ایستگاه هواشناسی رزبری پای خورشیدی: 7 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

با تکمیل دو پروژه قبلی من ، Compact Camera و Portable Games Console ، می خواستم یک چالش جدید پیدا کنم. پیشرفت طبیعی یک سیستم از راه دور در فضای باز بود…

من می خواستم یک ایستگاه آب و هوایی رزبری پای بسازم که بتواند از شبکه خارج شود و نتایج را از طریق اتصال بی سیم ، از هر کجا برایم ارسال کند! این پروژه واقعاً چالش های خود را داشته است ، اما خوشبختانه تأمین نیروی Raspberry Pi یکی از اصلی ترین چالش هایی است که با استفاده از PiJuice به عنوان منبع تغذیه با پشتیبانی خورشیدی اضافی (با فناوری انقلابی PiAnywhere ما - به بهترین شکل Pi خود را از شبکه خارج کنید!).

فکر اولیه من این بود که از ماژول فوق العاده AirPi برای خواندن مطالب استفاده کنم. با این حال ، این دو اشکال اصلی داشت. برای بارگذاری نتایج نیاز به اتصال مستقیم به اینترنت دارد و باید مستقیماً به GPIO در Pi متصل شود ، به این معنی که بدون قرار دادن رزبری پای در معرض هوا قرار نمی گیرد (ایده آل نیست اگر بخواهیم این ایستگاه هواشناسی آخرین مدت زمان)

راه حل … ماژول سنجش خودم را بسازید! با استفاده از بسیاری از AirPi برای الهام بخشیدن به یک نمونه اولیه بسیار ساده با استفاده از چند سنسور که قبلاً داشتم. دما ، رطوبت ، سطح نور و گازهای عمومی. و نکته جالب این است که افزودن حسگرهای بیشتر در هر زمان بسیار آسان است.

من تصمیم گرفتم از Raspberry Pi a+ عمدتا به دلیل مصرف کم انرژی استفاده کنم. برای ارسال نتایج از ماژول EFCom Pro GPRS/GSM استفاده کردم ، که می تواند یک پیام را مستقیماً به تلفن همراه من با نتایج ارسال کند! بسیار مرتب درست است؟

خوشحال می شوم از هر ایده ای که برای سایر پروژه های بزرگ خورشیدی یا قابل حمل دارید استفاده کنید. در نظرات به من اطلاع دهید و تمام تلاش خود را برای ایجاد یک آموزش انجام خواهم داد!

مرحله 1: قطعات

1 عدد PiJuice + پنل خورشیدی (با فناوری انقلابی PiAnywhere ما - بهترین راه برای خارج کردن Pi از شبکه!)

1 عدد Raspberry Pi a+

1 عدد ماژول EFCom Pro GPRS/GSM

1 عدد سیم کارت

1 عدد تخته نان

پروتو بورد

1 x MCP3008 ADC

1 x LDR

1 x LM35 (سنسور دما)

1 x DHT22 (سنسور رطوبت)

1 عدد سنسور کیفیت عمومی TGS2600

1 x 2.2 KΩ مقاومت

1 x 22 KΩ مقاومت

1 x 10 KΩ مقاومت

10 x سیم - زن جهنده سیم

مجموعه ای از سیم های تک سنج

1 عدد جعبه جداگانه در فضای باز

1 عدد جعبه اتصال دوبل در فضای باز

1 عدد اتصال دهنده کابل ضد آب

2 x 20 میلی متر کابل نیمه کور Grommets

مرحله 2: مدار سنجش

این پروژه چندین عنصر متفاوت دارد ، بنابراین بهتر است همه کارها را به صورت مرحله ای انجام دهید. ابتدا می خواهم نحوه ترکیب مدار سنجش را مرور کنم.

ایده خوبی است که ابتدا آن را روی تخته نان بسازید ، فقط در صورت هرگونه اشتباه ، من یک نمودار مدار و تصاویر گام به گام را درج کرده ام که به آنها اشاره می شود.

