Estació meteorològica WiFi amb energia solar V1.0: 19 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

En aquest instructiu, us mostraré com construir una estació meteorològica WiFi amb energia solar amb una placa Wemos. El Wemos D1 Mini Pro té un petit factor de forma i una àmplia gamma d’escuts plug-and-play el converteixen en una solució ideal per començar ràpidament a programar el SoC ESP8266. És una manera econòmica de construir Internet de les coses (IoT) i és compatible amb Arduino.

També podeu veure la meva nova versió: 3.0 Weather Station.

També podeu veure la meva nova versió 2.0 Estació meteorològica.

Podeu comprar PCB V2.0 a PCBWay.

Podeu trobar tots els meus projectes a

La nova estació meteorològica té les funcions següents:

1. L’estació meteorològica pot mesurar: temperatura, humitat, pressió baromètrica, altitud

2. Podeu controlar els paràmetres meteorològics anteriors des del vostre telèfon intel·ligent o des del web (ThingSpeak.com)

3. Tot el circuit juntament amb la font d'alimentació es col·loquen dins d'un recinte imprès en 3D.

4. L'abast del dispositiu es millora mitjançant l'ús d'una antena externa 3dBi. Es troba a uns 100 metres.

Pas 1: es requereixen peces i eines

1. Wemos D1 Mini Pro (Amazon / Banggood)

2. Taula de càrrega TP 4056 (Amazon / Aliexpress)

3. Diode (Aliexpress)

4. Sensor BME 280 (Aliexpress)

5. Panell solar (Banggood)

6. Tauler perforat (Banggood)

7. Terminals de cargol (Banggood)

8. Distàncies de PCB (Banggood)

9. Bateria Li Ion (Banggood)

10. Suport de bateria AA (Amazon)

11. Cable AWG de 22 (Amazon / Banggood)

12. Super Glue (Amazon)

13. Duct Tape (Amazon)

14. Filament d'impressió 3D -PLA (GearBest)

Eines utilitzades:

Impressora 1.3D (Anet A8 / Creality CR-10 Mini)

2. Soldador (Amazon)

3. Pistola de cola (Amazon)

4. Cortador de filferro / Stripper (Amazon)

Pas 2: font d'alimentació

El meu pla és desplegar l’estació meteorològica en un lloc remot (la meva masia). Per fer funcionar l’estació meteorològica contínuament, hi ha d’haver una font d’alimentació contínua, en cas contrari, el sistema no funcionarà. La millor manera de proporcionar energia contínua al circuit és mitjançant l’ús d’una bateria. Però al cap d’uns dies el suc de la bateria s’esgotarà i és molt difícil anar-hi i carregar-lo. Així doncs, es va proposar un circuit de càrrega solar per permetre a l'usuari obtenir energia lliure del sol per carregar les bateries i alimentar la placa Wemos. He utilitzat una bateria de Li-Ion 14450 en lloc d’una bateria de 18650 per la seva mida més petita. La mida és la mateixa que la d’una bateria AA.

La bateria es carrega des d’un panell solar mitjançant un mòdul de càrrega TP4056. El mòdul TP4056 ve amb xip de protecció de la bateria o sense el xip de protecció. Recomanaré comprar un mòdul que inclogui un xip de protecció de la bateria.

Quant al carregador de bateria TP4056

El mòdul TP4056 és perfecte per carregar cèl·lules LiPo de 3,7 V 1 Ah o més. Basat al voltant del CI del carregador TP4056 i del CI de protecció de la bateria DW01, aquest mòdul oferirà una intensitat de càrrega de 1000 mA i es tallarà quan finalitzi la càrrega. A més, quan la tensió de la bateria caigui per sota de 2,4 V, el CI de protecció tallarà la càrrega per protegir la cèl·lula de la tensió. També protegeix contra la sobretensió i la connexió de polaritat inversa.

Pas 3: mesurar les dades meteorològiques

Els primers dies, els paràmetres meteorològics com la temperatura ambiental, la humitat i la pressió baromètrica es mesuraven amb instruments analògics separats: termòmetre, higròmetre i baròmetre. Però avui el mercat està inundat de sensors digitals econòmics i eficients que es poden utilitzar per mesurar diversos paràmetres ambientals. Els millors exemples són sensors com DHT11, DHT 22, BMP180, BMP280, etc.

En aquest projecte, utilitzarem un sensor BMP 280.

