionarà perquè tindreu interferències en altres pins. He soldat aquests 2 pins a la part superior del tauler i hi he connectat un cable directament.

Transmissor de RF: ho vaig connectar a la bateria 3s per obtenir millor senyal i un abast més llarg. Vaig provar de connectar-lo al 5V des de l'Arduino, però el senyal de RF és molt feble. Després vaig connectar el pin de dades al pin 12 digital.

LDR: he connectat els 4 LDR als pins analògics A0, A1, A2, A3. He ajuntat els LDR amb una resistència de 1K.

Motors: els motors són accionats per 2 mòduls de control DRV8825. Són molt útils perquè només prenen 2 línies d’entrada (direcció i pas) i poden produir fins a 2A per fase als motors. Els tinc connectats als pins digitals 2, 3 i 8, 9.

LCD: vaig connectar el lcd al Raspberry Pi per mostrar la seva adreça IP. He utilitzat un retallador per regular la llum de fons.

Receptor de RF: Vaig connectar el receptor a l’Arduino Uno a 5V i a terra. El receptor no ha de trigar més de 5V. Llavors vaig connectar el pin de dades al pin digital 11. Si podeu trobar una biblioteca per a aquests mòduls de RF que funcioni al Raspberry Pi, no cal que utilitzeu l'Arduino Uno.

Raspberry Pi: el Raspberry Pi està connectat a l’Arduino Uno mitjançant un cable USB. L'Arduino transmet els senyals de RF al Raspberry Pi mitjançant una connexió en sèrie.

Pas 4: Comencem a codificar

Per codificar l'Arduino Pro Mini, necessitareu el programador FTDI. Com que el Pro Mini no té cap port USB (per estalviar energia), necessitareu aquesta placa de sortida. He programat el codi a l'IDE Arduino, crec que aquesta és la manera més senzilla de fer-ho. Pengeu el codi del fitxer i hauria de ser bo.

Per codificar l'Arduino Uno, l'he connectat a l'ordinador mitjançant un cable USB. Després de penjar el codi, el vaig connectar al Raspberry Pi. També vaig poder canviar el codi al Raspberry Pi perquè vaig instal·lar l'IDE Arduino i així el vaig poder programar des d'allà. El codi és molt senzill, pren l'entrada del receptor i l'envia pel port sèrie al Raspberry Pi.

Per codificar el Raspberry Pi, he instal·lat Raspbian. Després vaig utilitzar Putty per connectar-m’hi mitjançant una connexió SSH. A continuació, configuro el gerd perquè pugui connectar-m’hi mitjançant VNC i així tenir una interfície gràfica d’usuari. Vaig instal·lar un servidor web Apache i vaig començar a codificar el backend i el frontend per a aquest projecte. Podeu trobar el codi a github:

Pas 5: base de dades

Per emmagatzemar les dades faig servir una base de dades SQL. Vaig fer la base de dades a MySQL Workbench. La base de dades conté les lectures del sensor i les dades del sensor. Tinc 3 taules, una per emmagatzemar els valors del sensor amb marques de temps, l’altra per emmagatzemar informació sobre els sensors i l’última per emmagatzemar informació sobre usuaris. No faig servir la taula Usuaris perquè no he codificat aquesta part del projecte, ja que no estava al meu MVP. Descarregueu el fitxer SQL i executeu-lo i la base de dades hauria de ser bona.