تمشک پای در طبیعت! Timelapse تمدید شده با قدرت باتری: 10 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

انگیزه: من می خواستم از دوربین Raspberry Pi مجهز به باتری برای گرفتن عکس های یکبار در روز در خارج از منزل برای ایجاد ویدئوهای طولانی مدت استفاده کنم. برنامه خاص من ثبت رشد گیاهان پوشش گیاهی در بهار و تابستان آینده است.

چالش: برای اطمینان از عمر طولانی باتری ، کنترل قدرت کم رزبری پای را طراحی کنید.

راه حل من: من از یک ساعت زنگ دار هک شده ، مدار Attiny85 و Shim Pimoroni OnOff استفاده می کنم تا برق را به طور کامل در صورت عدم استفاده قطع کنم. در حالی که ساعت Attiny85 و زنگ ساعت در حالت آماده به کار به کار خود ادامه می دهند ، جریان فعلی تنها 5 میکرو آمپر است. دو باتری AAA هم Attiny و هم زنگ ساعت را تغذیه می کنند ، در حالی که یک پاوربانک USB به Pi تأمین می کند.

عملکرد اصلی: هنگامی که ساعت زنگ دار خاموش می شود ، یک مدار Attiny خوابیده از خواب بیدار می شود ، که به Pimoroni OnOff shim نشان می دهد که از پاوربانک USB به Raspberry Pi نیرو بگیرد. Pi یک اسکریپت run-at-boot را اجرا می کند (عکس بگیرید). پس از گذشت زمان کافی (60 ثانیه در برنامه من) ، مدار Attiny دوباره به Pimoroni OnOff نشان می دهد و سپس Attiny وارد حالت خواب می شود. بر اساس سیگنال Attiny ، Pimoroni OnOff shim فرمان خاموش شدن Pi را اجرا می کند و پس از اتمام مراحل خاموش شدن Pi ، برق را از پاوربانک USB به Raspberry Pi قطع می کند.

مرحله 1: قطعات و ابزارها

قطعات:

Raspberry Pi Zero یا Raspberry Pi Zero W (قدرت بیشتری را می گیرد)

ماژول دوربین رزبری PI

کیف Raspberry Pi Zero

Pimoroni ONOFF SHIM RASP PI POWER SWITCH ، Digikey

OPTOISOLATOR Digikey

هدف ساعت زنگ دار دیجیتال باتری

ATtiny85 8 DIP Digikey

(2) CAP ALUM 100UF Digikey

ماژول DS3231 RTC AliExpress

(2) مقاومت 68 اهم

کابل میکرو USB کوتاه (حدود 6 اینچ)

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

پاوربانک USB Kmashi 11200 mAh # k-mp806 یا مشابه آن

نوار چوبی دو نفره

پیچ خودکار کوچک

(2) هدرهای انباشته زنانه 1 X 8 پین - معمولا یک سربرگ آردوینو UNO به فروش می رسد AliExpress

تخته نوار یا نوار در حدود 1 1/4 اینچ در 2 اینچ

5 1/2 در 5/12 در 3/4 ضخامت کاج یا تخته سه لا

1 1/4 لوله PVC به طول 15 اینچ

1 1/4 کوپلر PVC

(2) طناب های بانجی کوتاه به طول 10 اینچ

(4) پایه های رولپلاک چوبی 1/4 اینچی به طول حدود 1 اینچ

Menard کلاه آستین دار UltraDeck Natural Post

ابزارها:

برش سیم و آهن لحیم کاری

Arduino UNO یا روش دیگری برای برنامه نویسی ATtiny85

سیم و جامپرها را وصل کنید

صفحه کلید ، ماوس ، مانیتور HDMI ، پورت USB و هاب اترنت ، کابل OTG

مولتی متر

مرحله 2: Raspberry Pi OS ، Pimoroni OnOff Shim ، DS3231 RTC و ماژول دوربین Pi را نصب کنید

تنظیم Pi Zero. با توزیع دلخواه خود کارت SD برای رزبری پای تهیه کنید. در مراحل اولیه راه اندازی ، مطمئن شوید که رابط I2C ، دوربین و بوت را با ورود خودکار به CLI فعال کنید ، زمان محلی صحیح را تنظیم کرده و رمز عبور خود را تغییر دهید. من همچنین توصیه می کنم یک آدرس IP ثابت برای سهولت کار در راه ایجاد کنید. سرصفحه سر مردانه را به Pi Zero لحیم کرد. می توانید از سرصفحه استاندارد 2 * 20 یا سربرگ کوتاهتر 2 * 6 استفاده کنید ، زیرا همه 40 پین برای این پروژه مورد نیاز نیست - فقط 12 پین اول.

