Wireless Lunar Phase Tracker: 6 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Το Lunar phase tracker είναι μια μικρή, ημι-φορητή συσκευή που σας επιτρέπει να συλλέγετε κρίσιμες πληροφορίες για τη Σελήνη. Η συσκευή αναφέρει παραμέτρους όπως ο ορατός φωτισμός, η φάση, οι χρόνοι ανόδου και δύσης του φεγγαριού και άλλα.

Αυτή η συσκευή είναι απαραίτητη για οποιονδήποτε ενδιαφέρεται για την επιστήμη ή την αστρονομία και παρέχει μια υπέροχη διακόσμηση γραφείου γραφείου και είναι σίγουρα έναρξη συνομιλιών.

Το έργο είναι αρκετά απλό και απαιτεί μια συνδεδεμένη στο Διαδίκτυο συσκευή, όπως ένα ESP32, ωστόσο μπορείτε πάντα να προσαρμόσετε τον κώδικα ώστε να λειτουργεί με ασπίδα WiFi, ασπίδα Ethernet ή οποιαδήποτε άλλη συνδεδεμένη στο Διαδίκτυο συσκευή που έχετε. Το Lunar Phase Tracker έχει σχεδιαστεί για να εξαντλεί τις μπαταρίες λιθίου-πολυμερούς και μια πολύ αποδοτική οθόνη E-μελάνης που όχι μόνο προσφέρει μια υπέροχη οθόνη για να κοιτάξετε αλλά κρατάει και την τελευταία εικόνα ακόμη και αν το ρεύμα σβήσει!

Βήμα 1: Εγγραφή για πληροφορίες αστρονομίας

Αυτό το βήμα είναι απολύτως απαραίτητο (αν και βαρετό) καθώς χρησιμοποιούμε ένα διαδικτυακό API για τη συλλογή των πληροφοριών μας. Ενώ είναι δυνατόν να υπολογιστούν οι φάσεις της σελήνης, ο φωτισμός κλπ, είναι ένα κουραστικό έργο να το κάνουμε. Το API που χρησιμοποιούμε παρέχει ενημερωμένες πληροφορίες από ζωντανούς μετεωρολογικούς σταθμούς και συστήματα παρακολούθησης, ώστε τα δεδομένα που λαμβάνουμε να είναι αποτελέσματα πραγματικού κόσμου και όχι υπολογισμένων τιμών.

Μεταβείτε στο Weather Underground, κάντε κλικ στην επιλογή "εγγραφή" και συμπληρώστε όλες τις πληροφορίες σας. Ο λογαριασμός είναι εντελώς δωρεάν και το ίδιο και οι κλήσεις σας API αρκεί να μην ζητάτε πάρα πολλά αποτελέσματα ανά λεπτό ή να υπερβαίνετε τα 500 αιτήματα ανά ημέρα. Βεβαιωθείτε ότι έχετε προσθέσει σελιδοδείκτη σε αυτήν τη σελίδα, μπορείτε πάντα να επιστρέψετε αργότερα και να χρησιμοποιήσετε το API για στατιστικές καιρού και άλλες εξαιρετικές πληροφορίες. Αφού δημιουργήσετε τον λογαριασμό σας, μεταβείτε στον ιστότοπο API, κάντε κλικ στο "κλειδί αγοράς" και επιλέξτε το δωρεάν πρόγραμμα, απλά πρέπει να εισαγάγετε μερικές λεπτομέρειες και θα αντιμετωπίσετε προβλήματα με το αναγνωριστικό κλειδιού devoloper. Αυτό το αναγνωριστικό είναι μοναδικό για εσάς και πρέπει να διατηρηθεί ιδιωτικό. Έχω δώσει το κλειδί μου στο παράδειγμα κώδικα Arduino, τον οποίο θα εξετάσουμε λίγο αργότερα. Είστε περισσότερο από ευπρόσδεκτοι να χρησιμοποιήσετε το αναγνωριστικό κλειδιού μου για σκοπούς δοκιμής, αλλά σας συνιστώ ανεπιφύλακτα να εγγραφείτε για το δικό σας.

