کامل ایستگاه هواشناسی رزبری پای DIY با نرم افزار: 7 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

در اواخر فوریه ، این پست را در سایت Raspberry Pi دیدم.

www.raspberrypi.org/school-weather-station-…

آنها ایستگاه های هواشناسی رزبری پای را برای مدارس ایجاد کرده بودند. من کاملاً یکی می خواستم! اما در آن زمان (و من معتقدم هنوز هم در هنگام نگارش این مقاله) آنها در دسترس عموم نیستند (شما باید در گروه آزمایش کننده های انتخاب شده باشید). خوب ، من می خواستم و احساس نمی کردم صدها دلار برای یک سیستم شخص ثالث موجود هزینه کنم.

بنابراین ، مانند یک کاربر خوب با دستورالعمل ، تصمیم گرفتم خودم را بسازم !!!

من کمی تحقیق کردم و چند سیستم تجاری خوب پیدا کردم که می توانم از آنها استفاده کنم. من دستورالعمل های خوبی برای کمک به برخی از مفاهیم Sensor یا Raspberry PI پیدا کردم. من حتی این سایت را پیدا کردم ، که خاک ناخالصی داشت ، آنها مجبور شدند سیستم Maplin موجود را خراب کنند:

www.philpot.me/weatherinsider.html

به سرعت یک ماه جلو بروید و من یک سیستم کار اساسی دارم. این یک سیستم آب و هوایی Raspberry Pi کامل است که تنها سخت افزار اصلی Raspberry Pi ، دوربین و چند سنسور آنالوگ و دیجیتال را برای اندازه گیری های ما در نظر گرفته است. بدون خرید بادسنج های پیش ساخته یا باران سنج ، ما خودمان می سازیم! در اینجا ویژگی های آن است:

• اطلاعات را به RRD و CSV ثبت می کند ، بنابراین می توان آنها را دستکاری کرد یا به فرمت های دیگر صادر یا وارد کرد.
• از API Weather Underground برای دریافت اطلاعات جالب مانند بالا و پایین تاریخی ، مراحل ماه و طلوع/غروب خورشید استفاده می کند.
• از دوربین رزبری پای برای گرفتن عکس در دقیقه استفاده می کند (سپس می توانید از آنها برای ایجاد تایم لپس استفاده کنید).
• دارای صفحات وب است که داده ها را برای شرایط فعلی و برخی از موارد تاریخی (آخرین ساعت ، روز ، 7 روز ، ماه ، سال) نمایش می دهد. موضوع وب سایت با زمان روز تغییر می کند (4 گزینه: طلوع ، غروب ، روز و شب).

همه نرم افزارهای ضبط و نمایش اطلاعات در Github وجود دارد ، حتی برخی از ردیابی اشکالات ، درخواست های ویژگی نیز در آنجا انجام شده است:

github.com/kmkingsbury/raspberrypi-weather…

این پروژه یک تجربه یادگیری عالی برای من بود ، من واقعاً به قابلیت های Raspberry Pi مخصوصاً با GPIO پرداختم و برخی از نقاط درد یادگیری را نیز مورد بررسی قرار دادم. امیدوارم شما خواننده بتوانید از برخی آزمایش ها و سختی های من درس بگیرید.

مرحله 1: مواد

الکترونیک:

• 9 کلید Reed (8 برای جهت باد ، 1 برای اندازه گیری باران ، 1 گزینه برای سرعت باد به جای سنسور Hall) ، من از اینها استفاده کردم:
• سنسور 1 هال (برای سرعت باد ، بادسنج نامیده می شود) -
• دما (https://amzn.to/2RIHf6H)
• رطوبت (بسیاری از سنسورهای رطوبت دارای سنسور دما هستند) ، من از DHT11 استفاده کردم:
• فشار (BMP همراه با سنسور دما نیز وجود داشت) ، من از BMP180 استفاده کردم ، https://www.adafruit.com/product/1603 ، این محصول اکنون متوقف شده است اما معادل آن با BMP280 وجود دارد (https://amzn.to/2E8nmhi)
• مقاومت در برابر نور (https://amzn.to/2seQFwd)
• تراشه GPS یا GPS USB (https://amzn.to/36tZZv3).
• 4 آهنربای قوی (2 عدد برای بادسنج ، 1 جهت جهت ، 1 باران سنج) ، من از آهنرباهای نادر خاکی استفاده کردم ، بسیار توصیه می شود) (https://amzn.to/2LHBoKZ).
• تعداد انگشت شماری از مقاومت های مختلف ، من این بسته را دارم که در طول زمان بسیار مفید بوده است:

• MCP3008 - برای تبدیل ورودی های آنالوگ به دیجیتال برای رزبری پای -

سخت افزار

• Raspberry Pi - من در ابتدا از 2 با آداپتور بی سیم استفاده کردم ، اکنون کیت 3 B+ را با آداپتور برق نیز تهیه کنید. (https://amzn.to/2P76Mop)
• دوربین Pi
• یک آداپتور برق قوی 5 ولت (این به طرز دردناکی آزاردهنده بود ، در نهایت آدافروت را دریافت کردم ، در غیر این صورت دوربین بیش از حد آب می کشد و می تواند/Pi را آویزان کند ، اینجاست: https://www.adafruit.com/products /501)

مواد:

• 2 بلبرینگ رانش (یا یاتاقان های اسکیت برد یا اسکیت نیز کار خواهند کرد) ، اینها را در آمازون گرفتم:
• 2 محفظه ضد آب (من از یک محفظه برقی از فروشگاه بزرگ محلی استفاده کردم) ، اهمیت چندانی ندارد ، فقط باید یک محفظه با اندازه خوب پیدا کنید که فضای کافی داشته باشد و از همه چیز محافظت کند).
• برخی از لوله های PVC و سرپوش های انتهایی (اندازه های مختلف).
• براکت های نصب PVC
• چند ورقه پلکسی نازک (هیچ چیز خیلی شیک نیست).
• موانع پلاستیکی
• مینی پیچ (من از پیچ و مهره شماره 4 استفاده کردم).
• 2 زینت پلاستیکی درخت کریسمس - برای بادسنج استفاده می شود ، من آن را در لابی سرگرمی محلی تهیه کردم.
• رولپلاک کوچک
• تکه کوچک تخته سه لا.

ابزارها:

• درمل
• تفنگ چسب
• آهن لحیم کاری
• مولتی متر
• مته

مرحله 2: محفظه اصلی - Pi ، GPS ، دوربین ، نور

محفظه اصلی شامل PI ، دوربین ، GPS و سنسور نور است. این دستگاه ضد آب طراحی شده است زیرا تمام اجزای مهم را در خود جای داده است ، اندازه گیری ها از محوطه از راه دور انجام می شود و یکی برای قرار گرفتن در معرض/باز شدن عناصر طراحی شده است.

مراحل:

یک محوطه را انتخاب کنید ، من از یک جعبه اتصال الکتریکی استفاده کردم ، جعبه های مختلف پروژه و موارد ضد آب نیز به همان خوبی کار می کنند. نکته کلیدی این است که فضای کافی برای نگهداری همه چیز را دارد.

محفظه من شامل موارد زیر است:

• تمشک pi (در حالت آماده به کار) - به تراشه WIFI نیاز دارد ، نمی خواهید Cat5e را به حیاط خلوت اجرا کنید!
• دوربین (همچنین در حالت آماده به کار)
• تراشه GPS متصل از طریق USB (با استفاده از کابل sparkfun FTDI: https://www.sparkfun.com/products/9718) - GPS طول و عرض جغرافیایی را ارائه می دهد ، که خوب است ، اما مهمتر از همه ، می توانم زمان دقیق را از GPS!
• دو جک اترنت/گربه 5 برای اتصال محفظه اصلی به محفظه دیگر که سنسورهای دیگر را در خود جای داده است. این فقط یک راه مناسب برای قرار دادن کابل بین دو جعبه بود ، من تقریباً 12 سیم دارم و دو cat5 16 اتصال ممکن را ارائه می دهند ، بنابراین من جایی برای گسترش/تغییر چیزها در اطراف دارم.

پنجره ای در جلوی محفظه من وجود دارد که دوربین می تواند از آن خارج شود. قاب این پنجره از دوربین محافظت می کند ، اما من مشکلاتی داشتم که در آن قرمز رنگ روی دوربین (هنگام گرفتن عکس) پلکسی گلاس را منعکس می کند و در عکس نشان داده می شود. من از تعدادی نوار سیاه برای کاهش این مشکل استفاده کردم و سعی کردم آن را مسدود کنم (و سایر LED های Pi و GPS) ، اما هنوز 100 not نشده است.