نصب دوربین Pi Zero را در جعبه آن بچسبانید و از کابل روبان کوتاه موجود ، ماژول دوربین را به Pi Zero وصل کنید تا کابل را از شکاف انتهای قاب خارج کند. درپوش بالای شکاف GPIO را نصب کرده و دوربین را با نوار چسب دوگانه به جلد وصل کنید (عکس را ببینید).

Pimoroni OnOff Shim ، DS3231 RTC را آماده کنید. اگرچه Pimoroni OnOff Shim دارای یک سر زن 2 x 6 می باشد که من به جای آن از دو سربرگ 1 x 6 زنانه "برای UNO های آردوینو استفاده می کنم ، استفاده می کنم ، اما سنجاق های سربرگ باید در بالای Pimoroni OnOff Shim در مکان های 1 ، 3 Raspberry Pi گسترش یابد ، 5 ، 7 ، 9 ، سایر پین ها را می توان به طول پین استاندارد برش داد. مطابق عکس ، DS3231 RTC را روی پین های کشیده فشار دهید و سپس زیر مجموعه Pimoroni OnOff Shim & DS3231 RTC را روی پین های سربرگ Raspberry Pi فشار دهید. همانطور که نشان داده شده است.

نرم افزار Pimoroni OnOff Shim را با موارد زیر نصب کنید:

پیچش https://get.pimoroni.com/onoffshim | خراب کردن

برای اطلاعات بیشتر در مورد نصب Shim اینجا را ببینید

طبق این دستورالعمل ، نرم افزار DS3231 RTC را نصب کنید

آزمایشات اولیه - دوربین ، Pimoroni OnOff Shim ، DS3231 RTC

صفحه کلید و مانیتور محلی را به Pi Zero متصل کنید. از اتصال شبکه (کابل اترنت یا Wifi) اطمینان حاصل کنید. کابل برق USB Pimoroni OnOff Shim را وصل کنید.

آ. دکمه Pimoroni OnOff Shim را به مدت 3 ثانیه فشار دهید و سپس رها کنید - با این کار Pi Zero روشن یا خاموش می شود. مراحل راه اندازی و خاموش شدن را در مانیتور مشاهده کنید. Pi Pi شما اکنون دارای یک فناوری پیشرفته پیشرفته است - یک سوئیچ روشن/خاموش!

ب زمان DS3231 را تنظیم کنید و تأیید کنید که زمان صحیح با موارد زیر خوانده می شود:

sudo hwclock -w

sudo hwclock -r

ج طبق این دستورالعمل ها عملکرد دوربین را آزمایش کنید.

مرحله 3: تنظیم Raspberry Pi Run-At-Boot Script و تست دوربین

ایجاد و حرکت به زیر دایرکتوری زیروکم جدید

mkdir zerocam

سی دی زیروکام

برای ایجاد فایل اسکریپت جدید از ویرایشگر نانو استفاده کنید

نانو عکس.ش

سپس کد زیر را در ویرایشگر نانو کپی و جایگذاری کنید. نانو را با Ctrl+X ، Y و سپس Return ببندید.

#!/bin/bash

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

از آنجا که این اسکریپت از دستور convert استفاده می کند ، باید ImageMagick را روی Raspberry Pi نصب کنید

sudo apt-get update

sudo apt-get install imagemagick

فایل را اجرایی کنید

chmod +x photo.sh

/etc/rc.local را باز کنید (دستورات این فایل در هنگام بوت اجرا می شود)

sudo nano /etc/rc.local

نزدیک به انتهای فایل ، درست قبل از دستور خروج 0 این خط جدید را اضافه کنید و سپس نانو را با Ctrl+X ، Y و سپس Return ببندید.

sh /home/pi/zerocam/photo.sh

با اتصال یک مانیتور محلی ، آزمایش کنید که کار می کند

راه اندازی مجدد sudo

Pi باید راه اندازی مجدد شود و عکس بگیرد. یک فایل-j.webp

همچنین روشن و خاموش کردن Pi را با دکمه Pimoroni آزمایش کنید. زمان بوت Pi را اندازه گیری و ضبط کنید. باید کمتر از 60 ثانیه باشد.

