תחנת מזג אוויר סולארית Raspberry Pi: 7 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

בעקבות השלמת שני הפרויקטים הקודמים שלי, המצלמה הקומפקטית וקונסולת המשחקים הניידים, רציתי למצוא אתגר חדש. ההתקדמות הטבעית הייתה מערכת מרחוק חיצונית …

רציתי לבנות תחנת מזג אוויר Raspberry Pi שמסוגלת לקיים את עצמה מחוץ לרשת ולשלוח לי את התוצאות דרך חיבור אלחוטי, מכל מקום! לפרויקט הזה באמת היו אתגרים, אך למרבה המזל הפעלת ה- Raspberry Pi היא אחד האתגרים העיקריים שהופכו לפשוטים באמצעות השימוש ב- PiJuice כספק עם תמיכה סולארית נוספת (להשלים עם טכנולוגיית PiAnywhere המהפכנית שלנו - הדרך הטובה ביותר תוריד את הפי שלך מהרשת!).

המחשבה הראשונית שלי הייתה להשתמש במודול ה- AirPi הפנטסטי כדי לבצע קריאות. אולם, לכך היו שני חסרונות עיקריים; זה דורש חיבור אינטרנט ישיר כדי להעלות את התוצאות ויש לחבר אותו ישירות ל- GPIO ב- Pi כלומר לא ניתן לחשוף אותו לאוויר מבלי לחשוף גם את ה- Raspberry Pi (לא אידיאלי אם נרצה שתחנת מזג האוויר הזו להימשך כל זמן).

הפתרון … בנה מודול חישה משלי! בעזרת חלק ניכר מה- AirPi להשראה הצלחתי להרכיב אב טיפוס פשוט מאוד בעזרת כמה חיישן שכבר היה לי; טמפרטורה, לחות, רמות אור וגזים כלליים. והדבר הגדול בזה הוא שבאמת קל להוסיף חיישנים נוספים בכל עת.

החלטתי להשתמש ב- Raspberry Pi a+ בעיקר בשל צריכת החשמל הנמוכה שלו. כדי לשלוח לי את התוצאות השתמשתי במודול EFCom Pro GPRS/GSM, שיכול לשלוח טקסט ישירות לטלפון הנייד שלי עם התוצאות! די מסודר נכון?

אני שמח כאן לכל רעיון שיש לך לפרויקטים סולאריים או ניידים נהדרים אחרים. הודע לי בתגובות ואעשה כמיטב יכולתי ליצור הדרכה!

שלב 1: חלקים

1 x PiJuice + פאנל סולארי (להשלים עם טכנולוגיית PiAnywhere המהפכנית שלנו - הדרך הטובה ביותר להוריד את הפי מהרשת!)

1 x פטל פאי a+

1 x מודול EFCom Pro GPRS/GSM

1 x כרטיס סים

1 x לוח לחם

פרוטובארד

1 x MCP3008 ADC

1 x LDR

1 x LM35 (חיישן טמפרטורה)

1 x DHT22 (חיישן לחות)

1 x חיישן איכות אוויר כללי TGS2600

1 x 2.2 KΩ נגד

1 x 22 KΩ נגד

1 x 10 KΩ נגד

10 x נקבה - חוטי מגשר נקבה

מבחר חוטים בודדים

1 x תיבת חיבור אחת חיצונית

1 x תיבת צומת חיצונית כפולה

1 x מחבר כבל עמיד למים

2 x 20 מ מ כבלי עיוור למחצה

שלב 2: מעגל חישה

יש לא מעט אלמנטים שונים בפרויקט זה, ולכן עדיף לעשות הכל בשלבים. ראשית אעבור כיצד להרכיב את מעגל החישה.

כדאי לבנות זאת קודם על לוח לחם, למקרה שתעשו טעויות, צירפתי תרשים מעגלים ותמונות שלב אחר שלב, שאליהם יש להתייחס.

