פטל פאי בטבע! Timelapse מורחב עם כוח סוללה: 10 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

מוטיבציה: רציתי להשתמש במצלמת Raspberry Pi המונעת על ידי סוללה כדי לצלם תמונות ביום בחוץ כדי ליצור סרטוני זמן לשגות לטווח ארוך. היישום הספציפי שלי הוא לרשום צמיחת צמחים בכיסוי הקרקע באביב ובקיץ הקרוב.

אתגר: תכנן בקרת כוח Raspberry Pi בעלת זרם נמוך כדי להבטיח חיי סוללה ארוכים.

הפתרון שלי: אני משתמש בשעון מעורר שנפרץ, במעגל Attiny85 ובמכשיר Pimoroni OnOff כדי לנתק לחלוטין את החשמל ל- Raspberry Pi כאשר הוא אינו בשימוש. בעוד השעון Attiny85 והשעון המעורר ממשיכים לפעול במצב המתנה, הגרלה הנוכחית היא רק 5 מיקרו אמפר. שתי סוללות AAA מפעילות את Attiny ואת השעון המעורר, בעוד שבנק כוח USB מניע את ה- Pi.

פעולה בסיסית: כאשר השעון המעורר ייכבה, הוא מעורר מעגל אטני ישן, אשר מסמן אז את פים Pimoroni OnOff להפעלת חשמל מבנק כוח USB ל- Raspberry Pi. ה- Pi מבצע סקריפט הפעלה בעת אתחול (צלם תמונה). לאחר שחלף מספיק זמן (60 שניות ביישום שלי), מעגל ה- Attiny מסמן שוב את מדבקת Pimoroni OnOff ואז ה- Attiny נכנס למצב שינה. בהתבסס על האות של אטיני, פמיית ה- Pimoroni OnOff מבצעת את פקודת הכיבוי של Pi, ולאחר שתהליך הכיבוי של Pi מסתיים, מנתק את החשמל מבנק החשמל מסוג USB ל- Raspberry Pi.

שלב 1: חלקים וכלים

חלקים:

Raspberry Pi Zero או Raspberry Pi Zero W (שואב יותר כוח)

מודול מצלמת פטל PI

מארז אפס פטל

מתג PIMoroni ONOFF SHIM RASP PI POWER, Digikey

OPTOISOLATOR Digikey

יעד שעון מעורר דיגיטלי המופעל באמצעות סוללות

ATtiny85 8 DIP Digikey

(2) CAP ALUM 100UF Digikey

מודול RTC DS3231 AliExpress

(2) נגד 68 אוהם

כבל מיקרו USB קצר (כ -6 אינץ ')

Clear Box Amac מק"ט#: 60120. 4 "x 4" x 5-1/16 "h The Container Store

Kmashi 11200 mAh USB Power Bank # k-mp806 או דומה

סרט דבק כפול

בורג הקשה עצמית קטן

(2) כותרות ערימה נקבות 1 X 8 פינים - בדרך כלל נמכרות כותרות ערימה של Arduino UNO AliExpress

לוח פרש או רצועה בערך 1 1/4 "על 2"

5 1/2 על 5/12 על 3/4 עצי אורן או דיקט

1 1/4 צינור PVC באורך של כ -15 אינץ '

1 1/4 מצמד PVC

(2) מיתרי באנג'י קצרים באורך של כ -10 אינץ '

(4) 1/4 "גובה. סיכות דיבל מעץ באורך של כ -1"

Menard כובע שרוול פוסט טבעי עם פוסטים

כלים:

חותכי חוט וברזל הלחמה

Arduino UNO או דרך אחרת לתכנת ATtiny85

תחבר חוט ומגשרים

מקלדת, עכבר, צג HDMI, יציאת USB ורכזת אתרנט, כבל OTG

מולימטר

שלב 2: התקן את Raspberry Pi OS, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC ו- Mod Camera Camera