Μόλις έχετε το μοναδικό αναγνωριστικό σας, μπορείτε να μεταβείτε στις πληροφορίες του Astronomy API, οι οποίες είναι ειλικρινά πολύ γυμνές. Θα βρείτε ένα απλό παράδειγμα που μοιάζει με αυτό:

api.wunderground.com/api/8c6dc2e5c6f36de9/a…

Αυτή η διεύθυνση URL είναι εξαιρετικά σημαντική καθώς αυτό είναι που μας εκδίδει όλες τις πληροφορίες που χρειαζόμαστε για να φτιάξουμε το έργο μας. Προχωρήστε, κάντε κλικ στο σύνδεσμο, θα δείτε αποτελέσματα για το Σίδνεϊ όπως φάση σελήνης, φωτισμός και άλλες καλές πληροφορίες. Ρίξτε μια ματιά στη διεύθυνση URL, θα δούμε το Σίδνεϊ της Αυστραλίας και έναν μακρύ κώδικα που ξεκινά με "8c6dcwe …". Αυτός ο κωδικός είναι το κλειδί ταυτότητάς σας, το οποίο παραλάβαμε νωρίτερα. Αλλάξτε αυτόν τον κωδικό με το μοναδικό σας αναγνωριστικό και δείτε πώς λειτουργεί, θα πρέπει να έχετε ακριβώς το ίδιο αποτέλεσμα. Δοκιμάστε να παίξετε με τοποθεσίες. Για τον εαυτό μου στη Νότια Αφρική, χρησιμοποιώ το Γιοχάνεσμπουργκ και το ZA.

Βήμα 2: Συστατικά

Τώρα για τα ενδιαφέροντα πράγματα. Θα χρειαστούμε μερικά εξαρτήματα, όχι πολλά και κανένα από αυτά δεν είναι εξαιρετικά ακριβά και έχω παράσχει συνδέσμους Amazon για τα εξαρτήματα που χρησιμοποίησα. Λάβετε υπόψη, εάν είστε καλός με τον προγραμματισμό, μη διστάσετε να χρησιμοποιήσετε οποιαδήποτε οθόνη ή συσκευή Διαδικτύου που διαθέτετε. Για την κατασκευή μου, χρησιμοποίησα τα εξής:

Waveshare E-Ink SPI 4.2 "SPI Display

• ESP32 Dev Board (Generic)
• Adafruit Power Boost 500
• Μπαταρία Lipo 5000mAh
• Stripboard (Protoboard)

Θα χρειαστείτε οπωσδήποτε τα βασικά εργαλεία όπως:

• Συγκολλητικό σίδερο
• Κόλλα μετάλλων
• Πολύμετρο
• Διαβήτης
• Τρυπήστε λίγο για να διαχωρίσετε κομμάτια στο protoboard
• Σύρμα
• Μπουκιά καλωδίων
• Κόλλα (η θερμή κόλλα θα λειτουργήσει)
• Φορητός υπολογιστής με εγκατεστημένο το Arduino IDE

Το μόνο προηγμένο εργαλείο που μπορεί να χρειαστείτε είναι ένας τρισδιάστατος εκτυπωτής για να φτιάξετε το περίβλημα. Εάν δεν έχετε ένα, δεν πειράζει, φτιάξτε το περίβλημα σας από ξύλο και πριόνια ή οτιδήποτε άλλο διαθέσιμο. Και ναι, ο τρισδιάστατος εκτυπωτής μου είναι παλιός και σκονισμένος lol.

Βήμα 3: Το λογισμικό υπολογιστών

Πριν ξεκινήσουμε να δουλεύουμε στο κύκλωμα και τον προγραμματισμό, θα χρειαστούμε πρώτα την πιο πρόσφατη έκδοση του Arduino IDE που μπορείτε να βρείτε εδώ.

Δεδομένου ότι χρησιμοποιούμε το ESP32 με πυρήνα Arduino, θα χρειαστεί να εγκαταστήσουμε αυτόν τον πυρήνα στο Arduino IDE. Ακολουθήστε αυτόν τον απλό οδηγό από το Github, ο οποίος σας δείχνει τι λογισμικό και διαμόρφωση θα χρειαστείτε για να μπορέσετε να χρησιμοποιήσετε τον πίνακα ESP32 dev στο Arduino IDE.