1. המרכיב הראשון שהתחבר הוא ממיר אנלוגי לדיגיטלי מסוג MCP3008. זה יכול לקחת עד 8 כניסות אנלוגיות ומתקשר עם ה- Raspberry Pi באמצעות SPI. כשהשבב כלפי מעלה והחצי העיגול החתוך בקצה הרחוק ממך, הסיכות מימין מתחברות כולן ל- Raspberry Pi. חבר אותם כפי שמוצג. אם אתה רוצה ללמוד קצת יותר על אופן הפעולה של השבב, הנה מדריך מצוין ל- MCP3008 ולפרוטוקול SPI.
2. הפינים משמאל הם 8 כניסות אנלוגיות, שמספרות 0-7 מלמעלה למטה. נשתמש רק ב -3 (CH0, CH1, CH2) הראשונות, עבור ה- LDR, חיישן הגז הכללי (TGS2600) וחיישן הטמפרטורה (LM35). תחילה חבר את ה- LDR כפי שמוצג בתרשים. צד אחד לקרקע והשני ל 3.3V באמצעות נגד 2.2KΩ ו- CH0.
3. לאחר מכן, חבר את "חיישן הגז הכללי". חיישן גז זה משמש לאיתור מזהמי אוויר כגון מימן ופחמן חד חמצני. עדיין לא מצאתי כיצד להשיג ריכוזים ספציפיים, כך שכרגע התוצאה מחיישן זה היא רמת אחוזי בסיסית, שבה 100% רווי במלואו. כשהחיישן פונה כלפי מעלה (סיכות בצד התחתון), הסיכה ישירות מימין למגרש הקטן היא סיכה 1 ואז המספרים גדלים בכיוון השעון סביב הסיכה. אז סיכות 1 ו -2 מתחברות ל- 5V, סיכה 3 מתחברת ל- CH1 ואדמה באמצעות נגד 22KΩ ו- pin4 מתחבר ישר לאדמה.
4. החיישן האנלוגי הסופי לחיבור הוא חיישן הטמפרטורה LM35. זה כולל 3 סיכות. קח את החיישן כך שהצד השטוח הכי קרוב אליך, הפין השמאלי ביותר מתחבר ישר ל- 5V (לא מסומן בתרשים, הרע שלי!), הסיכה המרכזית מתחברת ל- CH2 והפין הימני ביותר מתחבר ישר לקרקע. קַל!
5. הרכיב האחרון להתחבר הוא חיישן לחות DHT22. זהו חיישן דיגיטלי כך שניתן לחבר אותו ישר ל- Raspberry Pi. קח את החיישן כשהרשת פונה אליך וארבעת הסיכות בצד התחתון. סיכות מוזמנות מאחת משמאל. חבר 1 ל 3.3V. פין 2 עובר ל- GPIO4 ו- 3.3V באמצעות נגד 10KΩ. השאר סיכה 3 מנותקת וסיכה 4 הולכת ישר לאדמה.

זהו זה! מעגל הבדיקה נבנה. אני מקווה להוסיף רכיבים נוספים כשיהיה לי זמן. אני באמת רוצה להוסיף חיישן לחץ, חיישן מהירות רוח והייתי רוצה לקבל נתונים חכמים יותר על ריכוזי הגז.

שלב 3: מודול GSM

כעת, לאחר שנבנו מעגלי החישה, צריכה להיות דרך לקבל את התוצאות. כאן נכנס מודול ה- GSM. אנו הולכים להשתמש בו כדי לשלוח את התוצאות דרך הרשת הסלולרית ב- SMS פעם ביום.

מודול ה- GSM מתקשר עם ה- Raspberry Pi באמצעות סידורי באמצעות UART. הנה מידע נהדר על תקשורת טורית עם ה- Raspberry Pi. על מנת להשתלט על היציאה הטורית של ה- Pi עלינו לבצע כמה תצורות קודם.

אתחל את ה- Raspberry Pi שלך עם תמונת Raspbian רגילה. כעת שנה את הקובץ "/boot/cmdline.txt" מתוך:

"dwc_otg.lpm_enable = 0 קונסולה = ttyAMA0, 115200 kgdboc = ttyAMA0, 115200 קונסולה = tty1 root =/dev/mmcblk0p2 rootfstype = ext4 מעלית = root rootit"

ל:

"dwc_otg.lpm_enable = 0 קונסולה = tty1 root =/dev/mmcblk0p2 rootfstype = ext4 מעלית = מועד אחרון rootwait"

על ידי הסרת קטע הטקסט המודגש.

שנית, עליך לערוך את הקובץ "/etc/inittab" על ידי התייחסות לשורה השנייה בחלק הבא:

#להמציא גטי בקו הסידורי של Raspberry Pi T0: 23: respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100"

כך שכתוב:

#להמציא גטי בקו הסידורי של Raspberry Pi#T0: 23: respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100

ואתחל את ה- Pi. כעת היציאה הטורית צריכה להיות חופשית לתקשר איתה כרצונך. הגיע הזמן לחבר את מודול ה- GSM. תסתכל על תרשים המעגלים בשלב הקודם ועל התמונות למעלה כדי לראות כיצד הדבר מתבצע. ביסודו של דבר, TX מחובר ל- RX ו- RX מחובר ל- TX. ב- Raspberry Pi TX ו- RX נמצאים GPIO 14 ו -15 בהתאמה.