مرحله 3: "محوطه از راه دور" برای دما ، رطوبت ، فشار

این جایی است که من سنسورهای دما ، رطوبت و فشار و همچنین "تقویت کننده ها" را برای اندازه گیری باران سنج ، جهت باد و سنسورهای سرعت باد ذخیره کردم.

همه چیز بسیار ساده است ، پین ها در اینجا از طریق کابل های اترنت به پین های مورد نیاز در رزبری پای متصل می شوند.

من سعی کردم تا جایی که می توانم از حسگرهای دیجیتال استفاده کنم و سپس هر آنالوگ به MCP 3008 اضافه شود ، تا 8 آنالوگ طول می کشد که برای نیازهای من بیش از حد کافی بود ، اما فضا برای بهبود / گسترش می دهد.

این محفظه به هوا باز است (باید برای دما ، رطوبت و فشار دقیق باشد). سوراخ های پایینی بیرون زده است ، بنابراین من به برخی از مدارها اسپری اسپری Silicone Conformal Coating (به صورت آنلاین یا مکانی مانند Fry's Electronics) تهیه می کنم. امیدوارم فلز را در برابر رطوبت محافظت کند ، اگرچه باید مراقب باشید و از آن در برخی از حسگرها استفاده نکنید.

قسمت بالای محفظه نیز محل مناسب سنسور سرعت باد است. این یک حرکت رو به بالا بود ، من می توانستم سرعت باد یا جهت باد را در بالا قرار دهم ، من هیچ مزیت عمده ای را نسبت به دیگری ندیدم. به طور کلی شما می خواهید هر دو سنسور (سرعت و سرعت باد) به اندازه کافی بالا باشد ، جایی که ساختمان ها ، نرده ها ، موانع با اندازه گیری ها تداخل نداشته باشند.

مرحله 4: باران سنج

من عمدتا از این دستورالعمل برای اندازه گیری واقعی پیروی کردم:

www.instructables.com/id/Arduino-Weather-St…

من این را از پلکسی گلاس درست کردم تا بتوانم ببینم چه اتفاقی می افتد و فکر کردم که عالی خواهد بود. به طور کلی پلکسی گلاس خوب کار می کرد ، اما در ترکیب با Gluegun ، درزگیر لاستیکی و برش و حفاری کلی ، حتی با فیلم محافظ نیز آنچنان بکر به نظر نمی رسد.

امتیاز کلیدی:

• سنسور یک سوئیچ نی ساده و آهن ربا است که مانند یک دکمه در کد RaspberryPi رفتار می کند ، من سطل ها را به مرور زمان شمارش می کنم و سپس بعداً به "اینچ باران" تبدیل می کنم.
• آن را آنقدر بزرگ کنید که بتواند آب کافی را نگه دارد ، اما نه آنقدر که برای نوک زدن به مقدار زیادی نیاز داشته باشد. اولین پاس من هر سینی را به اندازه کافی بزرگ نکردم تا قبل از چرخاندن آن از لبه پر شود و شروع به تخلیه کند.
• همچنین دریافتم که آب باقیمانده می تواند خطایی در اندازه گیری ایجاد کند. به این معنا که کاملاً خشک می شود که قطره X پر شود و یک نوک آن را پر کنید ، پس از خیس شدن قطره Y (که کمتر از X است) طول می کشد تا پر شود. مقدار زیادی نیست ، اما هنگام تلاش برای کالیبراسیون و اندازه گیری خوب "1 بار معادل چقدر" تحت تأثیر قرار گرفت.
• اگر یک طرف بسیار سنگین تر از طرف دیگر است ، می توانید با افزودن چسب تفنگ به قسمت های زیرین تقلب کنید ، اما تا جایی که می توانید به آن متعادل نیاز دارید.
• در عکس می بینید که من یک دستگاه تست کوچک با استفاده از اسفنج ها و نگهدارنده چوب برای تست و متعادل سازی آن قبل از نصب راه اندازی کرده ام.