BMP 280:

BMP280 és un sensor sofisticat que mesura amb molta precisió la pressió i la temperatura baromètrica amb una precisió raonable. El BME280 és la nova generació de sensors de Bosch i és l’actualització al BMP085 / BMP180 / BMP183, amb un soroll de baixa altitud de 0,25 m i el mateix temps de conversió ràpid.

L’avantatge d’aquest sensor és que pot utilitzar I2C o SPI per a la comunicació amb el microcontrolador. Per a un cablejat senzill i senzill, us suggeriré comprar la placa de versió I2C.

Pas 4: utilitzar una antena externa (3dBi)

La placa Wemos D1 mini Pro té una antena de ceràmica integrada juntament amb disposició per connectar una antena externa per millorar el rang. Abans d'utilitzar l'antena externa, heu de redirigir el senyal de l'antena des de l'antena de ceràmica integrada cap a la presa de corrent externa. Això es pot fer girant la resistència zero ohm (0603) de muntatge superficial petit (de vegades anomenat enllaç).

Podeu veure aquest vídeo realitzat per Alex Eames per girar la resistència de zero ohm.

A continuació, introduïu el connector SMA de l’antena a la ranura de l’antena mini Wemos Pro.

Pas 5: soldeu les capçaleres

Els mòduls Wemos inclouen diverses capçaleres, però heu de soldar-les segons el vostre requisit.

Per a aquest projecte, 1. Soldeu els dos encapçalaments masculins al mini tauler Wemos D1 pro.

2. Soldeu una capçalera masculina de 4 pins al mòdul BMP 280.

Després de soldar les capçaleres, el mòdul es veurà com es mostra a la imatge anterior.

Pas 6: afegir capçaleres i terminals

El següent pas és soldar les capçaleres al tauler perforat.

1. Primer, col·loqueu el tauler Wemos sobre el tauler perforat i marqueu la petjada. A continuació, soldeu les dues files de capçaleres femenines sobre la posició marcada.

2. A continuació, soldeu les capçaleres femenines de 4 pins tal com es mostra a la imatge.

3. Terminals de cargol de soldadura per a la connexió de la bateria.

Pas 7: munteu la placa de càrrega:

Enganxeu un tros petit de cinta de doble cara a la part posterior del mòdul de càrrega i, a continuació, enganxeu-lo al tauler perforat tal com es mostra a la imatge. Durant el muntatge, s'ha de tenir cura de alinear el tauler de manera que els forats de soldadura coincideixin amb els forats del tauler perforat.

Addició de terminal per al panell solar

Soldeu un terminal de cargol just a prop del port micro USB de la placa de càrrega.

També podeu soldar aquest terminal al pas anterior.

Pas 8: Esquema de cablejat

Primer vaig tallar filferros de trossos petits de diferents colors i vaig treure l’aïllament als dos extrems.

Després he soldat els cables segons el diagrama esquemàtic tal com es mostra a la imatge anterior.

Wemos -> BME 280

3,3 V - -> Vin

GND GND

D1 SCL

D2 SDA

Connexió TP4056

Terminal del panell solar -> + i - prop del port micro USB

Terminal de bateria -> B + i B-

5V i GND de Wemos -> Out + and Out-

Nota: El díode connectat al panell solar (que es mostra a l'esquema) no és necessari, ja que el mòdul TP4056 té un díode incorporat a l'entrada.

Pas 9: dissenyar el recinte

Aquest va ser el pas que més temps em va costar. He dedicat unes 4 hores a dissenyar el recinte. Vaig utilitzar Autodesk Fusion 360 per dissenyar-lo. El recinte té dues parts: cos principal i coberta frontal

El cos principal està dissenyat bàsicament per adaptar-se a tots els components. Pot acomodar els components següents

1. Tauler de circuits de 50x70mm

2. Porta bateries AA

3. Panell solar de 85,5 x 58,5 x 3 mm

4. Antena externa 3dBi

Descarregueu els fitxers.stl de Thingiverse

Pas 10: impressió 3D

Un cop finalitzat el disseny, és hora d’imprimir el recinte en 3D. A Fusion 360 podeu fer clic a la marca i tallar el model mitjançant un programa de talladora. He utilitzat Cura per tallar el model.

Vaig utilitzar una impressora 3D Anet A8 i un PLA verd de 1,75 mm per imprimir totes les parts del cos. Vaig trigar unes 11 hores a imprimir el cos principal i unes 4 hores a imprimir la portada.

Us recomano utilitzar una altra impressora que sigui Creality CR - 10. Ara també hi ha disponible una versió mini del CR-10. Les impressores Creality són una de les meves impressores 3D preferides.