مرحله 4: هک ساعت زنگ دار

نحوه عملکرد را مشاهده کنید - دو باتری AAA را در ساعت زنگ دار نصب کنید و مطابق دستورالعمل های موجود تنظیم زمان و زنگ را تمرین کنید. به ویژه زنگ هشدار را رعایت کنید - باید (1) نماد زنگ کوچک صفحه نمایش چشمک بزند ، (2) زنگ به مدت 1 دقیقه به صدا در می آید سپس خاموش می شود و (3) چراغ LED عقب 5 ثانیه روشن می شود و سپس خاموش می شود.

جدا کردن - چهار پیچ را از ساعت عقب بردارید تا دو نیمه جدا شوند ، سپس چهار پیچ دیگر را بردارید تا PCB اصلی آزاد شود.

هک - سیم های LED را در جلوی PCB همانطور که نشان داده شده برش داده و سیمهای 5 اینچی را به سیمهای باقیمانده در پشت PCB بچسبانید (تصویر را ببینید).

به پایانه های محفظه باتری دو سیم اضافی (قرمز و مشکی) به علاوه یک خازن الکترولیتی 100MFD همانطور که نشان داده شده است اضافه کنید (قطبیت را رعایت کنید).

ساعت را مجدداً مونتاژ کنید و مطمئن شوید که LED را هدایت کرده و باتری جدید شکاف های نگهدارنده قاب عقب را مطابق شکل بیرون می آورد.

دوباره آزمایش کنید - باتری ها را نصب کرده و عملکرد زنگ هشدار را آزمایش کنید - در حال حاضر که زنگ ساعت خاموش می شود ، باید نماد زنگ کوچک صفحه نمایش را در حال چشمک زدن ببینید - اما بدون زنگ و بدون نور پس زمینه. هنگامی که زنگ ساعت 5 ثانیه خاموش می شود ، یک مولتی متر را به سیم های LED وصل کنید ، باید حدود 3 VDC را تشخیص دهید.

مرحله 5: برد مدار Attiny85 را بسازید

با مراجعه به عکس و Attiny85 Schematic.pdf برد مدار را روی یک تکه کوچک از ورق یا تخته نوار بسازید. یادداشت:

• مطمئن شوید که از یک سوکت DIP 8 پین برای تراشه Attiny85 استفاده می کنید زیرا برای برنامه نویسی باید برداشته شود.
• قبل از لحیم کاری جهت درست Optos را اطمینان دهید.
• جهنده منجر به Pimoroni Shim باید حداقل 4 اینچ طول داشته باشد با سربرگ های زن برای اتصال پین های مردانه Shims BTN.
• هنگام ایجاد اتصالات با کلیک زنگ هشدار ، قطبیت را رعایت کنید - مدار هیچ حفاظت از قطبیت معکوس ندارد

مرحله 6: کد را در چیپ Attiny 85 بارگذاری کنید

با استفاده از Arduino Uno یا وسایل دیگر ، کد (فایل AttinyPiPowerControl.ino ضمیمه شده) را روی تراشه Attiny85 خود بارگذاری کنید. توجه - این کد 60 ثانیه به PI اجازه می دهد تا بوت شود ، عکس بگیرد و به خط فرمان ترمینال برسد قبل از شروع فرایند خاموش کردن. سپس می توانید تراشه Attiny85 را در سوکت برد مدار آن نصب کنید - جهت را دوباره بررسی کنید.