התקנת Pi Zero. הכינו כרטיס SD ל- Raspberry Pi עם ההפצה שבחרתם. במהלך תהליך ההתקנה הראשוני, הקפד לאפשר ממשק I2C, מצלמה ואתחול ל- CLI עם התחברות אוטומטית, הגדר את הזמן המקומי הנכון ושנה את הסיסמה שלך. אני ממליץ גם להגדיר כתובת IP סטטית כדי להקל על הדברים בהמשך הדרך. כותרת זכר הלחמה ל- Pi Zero. אתה יכול להשתמש בכותרת הסטנדרטית של 2 x 20 או בכותרת קצרה יותר של 2 x 6, מכיוון שכל 40 הסיכות אינן נדרשות לפרויקט זה - רק 12 הסיכות הראשונות.

התקנת מצלמה. הצמד את Pi Zero למארז שלו והשתמש במודול המצלמה הקצר הכלול לחיבור מודול המצלמה ל- Pi Zero ניתוב חריץ קצה הכבל החוצה. התקן את המכסה העליון מחורץ GPIO והצמד את המצלמה לכריכה בעזרת סרט דבק כפול (ראה תמונה).

הכינו את Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC. למרות ש- Onimov Pimoroni מגיע עם כותרת נקבה 2 x 6, במקום זאת השתמשתי בשתי כותרות ערימה של 1 x 6 נקבות בדרך כלל הנמכרות עבור UNOs של Arduino, אך סיכות הכותרת צריכות להתארך מעל Pimoroni OnOff Shim במיקומי סיכה של פטל פי 1, 3, 5, 7, 9, ניתן לחתוך את הסיכות האחרות לאורך סיכה רגיל. דחוף את ה- DS3231 RTC אל הפינים המורחבים כפי שמוצג בתמונה ולאחר מכן דחף את תת-מכלול ה- Pimoroni OnOff Shim ו- DS3231 RTC אל סיכות הכותרת של Raspberry Pi. כפי שמוצג.

התקן את תוכנת Pimoroni OnOff Shim עם:

סלסול https://get.pimoroni.com/onoffshim | לַחֲבוֹט

למידע נוסף על התקנת Shim חפש כאן

התקן את תוכנת RTC DS3231 בהתאם להוראות אלה

בדיקות ראשונות - מצלמה, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC

חבר מקלדת וצג מקומיים ל- Pi Zero. ודא שיש לך חיבור לרשת (כבל אתרנט או Wifi). חבר כבל חשמל USB Pimoroni OnOff Shim.

א. לחץ על לחצן הלחיצה של Pimoroni OnOff Shim למשך 3 שניות ולאחר מכן שחרר - זה מפעיל או כבה את ה- Pi Zero. צפה בתהליך האתחול והכיבוי על הצג. ל- Pi Zero שלך יש כעת שדרוג טכנולוגי מתקדם - מתג הפעלה/כיבוי!

ב. הגדר את זמן DS3231 וודא שהוא קורא את הזמן הנכון באמצעות:

sudo hwclock -w

sudo hwclock -r

ג. בדוק את תפקוד המצלמה בהתאם להוראות אלה.

שלב 3: הגדרת סקריפט הפעלה-בעת האתחול של Raspberry Pi ומצלמת בדיקה

צור ועבור לספריית המשנה החדשה של זרוקם

mkdir zerocam

cd zerocam

השתמש בעורך ננו ליצירת קובץ סקריפט חדש

ננו photo.sh

לאחר מכן העתק והדבק את הקוד שלהלן בעורך הננו. הננו הקרוב עם Ctrl+X, Y ואז חזרה.