1. اولین م componentلفه ای که سیم کشی می شود این مبدل آنالوگ به دیجیتال MCP3008 است. این می تواند تا 8 ورودی آنالوگ را بگیرد و از طریق SPI با رزبری پای ارتباط برقرار می کند. با تراشه رو به بالا و نیم دایره در انتهای دورترین فاصله از شما ، پین های سمت راست همه به رزبری پای متصل می شوند. مطابق شکل آنها را وصل کنید. اگر می خواهید کمی بیشتر با نحوه عملکرد تراشه آشنا شوید ، در اینجا یک راهنمای عالی برای MCP3008 و پروتکل SPI است.
2. پین های سمت چپ 8 ورودی آنالوگ هستند که از بالا به پایین 7 تا 0 شماره گذاری شده اند. ما فقط از 3 مورد اول (CH0 ، CH1 ، CH2) ، برای LDR ، سنسور گاز عمومی (TGS2600) و سنسور دما (LM35) استفاده می کنیم. ابتدا LDR را همانطور که در نمودار نشان داده شده است وصل کنید. یک طرف به زمین و طرف دیگر به 3.3V از طریق مقاومت 2.2KΩ و CH0.
3. در مرحله بعد ، "سنسور گاز عمومی" را وصل کنید. این سنسور گاز برای تشخیص آلودگی های هوا مانند هیدروژن و مونوکسید کربن استفاده می شود. من هنوز چگونگی به دست آوردن غلظت های خاص را مطالعه نکرده ام ، بنابراین در حال حاضر نتیجه این سنسور یک درصد درصد اولیه است ، جایی که 100 fully به طور کامل اشباع شده است. با سنسور رو به بالا (پین ها در قسمت زیرین) ، پین مستقیماً در سمت راست قسمت کوچک کوچک پین 1 است و سپس اعداد در جهت عقربه های ساعت در اطراف پین افزایش می یابد. بنابراین پایه های 1 و 2 به 5 ولت ، پایه 3 به CH1 و زمین از طریق مقاومت 22KΩ و پایه 4 مستقیماً به زمین متصل می شود.
4. آخرین سنسور آنالوگ برای اتصال سنسور دمای LM35 است. این دارای 3 پین است. سنسور را طوری بگیرید که قسمت صاف به شما نزدیکتر باشد ، بیشترین پین سمت چپ مستقیماً به 5 ولت متصل می شود (در نمودار مشخص نیست ، بد نیست!) ، پین مرکزی به CH2 و بیشترین پین راست مستقیماً به زمین متصل می شود. آسان!
5. آخرین قطعه برای اتصال سنسور رطوبت DHT22 است. این سنسور دیجیتالی است بنابراین می توان آن را مستقیماً به رزبری پای متصل کرد. سنسور را با شبکه رو به رو و چهار پین در قسمت زیرین بگیرید. پین ها از 1 در سمت چپ سفارش داده می شوند. 1 را به 3.3 ولت وصل کنید. پین 2 از طریق مقاومت 10KΩ به GPIO4 و 3.3V می رود. پین 3 را قطع کرده و پین 4 مستقیماً روی زمین می رود.

خودشه! مدار آزمایش ساخته شد امیدوارم وقتی وقت داشتم اجزای بیشتری اضافه کنم. من واقعاً می خواهم یک سنسور فشار ، یک سنسور سرعت باد اضافه کنم و می خواهم اطلاعات دقیق تری در مورد غلظت گاز دریافت کنم.

مرحله 3: ماژول GSM

اکنون که مدارهای سنجش ساخته شده اند ، باید راهی برای دریافت نتایج وجود داشته باشد. این همان جایی است که ماژول GSM وارد می شود. ما قصد داریم از آن برای ارسال نتایج روی شبکه تلفن همراه به صورت پیامک ، یک بار در روز استفاده کنیم.

ماژول GSM از طریق سریال با استفاده از UART با Raspberry Pi ارتباط برقرار می کند. در اینجا اطلاعات مفیدی در مورد ارتباط سریالی با Raspberry Pi ارائه شده است. برای کنترل کنترل پورت سریال Pi ابتدا باید پیکربندی را انجام دهیم.

