Construeix una estació meteorològica SUPER de Raspberry Pi: 8 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Siguem sincers, els humans parlem molt del temps ⛅️. La persona mitjana parla del temps quatre vegades al dia, durant una mitjana de 8 minuts i 21 segons. Feu els càlculs i això suma 10 mesos de la vostra vida que passareu aprofitant el clima. El temps és el primer tema d’inici de converses i de disconformes incòmodes. Si en parlem tant, també podríem portar la nostra credibilitat meteorològica a un nivell completament nou. Aquest senzill i divertit projecte aprofitarà l'Internet de les coses (IoT) i un Raspberry Pi per fer-ho.

Anem a construir el nostre propi tauler de control de meteorologia hiper local, capturant el temps dins i fora de casa al llarg del temps. La propera vegada que algú us pregunti "què tal el temps darrerament?", Podreu treure el telèfon i deixar-lo sense alè amb la vostra habilitat d'anàlisi del clima boig ☀️.

Què necessitareu per fer el curs: 1. Raspberry Pi amb connectivitat a Internet

2. Raspberry Pi SenseHAT

3. Un cable d'extensió IDE mascle a femella de 6 40 pines (opcional per a la precisió de la temperatura)

4. Un compte inicial d’estat

5. Això és tot!

Nivell del projecte: principiant

Temps aproximat per completar: 20 minuts

Factor de diversió aproximat: fora dels gràfics

En aquest tutorial pas a pas, aprendreu a fer servir la integració de l'API Weatherstack a Initial State per obtenir el clima exterior local a la vostra zona.

- Apreneu a utilitzar un Raspberry Pi amb un Sense HAT (https://www.raspberrypi.org/products/sense-hat/) per capturar dades meteorològiques a l'interior de casa vostra

- Creeu el vostre propi tauler de control meteorològic hiper local al qual pugueu accedir des de qualsevol navegador web del vostre ordinador portàtil o dispositiu mòbil

- Feu córrer el vostre meteoròleg pels seus diners

Subministraments

Què necessitareu per fer el curs:

1. Raspberry Pi amb connectivitat a Internet

2. Raspberry Pi SenseHAT

3. Un cable d'extensió IDE mascle a femella de 6 40 pines (opcional per a la precisió de la temperatura)

4. Un compte d'estat inicial

5. Això és tot!

Pas 1: Introducció

Ja us hem dedicat molt a la tasca de reunir el codi i d’organitzar la informació. Només necessitarem que feu alguns ajustos al llarg del camí.

Per recuperar totes les coses que us hem preparat, haureu de clonar el dipòsit de GitHub. Github és un servei increïble que ens permet emmagatzemar, revisar i gestionar projectes com aquest. Per clonar el dipòsit, tot el que hem de fer és entrar al terminal del nostre Pi o al terminal del vostre ordinador que tingui SSH al vostre pi i escriviu aquesta ordre:

$ git clone

Feu clic a Intro i veureu aquesta informació:

pi @ raspberrypi ~ $ git clon

Clonació en 'wunderground-sensehat' …

remot: Comptant objectes: 28, fet.

remot: total 28 (delta 0), reutilitzat 0 (delta 0), paquet reutilitzat 28

Desembalatge d'objectes: 100% (28/28), fet.

S'està comprovant la connectivitat … fet.

Un cop ho veieu, enhorabona, heu clonat amb èxit el Github Repo i teniu tots els fitxers necessaris per construir la vostra Super Weather Station. Abans de passar al següent pas, dediquem una estona a explorar aquest directori i aprenem algunes ordres bàsiques de la línia d’ordres.

Escriviu l'ordre següent al vostre terminal:

$ ls

Aquesta ordre enumera tot el que hi ha disponible al directori on esteu actualment. Aquesta llista mostra que el nostre repositori Github s'ha clonat amb èxit al nostre directori amb el nom "wunderground-sensehat". Fem una ullada al contingut d’aquest directori. Per canviar el directori, només cal que escriviu “cd” i, a continuació, escriviu el nom del directori al qual voleu anar.

En aquest cas, escriurem:

$ cd wunderground-sensehat

Quan premem Intro, veureu que ara som al directori wunderground-sensehat. Tornem a escriure ls per veure quins fitxers hem instal·lat al nostre pi.