Com que sóc nou en el disseny 3D, el meu disseny no era optimista. Però estic segur que aquest recinte es pot fer utilitzant menys material (menys temps d'impressió). Intentaré millorar el disseny més endavant.

La meva configuració és:

Velocitat d’impressió: 40 mm / s

Alçada de la capa: 0,2

Densitat d'ompliment: 15%

Temperatura de l'extrusora: 195 ° C

Temperatura del llit: 55 ° C

Pas 11: Instal·lació del panell solar i de la bateria

Soldeu un cable vermell de 22 AWG al terminal positiu i un cable negre al terminal negatiu del panell solar.

Introduïu els dos cables als forats del sostre del cos principal del recinte.

Feu servir cola super per fixar el panell solar i premeu-lo una estona per obtenir una unió adequada.

Segelleu els forats des de l'interior amb cola calenta.

A continuació, introduïu el suport de la bateria a la ranura de la part inferior del recinte.

Pas 12: Instal·lació de l'antena

Descargoleu les femelles i les rondelles del connector SMA.

Introduïu el connector SMA als forats que es proporcionen a la carcassa. Vegeu la imatge superior.

A continuació, estreneu la femella juntament amb les volanderes.

Ara instal·leu l’antena alineant-la correctament amb el connector SMA.

Pas 13: Instal·lació de la placa de circuit

Munteu els separadors a les 4 cantonades de la placa de circuit.

Apliqueu súper cola a les 4 ranures del recinte. Consulteu la imatge anterior.

A continuació, alineeu la separació amb les 4 ranures i col·loqueu-la. deixeu-ne una mica per assecar-la.

Pas 14: tanqueu la coberta frontal

Després d’imprimir la coberta frontal, és possible que no s’adapti perfectament al cos principal de la carcassa.

Feu lliscar la coberta frontal cap a les ranures del cos principal.

Per assegurar-lo, utilitzeu cinta adhesiva a la part inferior.

Pas 15: programació

Per utilitzar Wemos D1 amb la biblioteca Arduino, haureu d'utilitzar l'IDE Arduino amb suport per a la placa ESP8266. Si encara no ho heu fet, podeu instal·lar fàcilment el suport ESP8266 Board al vostre IDE Arduino seguint aquest tutorial de Sparkfun.

Els següents paràmetres són preferibles:

Freqüència PU: 80 MHz 160 MHz

Mida del flaix: 4M (3M SPIFFS) - 3M Mida del sistema de fitxers 4M (1M SPIFFS) - 1M Mida del sistema de fitxers

Velocitat de càrrega: 921600 bps

Codi Arduino per a l'aplicació Blynk:

Mode de repòs:

L'ESP8266 és un dispositiu amb molta energia. Si voleu que el vostre projecte s’esgoti la bateria durant més d’unes hores, teniu dues opcions:

1. Aconsegueix una enorme bateria

2. Dormir intel·ligentment la cosa.

La millor opció és la segona opció. Abans d’utilitzar la funció de son profund, el pin Wemos D0 ha d’estar connectat al pin Restableix.

Crèdit: ho va suggerir un dels usuaris d'Instructables "tim Rowledge".

Més opció d'estalvi d'energia:

El Wemos D1 Mini té un petit LED que s’encén quan s’alimenta la placa. Consumeix molta energia. Tan sols traieu aquest LED del tauler amb unes alicates. Caurà dràsticament el corrent de son cap avall.

Ara el dispositiu pot funcionar durant molt de temps amb una sola bateria de ions de Li.

#defineix BLYNK_PRINT Serial // Comenta això per desactivar les impressions i estalviar espai # include #include