مرحله 5: جهت باد

این یک پره ساده هوا بود. من تجهیزات الکترونیکی را از سیستم Maplin استفاده کردم:

www.philpot.me/weatherinsider.html

امتیاز کلیدی:

این سنسور آنالوگ است. هشت کلید نی با ترکیب مقاومت های مختلف خروجی را به قطعات تقسیم می کند تا بتوانم مقدار مقدار سنسور را در کدام مختصات تشخیص دهم. (این مفهوم در این دستورالعمل توضیح داده شده است:

• پس از پیچاندن قسمت پره آب و هوا ، باید آن را کالیبره کنید تا "این جهت شمال است".
• من یک دکل آزمایش با چوب ساختم تا بتوانم به راحتی مقاومتها را داخل و خارج کنم که طیف وسیعی از مقادیر را برای من پوشش می دهد ، بسیار مفید بود!
• من از یاتاقان رانشی استفاده کردم ، خوب بود ، مطمئنم یک یاتاقان معمولی اسکیت برد یا رولسک نیز به همان اندازه خوب بود.

مرحله 6: سرعت باد

این مورد را بار دیگر به جامعه آموزش پذیر مراجعه کردم و این دستورالعمل را پیدا کردم و از آن پیروی کردم:

www.instructables.com/id/Data-Logging-Anemo…

امتیاز کلیدی:

• می توانید از سنسور سالن استفاده کنید یا به سنسور نی نیز تغییر دهید. سنسور سالن بیشتر یک سنسور آنالوگ است بنابراین اگر از آن به صورت دیجیتال استفاده می کنید ، مانند فشار دادن دکمه ، باید مطمئن شوید که میزان خواندن/ولتاژ آنقدر بالا است که مانند یک دکمه واقعی عمل می کند ، نه کافی. به
• اندازه فنجان بسیار مهم است ، طول چوب نیز مهم است! در ابتدا من از توپ های پینگ پنگ استفاده می کردم و آنها خیلی کوچک بودند. من آنها را روی چوب های بلند هم گذاشتم که کار هم نمی کرد. من بسیار ناامید شدم و سپس با این دستورالعمل روبرو شدم ، پتورلی توضیح خوبی داد و وقتی طرح اصلی من به خوبی کار نکرد ، به من کمک کرد.

مرحله 7: نرم افزار

نرم افزار به زبان پایتون برای ثبت اطلاعات حسگرها نوشته شده است. من از کتابخانه های Git شخص ثالث دیگری از Adafruit و دیگران برای دریافت اطلاعات از حسگرها و GPS استفاده کردم. برخی از مشاغل cron نیز وجود دارند که برخی از اطلاعات API را نیز جمع آوری می کنند. بیشتر در اسناد Git در docs/install_notes.txt توضیح داده شده است

نرم افزار وب به زبان PHP است تا آن را در صفحه وب نمایش دهد در حالی که از YAML برای فایل های پیکربندی و البته ابزار RRD برای ذخیره و نمودار داده ها استفاده می کند.

این برنامه از API Weather Underground برای بدست آوردن برخی از داده های جالب استفاده می کند که سنسورها نمی توانند آنها را جمع آوری کنند: ضبط Hi's و Lows ، Phase of the Moon ، Sunset and Sunrise ، همچنین Tides در API آنها موجود است ، که به نظر من واقعاً مرتب بود ، اما من در آستین TX زندگی می کنم که بسیار دور از آب است.

همه آن در Github موجود است و به طور فعال نگهداری می شود و در حال حاضر در حال بهبود و کالیبره کردن سیستم خودم استفاده می شود ، بنابراین می توانید درخواست های ویژگی و گزارش اشکال را نیز ارسال کنید.

بسته به زمان روز ، نرم افزار از طریق تم تغییر می کند ، 4 مرحله وجود دارد. اگر زمان فعلی + یا - 2 ساعت از طلوع یا غروب خورشید باشد ، به ترتیب تم های طلوع و غروب خورشید را خواهید دید (در حال حاضر فقط پس زمینه ای متفاوت ، احتمالاً در آینده رنگ های مختلف فونت/حاشیه را انجام خواهم داد). به همین ترتیب در خارج از آن محدوده تم روز یا شب را می دهد.

از خواندن شما متشکرم ، اگر می خواهید عکس ها و فیلم های بیشتری از پروژه های من ببینید تا اینستاگرام و کانال YouTube من را ببینید.

سومین جایزه در مسابقه Pi/e Day