#!/bin/bash

DATE = $ (תאריך +"%Y-%m-%d_%H%M") raspistill -o /home/pi/zerocam/$DATE-j.webp

מכיוון שסקריפט זה משתמש בפקודת convert, יהיה עליך להתקין את ImageMagick ב- Raspberry Pi

עדכון sudo apt-get

sudo apt-get install imagemagick

הפוך את הקובץ להפעלה

chmod +x photo.sh

פתח /etc/rc.local (פקודות בקובץ זה פועלות בעת אתחול)

sudo nano /etc/rc.local

קרוב לתחתית הקובץ, ממש לפני יציאה 0, הוסף את השורה החדשה הזו ולאחר מכן סגור את ננו באמצעות Ctrl+X, Y ואז חזור.

sh /home/pi/zerocam/photo.sh

כאשר צג מקומי מחובר, בדוק שהוא עובד

sudo אתחול מחדש

ה- Pi צריך לאתחל מחדש ולצלם. יהיה קובץ-j.webp

בדוק גם הפעלה וכיבוי של ה- Pi באמצעות לחצן לחיצה של פימורוני. מדוד ורשום את זמן האתחול של Pi. זה אמור להיות פחות מ -60 שניות.

שלב 4: שעון מעורר לפריצה

שימו לב לפעולה המיוצרת - התקינו שתי סוללות AAA בשעון המעורר, ותרגלו את הגדרת הזמן וההתראה בהתאם להוראות הכלולות. בדוק במיוחד את האזעקה שנשמעת - אתה אמור לראות את (1) סמל האזעקה הקטן של התצוגה מהבהב, (2) הזמזם נשמע למשך 1 דקות ואז נכבה ו (3) נורית הנורית האחורית נדלקת במשך 5 שניות ואז מכבה.

פירוק - הסר את ארבעת הברגים מהשעון אחורה כדי להפריד בין שני החצאים ולאחר מכן הסר ארבעה ברגים נוספים כדי לשחרר את הלוח הראשי.

פריצה - חתכו את מולידי הלד הקדמיים של הלוח כפי שמוצג והלחמו עד חוטים ארוכים בגודל 5 אינץ 'אל המוליכים הנותרים בצד האחורי של הלוח המודפס (ראו איור). הורד את הזמזם כפי שמוצג.

למסופי תא הסוללה הוסיפו שני חוטים נוספים (אדום ושחור) בתוספת קבל אלקטרוליטי 100MFD כפי שמוצג (שימו לב לקוטביות).

הרכיב מחדש את השעון והקפד לנתב את הנורית והסוללה החדשה יוצאת החוצה מחריצי החזקת המכסה האחורי כפי שמוצג.

בדוק שוב - התקן סוללות ובדוק את פונקציית האזעקה - כעת כאשר האזעקה מופעלת אתה אמור לראות את סמל האזעקה הקטן של התצוגה מהבהב - אך ללא זמזם וללא תאורה אחורית. חברו מולטימטר ללדים לד. עליכם לזהות כ -3 VDC כאשר האזעקה מופעלת מתוך תקופה של כ -5 שניות.

שלב 5: בנה לוח מעגלים Attiny85

בהתייחסו לתמונה ול- Attiny85 Schematic.pdf בונים את לוח המעגלים על פיסת לוח פרש או רצועה קטנה. הערות:

• הקפד להשתמש בשקע DIP בעל 8 פינים עבור שבב Attiny85 מכיוון שצריך להסיר אותו לתכנות.
• ודא כיוון הנכון של אופוטוס לפני הלחמה.
• הקופץ מוביל ל- Pimoroni Shim צריך להיות באורך של לפחות 4 סנטימטרים עם כותרות נקבות כדי לצרף את סיכות הזכר של Shims BTN.
• שימו לב לקוטביות בעת חיבורים עם לחיצת אזעקה - למעגל אין הגנה על קוטביות הפוכה

שלב 6: העלה קוד לשבב Attiny 85

באמצעות Arduino Uno או באמצעים אחרים, העלה את הקוד (קובץ AttinyPiPowerControl.ino מצורף) לשבב Attiny85 שלך. שימו לב - קוד זה מאפשר אתחול ה- PI של 60 שניות, לצלם ולהגיע לשורת הפקודה של הטרמינל לפני תחילת תהליך הכיבוי. לאחר מכן תוכל להתקין את שבב Attiny85 בשקע לוח המעגלים שלו - כיוון בדיקה כפולה.