رزبری پای خود را با یک تصویر Raspbian استاندارد بوت کنید. حالا فایل "/boot/cmdline.txt" را از این قسمت تغییر دهید:

"dwc_otg.lpm_enable = 0 console = ttyAMA0 ، 115200 kgdboc = ttyAMA0 ، 115200 کنسول = tty1 root =/dev/mmcblk0p2 rootfstype = ext4 آسانسور = مهلت rootwait"

به:

"dwc_otg.lpm_enable = 0 console = tty1 root =/dev/mmcblk0p2 rootfstype = ext4 آسانسور = مهلت rootwait"

با حذف بخش زیر خط خطی متن.

در مرحله دوم ، شما باید فایل "/etc/inittab" را با نظر دادن خط دوم در بخش زیر ویرایش کنید:

#Spawn a getty on Raspberry Pi serial lineT0: 23: respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100"

به طوری که می خواند:

#در شبکه زنجیره ای رزبری پای#T0: 23: respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100

و Pi را راه اندازی مجدد کنید. در حال حاضر پورت سریال باید آزاد باشد تا هر طور که می خواهید با آن ارتباط برقرار کنید. وقت آن رسیده است که ماژول GSM را سیم کشی کنید. به نمودار مدار در مرحله قبل و تصاویر بالا نگاه کنید تا ببینید چگونه این کار انجام می شود. اساساً ، TX به RX و RX به TX متصل است. در Raspberry Pi TX و RX به ترتیب GPIO 14 و 15 هستند.

اکنون ، احتمالاً می خواهید بررسی کنید که ماژول کار می کند ، بنابراین اجازه دهید یک پیام ارسال کنید! برای این کار باید Minicom را بارگیری کنید. این برنامه ای است که به شما امکان می دهد در پورت سریال بنویسید. استفاده کنید:

"sudo apt-get minicom install"

پس از نصب ، می توان minicom را با دستور زیر باز کرد:

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

9600 baud-rate و /dev /ttyAMA0 نام پورت سریال Pi است. این یک شبیه ساز پایانه را باز می کند که در آن هر چه بنویسید روی پورت سریال ظاهر می شود ، یعنی به ماژول GSM ارسال می شود.

سیم کارت شارژ شده خود را در ماژول GSM قرار دهید و دکمه روشن / خاموش را فشار دهید. پس از آن یک LED آبی باید روشن شود. ماژول GSM از مجموعه فرمان AT استفاده می کند ، اگر واقعاً علاقه دارید ، اسناد را در اینجا مشاهده کنید. اکنون بررسی می کنیم که Raspberry Pi ماژول را با دستور زیر شناسایی کرده است:

"AT"

سپس ماژول باید با موارد زیر پاسخ دهد:

"خوب"

عالی! سپس ما باید ماژول را برای ارسال پیامک به عنوان متن به جای باینری پیکربندی کنیم:

"AT+CMGF = 1"

دوباره پاسخ باید "خوب" باشد. اکنون ما دستور ارسال پیامک را می نویسیم:

"AT+CMGS =" 44 ************* "" ، ستاره خود را با شماره خود جایگزین کنید.

مودم با پاسخ با ">" و پس از آن می توانید برای شما پیام ارسال کنید. برای ارسال پیام فشار دهید. این تمام است و با هر شانس ، شما فقط یک پیام مستقیم از Raspberry Pi خود دریافت کرده اید.

خوب حالا که می دانیم ماژول GSM کار می کند می توانید minicom را ببندید. ما برای بقیه پروژه به آن نیاز نداریم