README.md sensehat.py sensehat_wunderground.py wunderground.py

Aquí veiem el document Llegiu-me i un parell de fitxers Python diferents. Fem una ullada a sensehat.py. En lloc de saltar al fitxer amb l'ordre cd com hem fet per al directori, utilitzarem l'ordre nano. L'ordre nano ens permet obrir l'editor de text nano on tenim tot el nostre codi python per a cada segment d'aquest projecte. Endavant i escriviu:

$ nano sensehat.py

Aquí podeu veure tot el codi que us hem preparat per a aquest projecte. Encara no farem cap canvi en aquest document, però no dubteu a desplaçar-vos per veure què farem més endavant en aquest tutorial.

Pas 2: estat inicial

Volem transmetre totes les nostres dades meteorològiques a un servei al núvol i que aquest servei converteixi les nostres dades en un bonic tauler al qual puguem accedir des del nostre ordinador portàtil o dispositiu mòbil. Les nostres dades necessiten una destinació. Utilitzarem l’Estat inicial com a destinació.

Pas 1: registreu-vos per obtenir un compte d'estat inicial

Aneu a https://www.initialstate.com/app#/register/ i creeu un compte nou.

Pas 2: instal·leu ISStreamer

Instal·leu el mòdul Initial State Python al vostre Raspberry Pi: en un símbol del sistema (no oblideu SSH al vostre Pi), executeu l'ordre següent:

$ cd / home / pi /

$ / curl -sSL https://get.initialstate.com/python -o - | sudo bash

Nota de seguretat: l'ordre anterior té una anatomia important que l'usuari hauria de tenir en compte.

1) Hi ha un precedent / abans de curl. Això és important per assegurar-se que cap àlies de curl no s'executi si se'n va crear un. Això ajuda a mitigar el risc que l'ordre faci més del previst.

2) L'ordre és una ordre canalitzada, de manera que, quan s'executa, envieu la sortida d'un script que s'està recuperant de https://get.initialstate.com/python a l'ordre sudo bash. Això es fa per simplificar la instal·lació, no obstant això, cal tenir en compte que https és important aquí per ajudar a assegurar que no hi hagi manipulació intermèdia de l'script d'instal·lació, sobretot perquè s'executa amb privilegis elevats. Aquesta és una manera comuna de simplificar la instal·lació i la configuració, però si sou una mica més prudent, hi ha algunes alternatives una mica menys convenients: podeu dividir l'ordre en dos passos i investigar l'script bash que es descarrega de l'ordre curl per assegurar-vos és fidelitat O podeu seguir les instruccions de pip, no obtindreu un exemple de script generat automàticament.

Pas 3: feu Automagic

Després del pas 2, veureu una cosa similar a la següent sortida a la pantalla:

pi @ raspberrypi ~ $ / curl -sSL https://get.initialstate.com/python -o - | sudo bash

Contrasenya: Començant a instal·lar fàcilment ISStreamer Python.

Això pot trigar uns quants minuts a instal·lar-se, prendre un cafè:)

Però no oblideu tornar, ja tindré preguntes més tard!

Easy_install: setuptools trobat 1.1.6

Pip trobat: pip 1.5.6 de /Library/Python/2.7/site-packages/pip-1.5.6- py2.7.egg (python 2.7)

versió de pip major: 1

versió de pip menor: 5

S'ha trobat ISStreamer, s'està actualitzant …

Requisit actualitzat: ISStreamer a /Library/Python/2.7/site-packages Neteja …

Voleu obtenir automàticament un exemple de script? [sí / N]

(la sortida pot ser diferent i trigar més si mai no heu instal·lat el mòdul de transmissió inicial de Python State Initial)

Quan se us demani que obtingueu automàticament un exemple de script, escriviu y.

Això crearà un script de prova que podem executar per assegurar-nos que podem transmetre dades a l'estat inicial des del nostre Pi. Se us demanarà:

On voleu desar l'exemple? [per defecte:./is_example.py]:

Podeu escriure un camí local personalitzat o prémer Retorn per acceptar el valor per defecte. Se us demanarà el vostre nom d’usuari i contrasenya que acabeu de crear quan vau registrar el vostre compte d’estat inicial. Introduïu tots dos i la instal·lació es completarà.

