Estació meteorològica solar Raspberry Pi: 7 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Impulsat per la finalització dels meus dos projectes anteriors, la càmera compacta i la consola de jocs portàtils, volia trobar un nou repte. La progressió natural va ser un sistema remot exterior …

Volia construir una estació meteorològica Raspberry Pi que fos capaç de mantenir-se fora de la xarxa i enviar-me els resultats mitjançant una connexió sense fils, des de qualsevol lloc. Aquest projecte realment ha tingut els seus reptes, però per sort alimentar el Raspberry Pi és un dels principals reptes que s’ha facilitat mitjançant l’ús de PiJuice com a font d’alimentació amb el seu suport solar afegit (completat amb la nostra revolucionària tecnologia PiAnywhere, la millor manera de traieu el vostre Pi de la graella!).

La meva idea inicial era utilitzar el fantàstic mòdul AirPi per fer lectures. Això, però, tenia dos inconvenients principals; requereix una connexió directa a Internet per penjar els resultats i cal connectar-lo directament al GPIO del Pi, cosa que significa que no es pot exposar a l’aire sense exposar també el Raspberry Pi (no és ideal si volem que aquesta estació meteorològica durar qualsevol temps).

La solució … construeix el meu propi mòdul de detecció! Utilitzant gran part de l'AirPi per inspirar-me, vaig poder muntar un prototip molt senzill amb uns quants sensors que ja tenia; temperatura, humitat, nivells de llum i gasos generals. I el més important d’això és que és molt fàcil afegir més sensors en qualsevol moment.

Vaig decidir utilitzar un Raspberry Pi a + principalment pel seu baix consum d’energia. Per enviar-me els resultats, he utilitzat el mòdul EFCom Pro GPRS / GSM, que pot enviar un text directament al meu telèfon mòbil amb els resultats. Bastant ordenat oi?

M'alegro de qualsevol idea que tingueu per a altres grans projectes solars o portàtils. Avisa’m als comentaris i faré tot el possible per crear un tutorial.

Pas 1: parts

1 x Panell solar PiJuice + (completat amb la nostra revolucionària tecnologia PiAnywhere: la millor manera de treure el vostre Pi de la xarxa).

1 x Raspberry Pi a +

1 x mòdul EFCom Pro GPRS / GSM

1 x targeta Sim

1 x Taula de pa

Protoboard

1 x MCP3008 ADC

1 x LDR

1 x LM35 (sensor de temperatura)

1 x DHT22 (sensor d'humitat)

1 x TGS2600 Sensor general de qualitat de l'aire

1 x 2,2 KΩ resistència

Resistència 1 x 22 KΩ

Resistència 1 x 10 KΩ

10 x cables de pont femení - femella

Assortiment de filferro de calibre simple

1 x caixa de connexions exterior única

1 x Doble caixa de connexions exterior

1 x Connector de cable impermeable

2 passacables de cable semi cec de 20 mm

Pas 2: Circuit de detecció

Hi ha força elements diferents en aquest projecte, així que és millor fer-ho tot per passos. En primer lloc, examinaré la manera de muntar el circuit de detecció.

És una bona idea construir-ho primer sobre una taula de pa, només per si cometeu algun error, he inclòs un diagrama de circuits i imatges pas a pas, per fer-ne referència.