مرحله 4: نرم افزار را بارگیری کرده و Dry Run را اجرا کنید

در این مرحله همه چیز باید به هم متصل شده و آماده آزمایش خشکی باشد. من یک برنامه بسیار ساده پایتون نوشته ام که از هر سنسور قرائت می کند و سپس نتایج را برای تلفن همراه شما ارسال می کند. می توانید کل برنامه را از صفحه PiJuice Github بارگیری کنید. اکنون نیز می تواند زمان مناسبی برای آزمایش با ماژول PiJuice باشد. فقط به GPIO رزبری پای متصل می شود ، تمام سیم های متصل به Pi فقط مستقیماً به خروجی های مربوطه در PiJuice متصل می شوند. آسان به عنوان Pi. برای بارگیری کد از دستور زیر استفاده کنید:

git clone

این تنظیم شده است تا داده ها را یک بار در روز ارسال کند. برای اهداف آزمایش ، این عالی نیست ، بنابراین ممکن است بخواهید برنامه را ویرایش کنید. این به راحتی انجام می شود ؛ فقط فایل را باز کنید ؛ "sudo nano weatherstation.py". در نزدیکی قسمت "تنظیم تاخیر" وجود دارد. خط "تاخیر = 86400" را کامنت کنید و "تاخیر = 5" را کامنت نکنید. اکنون نتایج هر 5 ثانیه یکبار ارسال می شود. همچنین باید برنامه را طوری تغییر دهید که شامل شماره تلفن همراه شما باشد. جایی را که روی آن نوشته شده است "+44 **********" پیدا کنید و شماره خود را جایگزین ستاره کنید.

قبل از اجرای برنامه ، فقط باید کتابخانه ای را برای خواندن سنسور رطوبت DHT22 بارگیری کنید:

git clone

و کتابخانه باید نصب شود:

"سی دی Adafruit_Python_DHT"

"به روز رسانی sudo apt-get"

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

"sudo python setup.py install"

خوب ، اکنون می توانید برنامه را آزمایش کنید.

"sudo python weatherstation.py"

با اجرای برنامه ، نتایج باید به تلفن همراه شما ارسال شود ، اما هر 5 ثانیه در ترمینال چاپ شود.

مرحله 5: ساختن مدار

اکنون که همه چیز در عمل کار می کند ، زمان ساختن چیز واقعی فرا رسیده است. تصاویر ایده کلی نحوه چیدمان کل واحد با هم را نشان می دهد. دو واحد مسکونی مجزا وجود دارد. یکی برای مدار سنجش (که دارای حفره هایی برای گردش هوا در داخل) و دیگری برای رزبری پای ، واحد GPRS و PiJuice ، (کاملاً ضد آب) ، پنل خورشیدی با یک اتصال محکم در برابر آب به واحد محاسبات وصل می شود. سپس می توان دو واحد را به راحتی جدا کرد به طوری که محفظه سنسور یا محفظه محاسباتی بدون نیاز به برداشتن کل واحد برداشته شود. اگر می خواهید سنسورهای بیشتری اضافه کنید یا اگر برای پروژه دیگری به Raspberry Pi یا PiJuice خود نیاز دارید ، این بسیار عالی است.

برای قرار گرفتن در داخل کوچکتر دو جعبه اتصال ، باید صفحه اصلی را بشکنید. این جایی است که مدار سنجش قرار دارد. مدار سنجش اکنون از تخته نان به صفحه اولیه منتقل می شود. اکنون باید مقداری لحیم کاری انجام دهید. مطمئن شوید که با استفاده ایمن از لحیم کاری راحت هستید. اگر مطمئن نیستید ، از کسی که لحیم کاری ماهر است کمک بخواهید.

با تشکر فراوان از پاتریک در آزمایشگاه اینجا ، که مرا از ایجاد یک هش واقعی در این مدار نجات داد. او موفق شد آن را در عرض چند دقیقه به هم بکوبد! اگر مانند من بهترین مدار ساختمانی نیستید و نابغه ای مانند پاتریک آماده کمک به شما نیست ، می توانید مدار را روی تخته نان بگذارید ، مادامی که در جعبه برقی شما قرار گیرد. به

مرحله 6: آماده سازی واحدهای مسکن

این قسمت جایی است که واقعاً سرگرم کننده می شود. شاید متوجه حلقه های روی هر جعبه شده باشید. اینها طوری طراحی شده اند که می توان آنها را بیرون کشید تا جعبه ها به محل اتصال برق تبدیل شوند. ما از آنها برای اتصال بین واحد سنجش و واحد محاسبه ، برای اتصال به پنل خورشیدی و همچنین به عنوان تهویه برای واحد سنجش برای اجازه گردش هوا استفاده خواهیم کرد.