Pas 4: tecles d'accés

Vegem l'exemple de script que es va crear. Tipus:

$ nano és_exemple.py

A la línia 15, veureu una línia que comença amb streamer = Streamer (bucket_ …. Aquesta línia crea un nou dipòsit de dades anomenat "Exemple de flux de Python" i està associat amb el vostre compte. Aquesta associació es produeix a causa de l'access_key = "…" paràmetre en aquesta mateixa línia. Aquesta llarga sèrie de lletres i números és la vostra clau d'accés al compte d'estat inicial. Si aneu al vostre compte d'estat inicial al navegador web, feu clic al vostre nom d'usuari a la part superior dreta i aneu a "el meu compte", trobareu la mateixa clau d'accés a la part inferior de la pàgina a "Tecles d'accés en temps real".

Cada vegada que creeu un flux de dades, aquesta clau d'accés dirigirà aquest flux de dades al vostre compte (per tant, no compartiu la vostra clau amb ningú).

Pas 5: executeu l'exemple

Executeu l'script de prova per assegurar-vos que podem crear un flux de dades al vostre compte d'estat inicial.

Executeu el següent:

$ python és_exemple.py

Pas 6: beneficis

Torneu al vostre compte d’estat inicial al navegador web. A la part esquerra del prestatge de registre s’hauria d’haver aparegut un nou dipòsit de dades anomenat “Exemple de corrent de Python” (és possible que hagueu d’actualitzar la pàgina). Feu clic en aquest dipòsit i feu clic a la icona Ones per veure les dades de la prova.

Voleu passar pel tutorial d’Ones per familiaritzar-vos amb l’ús d’aquesta eina de visualització de dades. A continuació, consulteu les dades a Rajoles per veure aquestes mateixes dades en forma de tauler.

Ja esteu a punt per començar a transmetre dades reals de Wunderground i molt més.

Pas 3: Sense HAT

El Sense HAT és un complement addicional per al Raspberry Pi que està ple de sensors, LED i un petit joystick. El fantàstic d’aquest petit complement és que és increïblement fàcil d’instal·lar i utilitzar gràcies a una fantàstica biblioteca Python que podeu instal·lar ràpidament. Per a aquest projecte, farem servir els sensors de temperatura, humitat i pressió baromètrica del Sense HAT. Configurem-ho.

El primer pas per utilitzar el Sense HAT és instal·lar-lo físicament al vostre Pi. Amb el Pi apagat, connecteu el HAT tal com es mostra a la imatge.

Enceneu el vostre Pi. Hem d’instal·lar la biblioteca Python per facilitar la lectura dels valors del sensor del Sense HAT. En primer lloc, haureu d'assegurar-vos que tot estigui actualitzat a la vostra versió de Raspbian escrivint:

$ sudo apt-get update

A continuació, instal·leu la biblioteca Sense HAT Python:

$ sudo apt-get install sense-hat

Reinicieu el Pi

Estem preparats per provar el Sense HAT llegint les dades del sensor i enviant-les a l’estat inicial.

Provem el nostre Sense HAT per assegurar-nos que tot funciona. Utilitzarem l’escript ubicat a https://github.com/InitialState/wunderground-sensehat/blob/master/sensehat.py. Podeu copiar aquest script a un fitxer del vostre Pi o accedir-hi des del nostre dipòsit de Github que vam clonar anteriorment. Canvieu al directori wunderground-sensehat i, a continuació, nano al fitxer sensehat.py escrivint:

$ nano sensehat.py

Observeu a la primera línia que estem important la biblioteca SenseHat a l'script. Abans d’executar aquest script, hem de configurar els nostres paràmetres d’usuari.

# --------- Configuració de l'usuari --------- CITY = "Nashville"

BUCKET_NAME = ": partial_sunny:" + CITY + "Weather"

BUCKET_KEY = "sensehat"

ACCESS_KEY = "El vostre_Accés_Clau"

SENSOR_LOCATION_NAME = "Oficina"

MINUTES_BETWEEN_SENSEHAT_READS = 0,1

# ---------------------------------

En concret, heu d’establir ACCESS_KEY a la clau d’accés al compte d’estat inicial. Fixeu-vos en el fàcil que és llegir les dades del Sense HAT en una sola línia de Python (per exemple, sense.get_temperature ()). En un símbol del sistema, executeu l'script:

$ sudo python sensehat.py

Aneu al vostre compte d’estat inicial i visualitzeu el nou dipòsit de dades creat per Sense HAT.