1. El primer component que es connecta és aquest convertidor analògic a digital MCP3008. Això pot ocupar fins a 8 entrades analògiques i es comunica amb el Raspberry Pi mitjançant SPI. Amb el xip cap amunt i el semicercle tallat a l’extrem més allunyat de vosaltres, els passadors de la dreta es connecten al Raspberry Pi. Connecteu-los com es mostra. Si voleu aprendre una mica més sobre el funcionament del xip, aquí teniu una fantàstica guia sobre l’MCP3008 i el protocol SPI.
2. Els pins de l'esquerra són les 8 entrades analògiques, numerades de 0 a 7 de dalt a baix. Només utilitzarem els primers 3 (CH0, CH1, CH2), per al LDR, el sensor de gas general (TGS2600) i el sensor de temperatura (LM35). Primer connecteu el LDR com es mostra al diagrama. Un costat a terra i l'altre a 3,3 V mitjançant una resistència de 2,2 KΩ i CH0.
3. A continuació, connecteu el "sensor de gas general". Aquest sensor de gas s’utilitza per detectar contaminants de l’aire com l’hidrogen i el monòxid de carboni. Encara no he esbrinat com obtenir concentracions específiques, de manera que de moment el resultat d’aquest sensor és un percentatge bàsic, on el 100% està completament saturat. Amb el sensor cap amunt (pins a la part inferior), el pin directament a la dreta del petit aflorament és el pin 1 i després els números augmenten en sentit horari al voltant del pin. Així, els pins 1 i 2 es connecten a 5V, el pin 3 es connecta a CH1 i es connecta a terra mitjançant una resistència de 22KΩ i el pin4 es connecta directament a terra.
4. El sensor analògic final per connectar és el sensor de temperatura LM35. Té 3 pins. Agafeu el sensor perquè el costat pla us sigui més proper, el pin més esquerre es connecta directament a 5V (no està marcat al diagrama, malament!), El pin central es connecta a CH2 i el pin més dret es connecta directament a terra. Fàcil!
5. L’últim component que es connecta és el sensor d’humitat DHT22. Es tracta d’un sensor digital que es pot connectar directament al Raspberry Pi. Agafeu el sensor amb la quadrícula orientada cap a vosaltres i els quatre passadors a la part inferior. Els pins s’ordenen des de l’1 a l’esquerra. Connecteu 1 a 3,3 V. El pin 2 passa a GPIO4 i 3.3V mitjançant una resistència de 10KΩ. Deixeu el pin 3 desconnectat i el pin 4 va directament a terra.

Això és! El circuit de prova s'ha construït. Espero afegir més components quan tingui temps. M’agradaria molt afegir un sensor de pressió, un sensor de velocitat del vent i m’agradaria obtenir dades més intel·ligents sobre les concentracions de gasos.

Pas 3: mòdul GSM

Ara que s’han construït els circuits de detecció, cal que hi hagi una manera de rebre els resultats. Allà és on entra el mòdul GSM. L'utilitzarem per enviar els resultats a través de la xarxa cel·lular en un SMS un cop al dia.

El mòdul GSM es comunica amb el Raspberry Pi mitjançant sèrie mitjançant UART. Aquí teniu una gran informació sobre la comunicació en sèrie amb el Raspberry Pi. Per prendre el control del port sèrie del Pi, primer hem de fer alguna configuració.

Arrenceu el vostre Raspberry Pi amb una imatge Raspbian estàndard. Ara canvieu el fitxer "/boot/cmdline.txt" de:

"dwc_otg.lpm_enable = 0 console = ttyAMA0, 115200 kgdboc = ttyAMA0, 115200 console = tty1 root = / dev / mmcblk0p2 rootfstype = ext4 elevator = deadline rootwait"

a:

"dwc_otg.lpm_enable = 0 consola = tty1 root = / dev / mmcblk0p2 rootfstype = ext4 elevator = data límit rootwait"

en eliminar la secció de text subratllada.

En segon lloc, cal editar el fitxer "/ etc / inittab", comentant la segona línia de la secció següent:

#Spawn a getty a la línia de sèrie Raspberry PiT0: 23: respawn: / sbin / getty -L ttyAMA0 115200 vt100"

De manera que es llegeix:

#Spawn a getty on Raspberry Pi serial line # T0: 23: respawn: / sbin / getty -L ttyAMA0 115200 vt100

i reinicieu el Pi. Ara, el port sèrie hauria de ser lliure per comunicar-se com vulgueu. És hora de connectar el mòdul GSM. Mireu l’esquema del circuit del pas anterior i les imatges anteriors per veure com es fa. Bàsicament, TX està connectat a RX i RX a TX. Al Raspberry Pi TX i RX són GPIO 14 i 15 respectivament.