توجه: اگر به زمان اجرای Pi بیشتر یا کمتر نیاز دارید ، فقط این خط را در قسمت پایینی ویرایش کنید:

تاخیر (60000) ؛ // اجازه دهید Pi بوت شود و برای مدتی اجرا شود

مرحله 7: سیم کشی و آزمایش اولیه و بارگیری فایل های عکس از PI

سیم کشی:

پاور بانک USB را به پورت micro usb Pimoroni shim وصل کنید. سیم های بلوز را از برد مدار Attiny85 به شیم Pimoroni وصل کنید ، اطمینان حاصل کنید که سیم مشکی به بیرونی ترین لبه BTN پین در شیم Pimoroni متصل می شود.

تست:

2 باتری AAA را در ساعت زنگ دار نصب کرده و زمان ساعت را تنظیم کنید. همچنین توصیه می کنم پورت HDMI Pi را به مانیتور محلی متصل کنید.

دزدگیر را روشن کرده و دقایقی دیگر زنگ هشدار را در آینده تنظیم کنید. هنگامی که زنگ هشدار به صدا در می آید ، باید موارد زیر را ببینید:

آ. چشمک زنگ ساعت شروع به چشمک زدن می کند

ب پس از حدود 5 ثانیه LED قرمز Pimoroni Shim به مدت 5 ثانیه روشن می شود

ج Pi شروع به بوت شدن می کند

د بعد از حدود 20 ثانیه LED دوربین روشن می شود و عکس گرفته می شود. اگر اتصال مانیتور محلی دارید ، پیش نمایش کوتاهی از عکس گرفته شده را مشاهده خواهید کرد.

ه بعد از حدود 40 ثانیه دیگر ، Pi تا خط فرمان ترمینال بوت می شود

f Pi روند خاموش شدن را شروع می کند ، پس از حدود 20 ثانیه LED قرمز Pimoroni Shim چشمک می زند که نشان می دهد برق به PI قطع شده است

بارگیری فایل های عکس از PI

PI را با استفاده از کابل OTG و آداپتور USB به اترنت به شبکه خود متصل می کنم و Pi را از زگیل دیواری تغذیه می کنم. سپس از WinSCP برای بارگیری فایل ها در رایانه خود استفاده کنید.

مرحله 8: جمع آوری محفظه الکترونیکی

برد مدار Attiny85 را با استفاده از یک پیچ کوچک خودکار به پشت ساعت زنگ دار وصل کنید. PI را با استفاده از نوار چسب دوگانه به عنوان ساعت به ساعت وصل کنید

ساعت را به سمت چپ وصل کنید تا قسمت پایین قاب با نوار چوبی دو طرفه نمایش داده شود

مطابق شکل ، پاوربانک USB را برای نمایش قسمت پایین قاب با نوار چسب دوبل وصل کنید.

مطابق شکل قاب بزرگ را روی قسمت پایین ویترین قرار دهید.

مرحله 9: ساخت Mounting Stake ، Final Assembly و Release PI Into the Wild

قطعه پایینی: در یک قطعه چوب 5 1/2 X 5 1/2 ، 4 شکاف 3/4 اینچی را از هر طرف به داخل برش دهید همانطور که نشان داده شده است. من از 1/4 بیت روتر استفاده کردم ، اما شما همچنین می توانید سوراخ و اره کنید. مرکز یک سوراخ برای 1 1/4 اتصال PVC ایجاد می کند. اندازه ایده آل سوراخ 1 5/8 اینچ است ، اما از آنجا که من فقط یک اره سوراخ 1 3/4 اینچی داشتم ، از آن استفاده کردم و OD را با نوار اردک متصل کردم. اتصال در محل با اپوکسی

محفظه لوازم الکترونیکی را در بالای بلوک چوبی قرار دهید و طرح کلی آن را مشخص کنید. سپس مطابق شکل چهار چهارم 1/4 سوراخ در امتداد هر طرف ایجاد کنید. در این سوراخ ها چهار رولپلاک چوبی با طول 1 "اینچ 1/4" بچسبانید - این کار به مرکز نگه داشتن محفظه کمک می کند.

قسمت بالا: چهار سوراخ 3/16 اینچی در نزدیکی لبه تحتانی هر اندازه ایجاد کنید و قلاب های S 3/4 اینچی طولانی را در هر سوراخ وارد کنید و انتهای آنها را خم کنید تا سقوط نکنند. در لبه های داخلی چسب داغ 4 ضایعات چوبی به ضخامت 4/1/2 - اینها به نگه داشتن قطعه بالا در بالای محفظه کمک می کند.