כעת, סביר להניח שתרצה לבדוק שהמודול פועל, אז ננסה לשלוח טקסט! לשם כך עליך להוריד את Minicom. זוהי תוכנה המאפשרת לך לכתוב ליציאה הטורית. להשתמש:

"sudo apt-get install minicom"

לאחר ההתקנה ניתן לפתוח את minicom באמצעות הפקודה הבאה:

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

9600 הוא קצב השידור ו /dev /ttyAMA0 הוא שם היציאה הטורית של הפי. פעולה זו תפתח אמולטור מסוף שבו כל מה שתכתוב יופיע ביציאה הטורית, כלומר יישלח למודול ה- GSM.

הכנס את כרטיס ה- SIM המצורף שלך לתוך מודול ה- GSM ולחץ על לחצן ההפעלה. לאחר מכן צריך להדליק לד כחול. מודול ה- GSM משתמש בערכת הפקודות AT, להלן התיעוד אם אתה באמת מעוניין בכך. כעת אנו בודקים ש- Raspberry Pi זיהה את המודול באמצעות הפקודה הבאה:

"בְּ"

לאחר מכן המודול אמור להגיב עם:

"בסדר"

גדול! לאחר מכן עלינו להגדיר את המודול לשליחת SMS כטקסט ולא בינארי:

"AT+CMGF = 1"

שוב התשובה צריכה להיות "בסדר". כעת אנו כותבים את הפקודה לשלוח SMS:

"AT+CMGS =" 44 ************* "", החלף את הכוכבים במספר שלך.

המודם עם תגובה עם ">" ולאחר מכן תוכל לכתוב לך הודעה. לשליחת ההודעה הקש. זהו, ובכל מזל שרק עכשיו קיבלתם טקסט ישירות מ- Raspberry Pi שלכם.

ובכן, כעת, כאשר אנו יודעים שמודול ה- GSM פועל, תוכל לסגור את minicom; אנחנו לא נזדקק לזה להמשך הפרויקט.

שלב 4: הורד את התוכנה והפעל יבש

בשלב זה הכל צריך להיות מחובר ומוכן לבדיקה לריצה יבשה. כתבתי תוכנית פייתון פשוטה למדי שתקבל קריאות מכל חיישן ולאחר מכן תשלח את התוצאות לטלפון הנייד שלך. אתה יכול להוריד את כל התוכנית מדף PiJuice Github. עכשיו יכול להיות גם זמן טוב לבדוק עם מודול PiJuice. הוא פשוט מתחבר ל- GPIO של ה- Raspberry Pi, כל החוטים המחוברים ל- Pi פשוט מחוברים היישר אל פינים המתאימים ב- PiJuice. קל כמו פי. כדי להוריד את הקוד השתמש בפקודה:

שיבוט git

זה מוגדר לשליחת נתונים פעם ביום. לצורכי בדיקה זה לא נהדר, אז כדאי לערוך את התוכנית. זה נעשה בקלות; פשוט פתח את הקובץ; "sudo nano weatherstation.py". ליד החלק העליון יש קטע "עיכוב מוגדר". תן הערה לשורה "עיכוב = 86400" ובטל הערה "עיכוב = 5". כעת התוצאות יישלחו אחת ל -5 שניות. כמו כן, תרצה לשנות את התוכנית כך שתכיל מספר נייד משלך. מצא היכן כתוב "+44 **********" והחלף את הכוכבים במספר משלך.

לפני שתפעיל את התוכנית יהיה עליך רק להוריד ספרייה לקריאת חיישן הלחות DHT22:

שיבוט git

והספרייה צריכה להיות מותקנת:

"cd Adafruit_Python_DHT"

"עדכון sudo apt-get"

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

"התקנת sudo python setup.py"

מגניב, עכשיו אתה יכול לבדוק את התוכנית.

"sudo python weatherstation.py"

מכיוון שהתוכנית פועלת התוצאות צריכות להישלח לנייד שלך אך גם להדפיס אותן במסוף כל 5 שניות.

שלב 5: בנה את המעגל

עכשיו, כשהכל עובד בפועל, הגיע הזמן לבנות את הדבר האמיתי. התמונות מראות את הרעיון הכללי של האופן שבו כל היחידה משתלבת. ישנן שתי יחידות דיור נפרדות; אחד למעגל החישה (שיהיו לו חורים שיאפשרו לאוויר להסתובב בפנים) ואחד עבור Raspberry Pi, יחידת GPRS ו- PiJuice, (אטום לחלוטין למים) הלוח הסולארי יוחבר ליחידת המחשוב עם צומת צמוד למים. לאחר מכן ניתן לנתק בקלות את שתי היחידות כך שניתן להסיר את בית החיישן או את בית המחשוב מבלי להוריד את כל היחידה. זה נהדר אם אתה רוצה להוסיף עוד חיישנים או אם אתה צריך את Raspberry Pi או PiJuice שלך לפרויקט אחר.