Ara estem preparats per muntar-ho tot i crear el nostre tauler de control meteorològic hiper-local.

Pas 4: Tauler de control meteorològic hiper local

L’últim pas d’aquest projecte és simplement combinar les nostres dades meteorològiques i el nostre script Sense HAT en un únic tauler. Per fer-ho, utilitzarem la Integration State Integration amb Weatherstack per afegir dades meteorològiques al nostre tauler Sensehat que vam crear al darrer pas.

L’ús de l’API Weatherstack és molt senzill. Antigament, aquest tutorial us feia crear i executar un script per extreure dades d'una API de dades meteorològiques, però des de la creació d'aquest tutorial, l'estat inicial ha creat el Market Integration Data. El mercat d’integració de dades us proporciona la possibilitat d’accedir i transmetre API a un tauler d’estat inicial sense codi. Literalment, són només uns quants clics del ratolí i BAM: dades meteorològiques. A mitjà, he escrit un tutorial més profund sobre com utilitzar la integració de Weatherstack i crear alertes meteorològiques, però ràpidament detallaré com començar a continuació..

Ús de la integració de Weatherstack

1. Inicieu sessió al vostre compte d’estat inicial

2. Feu clic al botó de detalls del quadre Weatherstack a la pàgina d'integracions. Aquesta pàgina us mostrarà tota la informació bàsica sobre la integració i el que cal per fer-la servir. En aquest cas, només necessitareu un codi postal (o latitud i longitud) d'una ubicació per a la qual voldreu controlar el temps i haureu de saber en quines unitats voldreu veure aquestes dades (mètrica, científica o imperial dels EUA).

3. Feu clic al botó Inicia la configuració i veureu un emergent modal a la part dreta de la pantalla. Només cal fer alguns passos senzills abans de començar a veure com es publiquen les dades meteorològiques:

4. Posa un nom al tauler nou. Vaig anomenar el meu consell Weather. Pro de Nashville: m'agrada fer servir emoji als noms dels meus taulers per donar-los una mica més. Una manera ràpida d’extreure emojis en un Mac és Ctrl + Ordre + Barra espaiadora. Per al Windows, manteniu premut el botó Windows i el punt (.) O el punt i coma (;). 2 5. Escriviu la vostra ubicació. Utilitzo el codi postal de la zona que vull fer el seguiment, però també podeu posar Latitud i Longitud per ser més específics. És fàcil trobar la latitud i la longitud de la vostra àrea només anant a Google Maps, cercant un lloc i copiant la latitud i la longitud del navegador i enganxant-la al formulari. En aquest moment només es poden utilitzar ubicacions dels Estats Units, del Regne Unit i del Canadà.

6. Trieu les vostres unitats. Vaig triar US / Imperial perquè vivia als Estats Units.

7. Trieu crear un dipòsit nou o enviar les vostres dades de Weatherstack a un dipòsit existent. En aquest tutorial, si ja heu configurat el Sense Hat per transmetre'l a l'estat inicial (a l'últim pas), només cal que envieu les dades de Weatherstack a aquell cub.

8. Trieu si voleu que totes les dades que enviï Weatherstack o si només voleu enviar dades meteorològiques específiques al vostre tauler. Sempre podeu enviar totes les dades i treure algunes fitxes més endavant.

9. Trieu la freqüència amb què voleu que el vostre tauler s'actualitzi amb les condicions meteorològiques. Podeu triar entre cada 15 minuts o cada hora. Tingueu en compte que l’enviament de dades cada 15 minuts costa un testimoni addicional en comparació amb l’enviament cada hora. Per tant, si voleu utilitzar altres integracions al mercat al mateix temps, és possible que vulgueu fer una enquesta cada hora. Sempre podeu deixar d'enviar dades des de la integració i tornar-la a iniciar o canviar la freqüència amb què envieu les dades més endavant. Tanmateix, si ho atureu i torneu a començar, hi haurà buits a les vostres dades.

10. Feu clic a Inicia la integració. Ara transmetreu dades de Weatherstack. Feu clic al botó "Mostra a l'aplicació IoT" per veure com es publiquen els primers punts de dades.