#include "Seeed_BME280.h" #include BME280 bme280; // Hauríeu d'obtenir Auth Token a l'aplicació Blynk. // Aneu a la configuració del projecte (icona de nou). char auth = "3df5f636c7dc464a457a32e382c4796xx"; // Les vostres credencials de WiFi. // Estableix la contrasenya a "" per a xarxes obertes. char ssid = "SSID"; char pass = "PASSAR PARAULA"; configuració nul·la () {Serial.begin (9600); Blynk.begin (auth, ssid, pass); Serial.begin (9600); if (! bme280.init ()) {Serial.println ("Error del dispositiu!"); }} void loop () {Blynk.run (); // obtenir i imprimir temperatures flotant temp = bme280.getTemperature (); Serial.print ("Temp:"); Serial.print (temp); Serial.println ("C"); // La unitat de Celsius perquè l'arduino original no admet símbols específics Blynk.virtualWrite (0, temp); // pin virtual 0 Blynk.virtualWrite (4, temp); // pin virtual 4 // obtenir i imprimir dades de pressió atmosfèrica float pressure = bme280.getPressure (); // pressió en Pa float p = pressió / 100,0; // pressió a hPa Serial.print ("Pressió:"); Serial.print (p); Serial.println ("hPa"); Blynk.virtualWrite (1, p); // pin virtual 1 // obtenir i imprimir dades d’altitud float altitude = bme280.calcAltitude (pressió); Serial.print ("Altitud:"); Serial.print (altitud); Serial.println ("m"); Blynk.virtualWrite (2, altitud); // pin 2 virtual // obtenir i imprimir dades d'humitat flotant humitat = bme280.getHumidity (); Serial.print ("Humitat:"); Serial.print (humitat); Serial.println ("%"); Blynk.virtualWrite (3, humitat); // pin virtual 3 ESP.deepSleep (5 * 60 * 1000000); // El temps deepSleep es defineix en microsegons. }

Pas 16: instal·leu l'aplicació i la biblioteca de Blynk

Blynk és una aplicació que permet un control complet sobre Arduino, Rasberry, Intel Edison i molt més maquinari. És compatible amb Android i iPhone. Ara mateix, l’aplicació Blynk està disponible de forma gratuïta.

Podeu descarregar l’aplicació des del següent enllaç

1. Per a Android

2. Per a Iphone

Després de descarregar l'aplicació, instal·leu-la al telèfon intel·ligent.

Després, heu d’importar la biblioteca al vostre IDE Arduino.

Descarregueu la biblioteca

Quan executeu l'aplicació per primera vegada, heu d'iniciar la sessió, per introduir una adreça de correu electrònic i una contrasenya. Feu clic al "+" a la part superior dreta de la pantalla per crear un projecte nou. Després posa-li un nom.

Seleccioneu el maquinari de destinació "ESP8266" i, a continuació, feu clic a "Correu electrònic" per enviar-vos aquest testimoni d'autenticació: el necessitareu al codi

Pas 17: feu el tauler de control

El tauler es compon de diferents ginys. Per afegir ginys, seguiu els passos següents:

Feu clic a "Crea" per entrar a la pantalla principal del tauler.

A continuació, torneu a prémer "+" per obtenir el "Widget Box"

A continuació, arrossegueu 4 indicadors.

Feu clic als gràfics; apareixerà un menú de configuració, tal com es mostra a la part superior.

Heu de canviar el nom "Temperatura", seleccioneu el pin virtual V1 i, a continuació, canvieu l'interval de 0 a 50. De la mateixa manera, feu-ho per a altres paràmetres.

Finalment, arrossegueu un gràfic i repetiu el mateix procediment que a la configuració del calibre. La imatge final del tauler es mostra a la imatge superior.

També podeu canviar el color fent clic a la icona del cercle a la part dreta del nom.

Pas 18: càrrega de dades del sensor a ThingSpeak

En primer lloc, creeu un compte a ThingSpeak.

A continuació, creeu un canal nou al vostre compte de ThingSpeak. Cerqueu com crear un canal nou

Empleneu el camp 1 com a temperatura, el camp 2 com a humitat i el camp 3 com a pressió.

Al vostre compte de ThingSpeak, seleccioneu "Canal" i, a continuació, "El meu canal".

Feu clic al nom del vostre canal.

Feu clic a la pestanya "Claus API" i copieu la "Escriu clau API"

Obriu el codi Solar_Weather_Station_ThingSpeak. A continuació, escriviu el vostre SSID i la vostra contrasenya.

Substituïu l '"API d'escriure" per la "clau d'API d'escriptura" copiada.

Biblioteca obligatòria: BME280

Crèdit: aquest codi no l’he escrit jo. L’he obtingut per l’enllaç donat per un vídeo de YouTube per plukas.

Pas 19: prova final

Col·loqueu el dispositiu a la llum del sol; el led vermell del mòdul de carregador TP 4056 s’encendrà.

1. Monitorització d'aplicacions de Blynk:

Obriu el projecte Blynk. Si tot està bé, notareu que l'indicador estarà actiu i el gràfic comença a representar les dades de temperatura.

2. Monitorització de ThingSpeak:

Primer, obriu el vostre Thingspeak Chanel.

A continuació, aneu a la pestanya "Visualització privada" o "Visualització pública" per veure els gràfics de dades.

Gràcies per llegir el meu Instructable.

Si us agrada el meu projecte, no oblideu compartir-lo.

Primer premi al concurs de microcontroladors 2017