مونتاژ نهایی: محفظه وسایل الکترونیکی را بین قطعات بالا و پایین قرار دهید و مطابق شکل با دو طناب بانجی محکم کنید

PI را در طبیعت آزاد کنید: با برش 1/4 اینچ لوله PVC به طول مناسب برای اهداف خود ، یک پایه نصب کنید ، یک سر آن را با زاویه 45 درجه برش دهید تا ضربه زدن به زمین راحت تر شود. در مورد من من علاقه مند به رشد گیاهان تحت پوشش (Vinea minor) در بهار امسال هستم و بنابراین سهام PVC من فقط 15 اینچ است. دوبار بررسی کنید که باتری های AAA تازه هستند ، پاوربانک USB کاملاً شارژ شده است و ساعت زنگ دار به درستی تنظیم شده است - سپس سهم را به زمین زده و مجموعه را روی قسمت نصب کنید - عکس را ببینید.

مرحله 10: اندازه گیری های فعلی و آزمایش عمر باتری سریع

جریان را با استفاده از Radio Shack RS-232 Multimeter (22-812) و همراه نرم افزار Meter View اندازه گیری کردم. انتخاب جانور نیست ، اما این چیزی است که من دارم.

اندازه گیری جریان خروجی از دو باتری AAA قدرت برد بورد و ساعت زنگ دار

برای مولتی متر "اتصال سری" ، از باتری های ساختگی و منبع تغذیه نیمکت 3 VDC استفاده کردم (عکس را ببینید). نمودار جریان اندازه گیری شده در طول دوره "فعال" را ببینید (با رویداد زنگ شروع می شود - با بازگشت Attiny85 به حالت خواب پایان می یابد). کشش بدون زنگ 0.0049 میلی آمپر ثابت بود. خلاصه -

دوره فعال = 78 ثانیه

میانگین دوره فعال جریان = 4.85 میلی آمپر

جریان بدون زنگ = 4.9 میکرو آمپر (0.0049 میلی آمپر)

من میانگین جریان روزانه 0.0093 میلی آمپر را از دو AAA (750 میلی آمپر/هر) با در نظر گرفتن حالت خواب و فعال و عمر نظری باتری> 8 سال با استفاده از این روش محاسبه کردم.

اندازه گیری جریان PI از پاوربانک USB. برای مولتی متر "اتصال سری" از یک کابل usb اصلاح شده استفاده کردم (به عکس مراجعه کنید). نمودار جریان اندازه گیری شده در دوره "فعال" را ببینید (راه اندازی PI - خاموش شدن PI). در طول دوره غیر فعال ، سیمرغ Pimoroni ONOFF قدرت را به طور کامل به Pi کاهش می دهد ، بنابراین جریان فعلی صفر است. خلاصه -

دوره فعال = 97 ثانیه

میانگین دوره فعال جریان = 137 میلی آمپر

با فرض پاوربانک 11200 میلی آمپر ساعتی ، تعداد نظری چرخه های دوره فعال> 3000 است.

تست سرعت شارژ باتری

من به طور موقت PI را با Arduino UNO برنامه ریزی شده برای دوچرخه سواری سریع کنترل کردم - فاصله بین زنگ هشدارها 2 دقیقه در مقابل 24 ساعت معمولی بود.

تست شماره 1: پاوربانک 11200 میلی آمپر ساعتی. ساعت 10 شب شروع شد و روز بعد ساعت 1 بعد از ظهر متوقف شدم. نتایج: 413 عکس گرفته شده ، 3 مورد از 4 LED سطح شارژ هنوز در پایان آزمایش روشن است.

تست شماره 2: پاوربانک 7200 میلی آمپر ساعتی. ساعت 7:30 بعد از ظهر شروع شد و من ساعت 16:30 بعد از ظهر روز بعد متوقف شدم. نتایج: 573 عکس گرفته شده ، 2 عدد LED از 4 سطح شارژ هنوز در پایان آزمایش روشن است.

نتیجه گیری: من معتقدم نتایج فوق نشان می دهد که حداقل یک سال طول می کشد که در هر عکس 1 عکس بگیرید.