Θα χρειαστούμε επίσης δύο επιπλέον βιβλιοθήκες για να λειτουργήσει το σύστημά μας. Το πρώτο είναι μια βιβλιοθήκη Arduino JSON που μας επιτρέπει να διαβάζουμε και να αναλύουμε αιτήματα JSON, αυτό ακριβώς παίρνουμε από το Weather Underground. Μπορείτε να κατεβάσετε αυτές τις δύο βιβλιοθήκες από το προσωπικό μου Dropbox ή παρακάτω. Μόλις έχετε τα αρχεία, εξαγάγετε τα και τοποθετήστε τα στο φάκελο βιβλιοθήκης Arduino. Γενικά βρίσκεται στη βιβλιοθήκη C: / Users / YOUR_NAME / Documents / Arduino \. Βεβαιωθείτε ότι κάνετε επανεκκίνηση του IDE, διαφορετικά το Arduino δεν θα παραλάβει τις νέες προσθήκες. Ο κύριος κωδικός Arduino SRC βρίσκεται επίσης σε αυτόν το φάκελο. Η βιβλιοθήκη περιέχει επίσης μια τροποποιημένη έκδοση του δείγματος που παρέχεται από οθόνες Waveshare. Τα αρχεία έχουν τροποποιηθεί ώστε να εκτελούνται στην ενότητα ESP32 με τους GPIO τους και έχω εφαρμόσει μια νέα "γραμματοσειρά" που περιέχει όλες τις εικόνες για τις διάφορες φάσεις του φεγγαριού.

Βήμα 4: Το κύκλωμα

Εντάξει, έτσι το κύκλωμα για αυτό είναι εξαιρετικά απλό και απαιτεί μόνο μερικά εξαρτήματα και καλώδια.

Η γενική ιδέα είναι ότι έχουμε ένα κύκλωμα φορτιστή Lipo, έναν μετατροπέα ώθησης για να μας δώσει 5V και στη συνέχεια το ESP32 Dev Kit που ρίχνει την τάση στα 3,3V. Αυτό το 3.3V χρησιμοποιείται επίσης για την οθόνη E-Ink Waveshare. Ναι, αυτό είναι ελαφρώς αναποτελεσματικό λόγω της αύξησης και της υποχώρησης με έναν γραμμικό ρυθμιστή, αλλά το ESP32 λειτουργεί σε πολύ φρικτό εύρος τάσης. Κάπου γύρω στα 2,5 - 3,6V. Αυτό δεν είναι κατάλληλο για έργα μπαταριών, ειδικά για εκείνα που χρησιμοποιούν πολυμερή στοιχεία λιθίου.

Η βασική καλωδίωση έχει ως εξής:

• Ενισχύστε τον μετατροπέα 5V εξόδου Vin & GND στο κιτ ESP32 Dev
• ESP32 3.3V 3.3V & GND E-Ink Display
• ESP32 PIN 18 CLK E-Ink Display
• ESP32 PIN 23 DIN/MOSI E-Ink Display
• ESP32 PIN 5 CS/SS E-Ink Display
• ESP32 PIN 32 DC E-Ink Display
• ESP32 PIN 33 RST E-Ink Display
• ESP32 PIN34 BUSY E-Ink Display

Μπορείτε να δείτε ότι η καλωδίωση είναι πολύ απλή και οι πίνακες DIY μου χρειάστηκαν μόνο περίπου 15 λεπτά για να κατασκευαστούν. Βεβαιωθείτε ότι έχετε ελέγξει για βραχυκυκλώματα με ένα πολύμετρο πριν από την παροχή ρεύματος.

Αφαίρεσα επίσης τα LED από τον πίνακα ώθησης ESP32 και Lipo για εξοικονόμηση ενέργειας περίπου 40mA κατά τη διάρκεια του ύπνου. Αυτό θα βοηθήσει τις μπαταρίες να διαρκέσουν λίγο περισσότερο. Μπορείτε να εφαρμόσετε έναν διακόπτη τροφοδοσίας, ένα κύκλωμα εξοικονόμησης ενέργειας, αυτόματη αποσύνδεση κλπ. Μπορείτε να επεκτείνετε αυτό το έργο και να το κάνετε όσο πιο περίπλοκο θέλετε.

Βήμα 5: Ο Κώδικας

Ο κωδικός μπορεί να βρεθεί στον παρεχόμενο φάκελο κατά το βήμα 3 ή μπορείτε να κατεβάσετε το αρχείο.ino από κάτω. Θα χρειαστεί να εγκαταστήσετε τις σχετικές βιβλιοθήκες όπως αναφέρεται στο βήμα 3 για να λειτουργήσουν όλα μαζί. Δεν υπάρχουν πολλά να πούμε για αυτό το βήμα καθώς ο κωδικός παρέχεται σε κατάσταση λειτουργίας. Βεβαιωθείτε ότι έχετε θέσει το SSID και τον κωδικό πρόσβασης δικτύου πριν δοκιμάσετε το πρόγραμμα, μπορείτε πάντα να εκτελέσετε το ESP32 WiFi Scan για να εντοπίσετε τυχόν κοντινά ασύρματα δίκτυα, ωστόσο στο πρόγραμμά μου, οι πληροφορίες δικτύου έχουν οριστεί μόνο σε κώδικα και κώδικα. Maybeσως μπορείτε να το τροποποιήσετε για να ρωτήσετε σε ποιο δίκτυο θέλετε να συνδεθείτε:)