ابتدا روی هر جعبه یک سوراخ برای اتصال بین این دو ، همانطور که در تصاویر مشاهده می کنید ، باز کنید. بیرون کشیدن سوراخ ها می تواند دشوار باشد ، اما لبه ناهموار مهم نیست. من دریافتم بهترین روش این است که از یک پیچ گوشتی استفاده کنید تا ابتدا حلقه دندانه دار را در اطراف هر سوراخ سوراخ کنید ، و سپس آن را مانند یک درب قلع رنگ جدا کنید. سپس از اتصال دهنده کابل ضد آب برای اتصال دو جعبه استفاده می شود.

سپس باید سوراخ دیگری در محفظه محاسبه سیم پنل خورشیدی ایجاد کنید. این سوراخ سپس با یکی از لوله های کابل نیمه کور شما متصل می شود. قبل از اینکه گرومت را داخل سوراخ قرار دهید تا کابل از آن عبور کند. این باید تا حد امکان کوچک باشد تا آب آن را محکم نگه دارد ، سپس انتهای میکرو یواس بی را از سوراخ عبور دهید (این انتهایی است که به PiJuice متصل می شود).

سرانجام یک سوراخ اضافی باید در واحد سنجش ایجاد شود تا هوا به داخل و خارج وارد شود. من تصمیم گرفته ام که به سراغ کل قسمت مقابل تقاطع بین دو جعبه بروم. ممکن است لازم باشد یک سوراخ دوم اضافه کنید. فکر می کنم بعد از مدتی با استفاده از ایستگاه هواشناسی به این موضوع پی ببریم.

مرحله 7: سیم کشی و اتمام ایستگاه هواشناسی

درست ، تقریباً آنجا مرحله نهایی این است که همه چیز را سیم کشی کنید.

شروع با واحد محاسبات در این جعبه ما Raspberry Pi را داریم ، PiJuice که به Raspberry Pi GPIO متصل می شود و ماژول GSM که از طریق سیم های جهنده زن به ماده به پیکاپ GPIO در PiJuice متصل می شود. خوب و محکم! در این مرحله احتمالاً توصیه می کنم نوعی سیلر را در اطراف محل ورود کابل USB برای پنل خورشیدی قرار دهید. نوعی رزین یا ابرچسب احتمالاً کار می کند.

سپس به سمت واحد حسگر حرکت کنید. در عکس ، از بالا به پایین ، سیم ها عبارتند از ؛ خاکستری ، سفید ، بنفش و آبی خطوط داده SPI هستند ، رنگ مشکی رنگ است ، نارنجی 3.3 ولت ، قرمز 5 ولت و سبز GPIO 4 است. برای اتصال به آنها باید سیم های بلوز پیدا کنید و سپس آنها را از طریق کابل ضد آب تغذیه کنید. اتصال دهنده همانطور که در عکسها دیده می شود. سپس هر سیم را می توان به GPIO مربوطه متصل کرد و اتصال را می توان محکم کرد. در این مرحله به راحتی می توان دید که چگونه می توان طرح را بهبود بخشید. LDR قرار نیست در معرض نور زیادی قرار گیرد (اگرچه ممکن است برای دانستن مقادیر نسبی مفید باشد ، و ایجاد حفره اضافی ممکن است کمک کند) ، من فکر می کنم بهتر است از همان اندازه واحد محاسبات استفاده شود. جعبه برای واحد سنجش نیز ، سپس قرار دادن برد مدار در جعبه راحت تر خواهد بود و جایی برای بازی با تنظیمات مختلف وجود خواهد داشت.

من الان آن را در باغ گذاشته ام ، همانطور که در عکسها می بینید. امیدوارم در چند روز آینده بتوانم نتایج را نیز ارسال کنم! و همانطور که قبلاً گفتم ، اگر برای پروژه های جالب ایده ای دارید ، به من اطلاع دهید!