11. Personalitzeu el tauler. Si voleu transmetre a un nou dipòsit, us hem configurat una plantilla per començar. No obstant això, hauríeu de fer-ho vostre. Premeu la fletxa cap avall al centre superior del tauler per reduir la línia de temps, feu clic a Edita mosaics, moveu alguns mosaics, canvieu-ne la mida i canvieu el fons. Feu el tauler de control com vulgueu perquè us sigui fàcil ingerir les dades que voleu recopilar. També podeu utilitzar altres plantilles de Weatherstack que hem creat aquí. Per afegir una mica més de context al tauler, també podeu afegir un mapa que mostri la ubicació del lloc on esteu supervisant el temps. Al principi, és possible que el vostre tauler sembli una mica nu, però doneu-li una estona i s’omplirà de belles dades meteorològiques històriques.

Pas 5: afegiu un mapa al vostre tauler (bonificació)

Podem afegir fàcilment un mosaic de mapa al nostre tauler de control que mostri la ubicació del nostre flux meteorològic. Podeu obtenir més informació sobre la visualització del mapa interactiu a les rajoles a https://support.initialstate.com/knowledgebase/articles/800232-tiles-map-view. Simplement podríem afegir una nova instrucció streamer.log al nostre script Python (i explicaré com podeu fer-ho al final d’aquesta secció). En el seu lloc, aprofitarem aquesta oportunitat per mostrar-vos una manera diferent d’enviar dades al vostre tauler.

Pas 1: obteniu les coordenades de latitud / longitud de la vostra ubicació

Heu d’obtenir les coordenades de latitud / longitud de la vostra ubicació. Una manera de fer-ho és anar a Google Maps, buscar la vostra ubicació i apropar-vos a la vostra ubicació exacta. A l'URL, veureu les coordenades de latitud / longitud. A l'exemple anterior, les meves coordenades són 35.925298, -86.8679478.

Copieu les coordenades (les necessitareu al pas 2) i assegureu-vos de no copiar accidentalment cap caràcter addicional de l'URL.

Pas 2: creeu un URL per enviar dades al vostre tauler

Feu clic a l'enllaç "configuració" que hi ha a sota del nom del dipòsit al prestatge del dipòsit. Això mostrarà la pantalla superior. Copieu el text a la secció API Endpoint i enganxeu-lo al vostre editor de text preferit. L'utilitzarem per crear un URL que puguem utilitzar per enviar dades al nostre tauler i tauler existents. Al meu dipòsit, el text que he copiat té el següent aspecte: https://groker.initialstate.com/api/events?accessKey=bqHk4F0Jj4j4M4CrhJxEWv6ck3nfZ79o&bucketKey=shwu1 El vostre URL tindrà el vostre accésKey i bucketKey. Per completar l’URL, hem d’afegir un nom i un valor de flux als paràmetres d’URL.

Afegiu "& MapLocation = YOUR_COORDINATES_FROM_STEP1" al vostre URL

(inseriu les coordenades del pas 1, sense espais i no copieu la meva !!)

Això és el que sembla el meu: https://groker.initialstate.com/api/events?accessKey=bqHk4F0Jj4j4M4CrhJxEWv6ck3nfZ79o&bucketKey=shwu1&MapLocation=35.925298, -86.8679478

Enganxeu l'URL complet a la barra d'adreces del navegador i premeu Retorn (o utilitzeu l'ordre "curl" en un símbol del sistema) per enviar les coordenades del mapa al flux, "MapLocation", al vostre nou dipòsit.

Si mireu ara el vostre tauler a Tiles (és possible que hagueu d’actualitzar si us impacienteu), hauria d’haver aparegut un nou mosaic anomenat MapLocation a la vostra ubicació actual.

Pas 2 Alternativa: modifiqueu el vostre script

Si realment no us agrada el pas 2 anterior, podeu afegir una altra instrucció streamer.log al vostre script Python. Simplement afegiu la línia

streamer.log ("MapLocation", "YOUR_COORDINATES_FROM_STEP1")

en algun lloc dins de la def main (): funció de l'script sensehat_wunderground.py (parar atenció a la sagnia b / c Python requereix que seguiu regles estrictes de sagnat). Per exemple, he afegit streamer.log ("MapLocation", "35.925298, -86.8679478") just després de la línia 138.