הערה: אם אתה צריך פחות או יותר זמן ריצה של Pi, פשוט ערוך את השורה הקרובה לתחתית:

עיכוב (60000); // תן ל- Pi לאתחל ולרוץ לזמן מה

שלב 7: חיווט ובדיקה ראשונית והורדת קבצי תמונות מ- PI

תִיוּל:

חבר את בנק החשמל USB ליציאת מיקרו USB של שקע פימורוני. חבר את מוליכי המגשר מלוח מעגל Attiny85 לשקע פימורוני, וודא שהחוט השחור מתחבר לסיכת BTN הקצה החיצונית ביותר במדבקה של פימורוני.

מִבְחָן:

התקן 2 סוללות AAA בשעון המעורר והגדר את זמן השעון. אני ממליץ גם לחבר את יציאת ה- HDMI של Pi למסך מקומי.

הפעל את האזעקה והגדר אזעקה מספר דקות לעתיד. כאשר האזעקה מופעלת, אתה אמור לראות:

א. סמל שעון מעורר השעון מתחיל להבהב

ב. לאחר כ -5 שניות נורית ה- Pimoroni Shim אדומה נדלקת למשך 5 שניות

ג. ה- Pi מתחיל לאתחל

ד. לאחר כ 20 שניות נורית המצלמה נדלקת וצולמת. אם יש לך חיבור צג מקומי, תראה תצוגה מקדימה קצרה של התמונה שצולמה.

ה. לאחר עוד 40 שניות בערך, ה- Pi מתחיל עד שורת הפקודה של הטרמינל

ו. פי מתחיל את תהליך הכיבוי, לאחר כ -20 שניות נורית ה- LED האדומה של Pimoroni Shim מהבהבת המצביעה על צריכת חשמל ל- PI

הורדת קבצי תמונות מ- PI

אני מחבר את ה- PI לרשת שלי באמצעות כבל OTG, ומתאם USB לאתר, המפעיל את Pi מיבלת קיר. לאחר מכן השתמש ב- WinSCP כדי להוריד קבצים למחשב שלי.

שלב 8: הרכבת מארז אלקטרוניקה

חבר את מעגל Attiny85 לחלק האחורי של השעון המעורר באמצעות בורג הקשה עצמית קטנה. צרף PI לשעון באמצעות סרט דבק כפוף כפי שמוצג

חבר את השעון בצד שמאל לתחתון הארון עם סרט דבק כפול

חבר את ספק כוח ה- USB לתחתון המארז בעזרת סרט דבק כפוף כפי שמוצג.

הנח את המארז העליון מעל תחתית הוויטרינה כפי שמוצג.

שלב 9: בנה את ההימור הרכוב, ההרכבה הסופית ושחרור ה- PI אל הטבע

חתיכה תחתונה: בחתיכת עץ 5 1/2 X 5 1/2, חותכים 4 חריצים 3/4 אינץ 'פנימה מכל צד כפי שמוצג. השתמשתי במקצת נתב, אך ניתן גם לקדוח ולנסר. המרכז יוצר חור לצימוד 1 1/4 PVC. גודל החור האידיאלי הוא 1 5/8 ", אך מכיוון שהיה לי רק מסור חור בגודל 1 3/4", השתמשתי בזה ובניתי צימוד OD עם סרט ברווז. הדבק חיבור במקום עם אפוקסי.

מרכז את מארז האלקטרוניקה מעל גוש העץ וסמן את קווי המתאר שלו. לאחר מכן נקדח ארבעה 1/4 חורים לאורך כל צד כפי שמוצג. הדביקו ארבעה תבליני עץ בגודל 1 אינץ 'בגובה החורים האלה - זה יעזור לשמור על המארז במרכז.

חלק עליון: מקדחים ארבעה חורים בגודל 3/16 אינץ 'ליד הקצה התחתון של כל גודל והכנסו ווים S ארוכים בגובה 3/4 אינץ' לכל חור וכיפוף את הקצוות סגורים כדי שלא ייפלו. בקצוות הפנימיים דבק חם 4 ארבע שאריות עץ עבות 1/2 - אלה יסייעו לשמור על החלק העליון במרכזו מעל המתחם.