יהיה עליך לשבור את לוח ההגנה כך שיתאים בתוך הקטן מבין שתי תיבות החיבור. כאן נמצא מעגל החישה. מעגל החישה מועבר כעת מלוח הלחם לפרוטובארד. עכשיו תצטרך לבצע הלחמה. ודא שנוח לך להשתמש בברזל הלחמה בבטחה. אם אינך בטוח, בקש את עזרתו של מישהו שהוא הלחמה מוכשרת.

תודה רבה לפטריק במעבדה כאן, שהציל אותי מלעשות חשיש אמיתי מהמעגל הזה. הוא הצליח לדפוק את זה תוך דקות ספורות! אם, כמוני, אתה לא המעגלים הבניינים הטובים ביותר ואין לך גאון כמו פטריק מוכן לעזור לך, תמיד תוכל להשאיר את המעגל על לוח לחם, כל עוד הוא נכנס בתיבת החשמל שלך..

שלב 6: הכנת יחידות הדיור

החלק הזה הוא המקום בו הוא נהנה ממש. אולי שמת לב לטבעות בכל קופסה. אלה נועדו להידחק כך שקופסאות יכולות להפוך לצמתים של חשמל. נשתמש בהם לחיבור בין יחידת החישה ליחידת המחשוב, לחיבור ללוח השמש וגם כאוורור ליחידת החישה כדי לאפשר זרימת אוויר.

ראשית דפק חור אחד בכל קופסה לחיבור בין השניים, כפי שניתן לראות בתמונות. לדפוק את החורים יכול להיות מסובך לבצע בצורה מסודרת, אבל קצה מחוספס לא משנה. מצאתי שהשיטה הטובה ביותר היא להשתמש במברג כדי לחדור תחילה את הטבעת המחורצת סביב כל חור, ולאחר מכן לחטט אותה כמו מכסה מפח צבע. לאחר מכן מחבר הכבל העמיד למים משמש לחיבור שתי הקופסאות.

אז תצטרך לעשות חור נוסף בבית המחשוב של חוט הפאנל הסולארי. החור הזה מחובר לאחר מכן לאחת מחבל הכבלים העיוורים למחצה שלך. לפני שאתם מכניסים את החריץ לחור בו חור כדי שהכבל יעבור. זה צריך להיות קטן ככל האפשר כדי לשמור אותו אטום למים, ואז לדחוף את קצה המיקרו USB דרך החור (זהו הקצה המתחבר ל- PiJuice).

לבסוף צריך ליצור חור נוסף ביחידת החישה כדי לאפשר לאוויר להיכנס ולצאת. החלטתי ללכת על הכל ישירות מול הצומת בין שתי הקופסאות. ייתכן שיהיה צורך להוסיף חור שני. אני מניח שנדע לאחר זמן מה בתחנת מזג האוויר.

שלב 7: חיבור וגימור תחנת מזג האוויר

נכון, כמעט שם. השלב האחרון הוא חיבור הכל.

החל מיחידת המחשוב. בתיבה זו יש לנו את ה- Raspberry Pi, ה- PiJuice המתחבר אל ה- Raspberry Pi GPIO ואת מודול ה- GSM המתחבר לפריצת GPIO ב- PiJuice באמצעות חוטי מגשר נקבה לנקבה. נחמד ונעים! בשלב זה כנראה הייתי מייעץ לשים סוג כל סילר סביב נקודת הכניסה לכבל ה- USB עבור הפאנל הסולארי. סוג כלשהו של שרף, או דבק על, כנראה יעבוד.

לאחר מכן עברו ליחידת החישה. בתמונה, מלמעלה למטה, החוטים הם; אפור, לבן, סגול וכחול הם קווי הנתונים של SPI, שחור הוא טחון, כתום הוא 3.3V, אדום הוא 5V וירוק הוא GPIO 4. יהיה עליך למצוא חוטי מגשר לחיבור אלה ולאחר מכן להאכיל אותם דרך הכבל העמיד למים. מחבר כפי שניתן לראות בתצלומים. לאחר מכן ניתן לחבר כל חוט ל- GPIO המתאים ולחבר את המחבר. בשלב זה קל לראות כיצד ניתן לשפר את העיצוב; ה- LDR לא עומד להיחשף לאור רב (אם כי עדיין עשוי להיות שימושי לדעת ערכים יחסיים, ודפיקת חור נוסף עשויה לעזור), אני חושב שעדיף להשתמש באותו גודל כמו יחידת המחשוב. גם ליחידת החישה, יהיה קל יותר להכניס את לוח המעגלים לקופסה ויהיה מקום לשחק עם סידורים שונים.

הנחתי אותו עכשיו בגינה, כפי שניתן לראות בתמונות. אני מקווה שגם בימים הקרובים אוכל לפרסם כמה תוצאות! וכמו שאמרתי קודם, אם יש לך רעיונות לכמה פרויקטים מגניבים, הודע לי!