Pas 6: corregir la lectura de la temperatura del barret de sentit

És possible que noteu que les lectures de temperatura del vostre Sense HAT semblen una mica altes, és perquè ho són. El culpable és la calor generada per la CPU del Pi que escalfa l’aire al voltant del Sense HAT quan està assegut a la part superior del Pi.

Per fer que el sensor de temperatura sigui útil, cal que allunyem el HAT del Pi (cosa que eliminaria l’avantatge important de ser una solució compacta) o bé intentar calibrar la lectura del sensor de temperatura. La CPU és la causa principal de la calor paràsita que afecta el sensor de temperatura, de manera que hem d’esbrinar la correlació. En revisar l'Enviro pHAT per al Pi Zero, vam trobar una equació per explicar la temperatura de la CPU que afecta la lectura de la temperatura d'un barret. Només necessitem la temperatura de la CPU i un factor d’escala per calcular la temperatura calibrada:

temp_calibrated = temp - ((cpu_temp - temp) / FACTOR)

Podem trobar el factor registrant la temperatura real i resolent-la. Per trobar la temperatura real a l'habitació, necessitem una configuració diferent del sensor de temperatura. Mitjançant un sensor DHT22 (instruccions de configuració aquí i script aquí), podem enregistrar i visualitzar ambdues temperatures simultàniament:

El resultat revela que la lectura del Sense HAT està de manera constant de 5 a 6 graus Fahrenheit. Si afegiu la temperatura de la CPU a la barreja (amb aquest script), primer es mostra que fa molta calor i, en segon lloc, es revela una mena d’ona que imita la mesura del Sense HAT.

Després de gravar durant unes 24 hores, vaig resoldre el factor fent servir sis lectures diferents en sis moments diferents. La mitjana dels valors del factor va donar un valor final del factor de 5.466. Aplicació de l’equació

temp_calibrated = temp - ((cpu_temp - temp) /5.466)

la temperatura calibrada es va situar en un grau de la lectura de la temperatura real:

Podeu executar aquesta correcció de calibratge al propi Pi, dins de l'script wunderground_sensehat.py.

Pas 7: Bonificació: configureu les vostres pròpies alertes meteorològiques

Crearem una alerta per SMS cada vegada que la temperatura baixi de zero.

Seguirem el procés de configuració de les notificacions del disparador que es descriu a la pàgina d'assistència.

Assegureu-vos que el dipòsit de dades meteorològiques estigui carregat.

Feu clic a la configuració del dipòsit al prestatge de dades (sota el seu nom).

Feu clic a la pestanya Activadors.

Seleccioneu el flux de dades per activar-lo (podeu fer servir la llista desplegable per seleccionar un dels fluxos existents un cop s'ha carregat un dipòsit de dades o podeu escriure el nom / la clau del flux manualment; * tingueu en compte que Safari no admet llistes desplegables HTML5). A la meva captura de pantalla d’exemple anterior, he seleccionat Temperatura (F).

Seleccioneu l'operador condicional, en aquest cas '<'.

Seleccioneu el valor del disparador que activarà una acció (escriviu manualment el valor desitjat). En aquest cas, escriviu 32 tal com es mostra més amunt.

Feu clic al botó "+" per afegir la condició de disparador.

Seleccioneu l'acció (les accions actuals disponibles es notificaran per SMS o correu electrònic).

Feu clic al botó "+" per afegir l'acció. Introduïu qualsevol codi de verificació si afegiu un número de telèfon o un correu electrònic nou per completar la configuració.

El disparador ja està actiu i s'activarà quan es compleixi la condició. Feu clic a Fet per tornar a la pantalla principal.

SMS PIR

Sempre que la temperatura baixi de 32, rebrà un missatge de text. Configureu alertes a qualsevol cosa del dipòsit de dades meteorològiques (* tingueu en compte que heu d'utilitzar fitxes emoji, no els emojis reals).

Per exemple, sempre que plou

: núvol: Condicions meteorològiques =: paraigua:

Sempre que fa vent

: guió: velocitat del vent (MPH)> 20

etc.

Pas 8:

Accèssit al concurs Internet de les coses 2016