הרכבה אחרונה: סנדוויץ 'את מארז האלקטרוניקה בין החלקים העליונים והתחתונים ואבטח בעזרת שני מיתרי באנג'י כפי שמוצג

שחרר את ה- PI לטבע: הפוך יתד הרכבה על ידי חיתוך צינור PVC בגודל 1/4 אינץ 'באורך המתאים למטרותיך, חותך קצה אחד בזווית של 45 מעלות כדי להקל על הנגיעה לאדמה. במקרה שלי אני' אני מעוניין בגידול צמחי כיסוי הקרקע (Vinea minor) באביב הקרוב, ולכן יתד PVC שלי באורך של 15 אינץ 'בלבד. בדוק שוב שסוללות AAA טריות, בנק חשמל USB טעון במלואו ושעון מעורר מוגדר כראוי - לאחר מכן הכניס את הימור לתוך הקרקע והחלק על מכלול ההרכבה - ראה תמונה.

שלב 10: מדידות שוטפות ובדיקת חיי סוללה מואצת

מדדתי זרם באמצעות רדיו שאק RS-232 מולטימטר (22-812) ותוכנת נלווה מטר View. לא בחירת החיה, אבל זה מה שיש לי.

מדידת זרם זרם משתי סוללות AAA בעלות כוח Attiny85 ושעון מעורר

למולטימטר "חיבור סדרה" השתמשתי בסוללות דמה ובספק כוח של ספסל 3 וולט (ראה תמונה). ראה גרף זרם שנמדד במהלך התקופה "הפעילה" (מתחיל באירוע אזעקה - מסתיים בחזרה של Attiny85 למצב שינה). משיכה ללא אזעקה הייתה קבועה 0.0049 mA. סיכום -

תקופה פעילה = 78 שניות

תקופה ממוצעת ממוצעת זרם = 4.85 mA

זרם ללא אזעקה = 4.9 מיקרו-א (0.0049 mA)

חישבתי ציון זרם יומי ממוצע של 0.0093 mA משני ה- AAA (750 mAh/כל אחד) בהתחשב במצבי שינה ופעיל, וחיי סוללה תיאורטיים> 8 שנים בשיטה זו.

מדידה של משיכת זרם ה- PI מה- powerbank מסוג USB.לרב מד "חיבור סדרה" השתמשתי בכבל USB שונה (ראה תמונה). ראה גרף זרם שנמדד במהלך התקופה "הפעילה" (אתחול PI - כיבוי PI). בתקופה שאינה פעילה, פמיית ONOFF של פימורוני מנתקת לחלוטין את ההספק לפי, ולכן התיקו הנוכחי ~ אפס. סיכום -

תקופה פעילה = 97 שניות

תקופה ממוצעת ממוצעת זרם = 137 mA

בהנחה שבנק כוח של 11200 מיליאמפר / שעה המספר התיאורטי של מחזורי התקופה הפעילים הוא> 3000.

בדיקת חיי סוללה מואצת

שלטתי באופן זמני ב- PI עם Arduino UNO המתוכנת לרכיבה מהירה - הזמן בין האזעקות היה 2 דקות לעומת 24 השעות הרגילות.

מבחן מס '1: בנק כוח של 11200mAh. התחלתי ב -22: 00 ואני עצרתי ב -13: 00 למחרת. תוצאות: צולמו 413 תמונות, 3 מתוך 4 נוריות רמת טעינה עדיין דולקות בסוף הבדיקה.

מבחן מס '2: בנק כוח של 7200mAh. התחלתי ב -19: 30 ואני עצרתי ב -16: 30 למחרת. תוצאות: צולמו 573 תמונות, 2 מתוך 4 נוריות רמת טעינה עדיין דולקות בסוף הבדיקה.

מסקנה: אני מאמין שהתוצאות לעיל מצביעות על כך שלפחות שנה אחת של צילום 1 לכל תמונה סביר.