Ara és probable que vulgueu comprovar que el mòdul funciona, així que provem d'enviar un text. Per a això, heu de descarregar Minicom. És un programa que us permet escriure al port sèrie. Ús:

"sudo apt-get install minicom"

Un cop instal·lat, minicom es pot obrir amb l'ordre següent:

"minicom -b 9600 -o -D / dev / ttyAMA0"

9600 és la velocitat de transmissió i / dev / ttyAMA0 és el nom del port sèrie del Pi. Això obrirà un emulador de terminal en què tot el que escriviu apareixerà al port sèrie, és a dir, s’enviarà al mòdul GSM.

Introduïu la targeta SIM recarregada al mòdul GSM i premeu el botó d’engegada. Després s'hauria d'encendre un led blau. El mòdul GSM utilitza el conjunt d’ordres AT, aquí teniu la documentació si realment us interessa. Ara comprovem que Raspberry Pi ha detectat el mòdul amb l'ordre següent:

"AT"

el mòdul hauria de respondre amb:

"D'ACORD"

Genial! A continuació, hem de configurar el mòdul per enviar un SMS com a text en lloc de binari:

"AT + CMGF = 1"

de nou, la resposta ha de ser "D'acord". Ara escrivim l'ordre per enviar un SMS:

"AT + CMGS =" 44 ************* "", substituïu les estrelles pel vostre número.

El mòdem amb resposta amb ">" després del qual podeu escriure el vostre missatge. Per enviar el missatge, premeu. Això és tot, i amb sort heu rebut un text directament del vostre Raspberry Pi.

Ara, ja que sabem que el mòdul GSM funciona, podeu tancar el minicom; no el necessitarem per a la resta del projecte.

Pas 4: descarregueu el programari i executeu en sec

En aquesta etapa, tot hauria d'estar connectat i llest per provar una prova seca. He escrit un programa Python bastant senzill que agafarà lectures de cada sensor i després enviarà els resultats al vostre telèfon mòbil. Podeu descarregar tot el programa des de la pàgina de PiJuice Github. Ara també podria ser un bon moment per provar amb el mòdul PiJuice. Simplement es connecta al GPIO del Raspberry Pi, tots els cables connectats al Pi només es connecten directament a les sortides de pins corresponents del PiJuice. Fàcil com Pi. Per descarregar el codi, utilitzeu l'ordre:

git clone

Es configura per enviar dades un cop al dia. A efectes de proves, això no és fantàstic, de manera que és possible que vulgueu editar el programa. Això es fa fàcilment; només cal obrir el fitxer; "sudo nano weatherstation.py". Prop de la part superior hi ha una secció de "retard definit". Comenteu la línia "delay = 86400" i anul·leu el comentari "delay = 5". Ara els resultats s’enviaran un cop cada 5 segons. També voldreu canviar el programa perquè contingui el vostre propi número de mòbil. Cerqueu on diu "+44 **********" i substituïu les estrelles pel vostre propi número.

Abans d'executar el programa, només haureu de descarregar una biblioteca per llegir el sensor d'humitat DHT22:

clon git

I cal instal·lar la biblioteca:

"cd Adafruit_Python_DHT"

"sudo apt-get update"

"sudo apt-get install build-essential python-dev"

"instal·lar sudo python setup.py"

Molt bé, ara podeu provar el programa.

"sudo python weatherstation.py"

A mesura que el programa s’executa, els resultats s’han d’enviar al mòbil, però també s’han d’imprimir al terminal cada 5 segons.

Pas 5: Construeix el circuit

Ara que tot funciona a la pràctica, és hora de construir allò real. Les imatges mostren la idea general de com s’ajusta tota la unitat. Hi ha dues unitats d’habitatge separades; un per al circuit de detecció (que tindrà forats per permetre que l’aire circuli a l’interior) i un per al Raspberry Pi, la unitat GPRS i PiJuice, (completament estanc), el panell solar es connectarà a la unitat informàtica amb una unió estanca a l’aigua. Les dues unitats es poden desprendre fàcilment, de manera que es pot treure la carcassa del sensor o la carcassa informàtica sense haver de treure tota la unitat. Això és fantàstic si voleu afegir més sensors o si necessiteu el vostre Raspberry Pi o PiJuice per a un altre projecte.

Haureu de trencar la protoborda per adaptar-la a la caixa de connexions més petita. Aquí és on s’allotja el circuit de detecció. Ara el circuit de detecció es transfereix de la placa de protecció a la protoborda. Ara haurà de fer una mica de soldadura. Assegureu-vos que esteu còmode amb l’ús d’un soldador amb seguretat. Si no esteu segur, demaneu ajuda a algú que sigui un soldador competent.

Moltes gràcies a Patrick al laboratori d’aquí, que em va salvar de fer un veritable hash d’aquest circuit. Va aconseguir fer-ho junts en qüestió de minuts! Si, com jo, no ets el millor per construir un circuit i no tens cap geni com Patrick a punt per ajudar-te, sempre pots deixar el circuit en una taula de treball, sempre que encaixi amb la teva caixa elèctrica.

Pas 6: Preparació de les unitats d’habitatge

Aquesta part és on es fa molt divertit. És possible que hagueu notat els anells de cada caixa. Estan dissenyats per ser eliminats de manera que les caixes es puguin convertir en unions de l'electricitat. Les utilitzarem per connectar entre la unitat de detecció i la unitat de càlcul, per connectar-se al panell solar i també com a ventilació de la unitat de detecció per permetre la circulació de l’aire.

Primer, elimineu un forat a cada caixa per a la connexió entre els dos, tal com es veu a les imatges. Noqueu els forats pot ser complicat de fer-ho perfectament, però no té importància una vora aspra. He trobat que el millor mètode és fer servir un tornavís per perforar primer l’anell dentat al voltant de cada forat i, després, extreure’l com una tapa de llauna de pintura. El connector de cable impermeable s’utilitza per connectar les dues caixes.

Després, haureu de fer un altre forat a la carcassa informàtica del cable del panell solar. Aquest forat es tapa després amb un dels vostres passacables semi-cecs. Abans d’introduir l’eix, perforar-hi un forat perquè passi el cable. Cal que sigui el més petit possible per mantenir-lo estanc i, a continuació, empenyeu l'extrem micro usb pel forat (aquest és el final que connecta al PiJuice).

Finalment, cal fer un forat addicional a la unitat de detecció per permetre l’entrada i la sortida d’aire. He decidit anar a buscar el tot just davant de la cruïlla entre les dues caixes. Pot ser necessari afegir un segon forat. Suposo que ho descobrirem després d’un temps amb l’estació meteorològica.

Pas 7: Cablatge i finalització de l'estació meteorològica

Dret, gairebé allà. L’etapa final consisteix a connectar-ho tot.

Començant per la unitat informàtica. En aquesta caixa tenim el Raspberry Pi, el PiJuice que es connecta al Raspberry Pi GPIO i el mòdul GSM que es connecta a la sortida GPIO del PiJuice mitjançant cables de pont femella a femella. Bonic i còmode! en aquesta etapa probablement aconsellaria posar algun tipus de segellador al voltant del punt d'entrada del cable USB del panell solar. Probablement funcionaria algun tipus de resina o supercola.

A continuació, moveu-vos cap a la unitat de detecció. A la foto, de dalt a baix, els cables són; el gris, el blanc, el porpra i el blau són les línies de dades SPI, el negre està mòlt, el taronja és 3,3V, el vermell és 5V i el verd és GPIO 4. Haureu de trobar cables jumper per connectar-los i alimentar-los a través del cable impermeable connector tal com es veu a les fotografies. Després, cada cable es pot connectar al GPIO corresponent i es pot ajustar el connector. En aquesta etapa és fàcil veure com es podria millorar el disseny; el LDR no s’exposarà a molta llum (tot i que pot ser útil per conèixer els valors relatius, i fer un forat addicional pot ajudar), crec que seria millor utilitzar la mateixa mida que la unitat informàtica per a la unitat de detecció també seria més fàcil encabir la placa de circuit i hi hauria espai per jugar amb diferents disposicions.

Ara l’he posat al jardí, com podeu veure a les fotos. Amb sort, en els propers dies també podré publicar alguns resultats. I, com he dit abans, si teniu alguna idea per a alguns projectes interessants, feu-m'ho saber.