Ο κώδικας είναι αρκετά απλός και θα αφιερώσω λίγο χρόνο για να τον σχολιάσω και να τον βελτιώσω τις επόμενες εβδομάδες. Βασικά συνδέουμε ένα δίκτυο, στην περίπτωσή μου, το οικιακό μου δίκτυο. Στη συνέχεια επιχειρούμε να συνδεθούμε στο Weather Underground και να λάβουμε το κείμενο JSON από την ιστοσελίδα. Στη συνέχεια, χρησιμοποιείται η βιβλιοθήκη ArduinoJSON για εξαγωγή. ή ανάλυση, τον κώδικα JSON σε συστοιχίες ή συμβολοσειρές χαρακτήρων που μας επιτρέπουν να χειριζόμαστε τις τιμές πριν τον εμφανίσουμε στον χρήστη. Το τελευταίο κομμάτι κώδικα είναι αυστηρά για τον προγραμματισμό του GUI και έγινε με δοκιμή και λάθος. Κοίταξα την οθόνη, αύξησα ή μείωσα μια θέση ενεργητικού και έτρεξα ξανά τον κώδικα μέχρι να είμαι ευχαριστημένος με το πώς φαίνεται το μέγεθος της γραμματοσειράς, η διάταξη και οι εικόνες.

Εφάρμοσα μια βαθιά ρουτίνα ύπνου για το ESP32 για εξοικονόμηση ενέργειας. Η προεπιλογή είναι 60 δευτερόλεπτα, ωστόσο προτείνω να αλλάξετε την τιμή σε περίπου μία ή δύο ώρες, καθώς οι ενημερώσεις δεν εμφανίζονται για τουλάχιστον μερικές ώρες. Το παράδειγμα δέχεται δευτερόλεπτα, οπότε βεβαιωθείτε ότι έχετε κάνει σωστά τις μετατροπές.

Χρησιμοποίησα επίσης το πρόγραμμα The Dot Factory για να δημιουργήσω εξαγωνικούς πίνακες για μια νέα γραμματοσειρά. Αυτή η γραμματοσειρά χρησιμοποιείται για τη δημιουργία των "εικόνων" για τις φάσεις του φεγγαριού. Εάν θέλετε να επεξεργαστείτε το αρχείο γραμματοσειρών, βεβαιωθείτε ότι χρησιμοποιείτε το παραπάνω πρόγραμμα για δημιουργία. Είναι λίγο μπερδεμένο αφού η βιβλιοθήκη E-Ink δεν έχει τεκμηριωθεί καλά και η μεγαλύτερη επιτυχία μου ήταν χάρη στη δοκιμή και το λάθος. Όταν περνάω περισσότερο χρόνο με αυτόν τον κωδικό, θα ενημερώσω το Instructable για να παράσχω περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα ευρήματά μου.

Η γραμματοσειρά που χρησιμοποιείται για τις φάσεις του φεγγαριού πρέπει να γίνεται σύμφωνα με μια τυπική διάταξη ASCII. Εάν ανοίξετε τη γραμματοσειρά font24 στον κύριο φάκελο EPD, μπορείτε να δείτε τη διάταξη όπου το 1ο γραφικό προσδιορίζεται από ένα κενό διάστημα, το δεύτερο είναι ένα "!" (θαυμαστικό) και ούτω καθεξής. Θα δείτε ότι τραβάω τη σχετική γραμματοσειρά χρησιμοποιώντας τον αριθμό 3 ή ένα σύμβολο hashtag στο τελευταίο κομμάτι του κώδικα (συνάρτηση getLunarChar). Αυτό συμβαίνει επειδή το Arduino αναμένει το πρότυπο ASCII από 32 έως 127. Επειδή χρησιμοποιούμε γραμματοσειρές που δεν έχουν καμία σχέση με τις πραγματικές γραμματοσειρές και μάλλον μια γραφική μήτρα φάσης σελήνης, πρέπει να διασφαλίσουμε ότι ο χαρακτήρας ASCII παραπέμπει στην επιλεγμένη εικόνα φάσης σελήνης. Αυτό σημαίνει ότι χρησιμοποιώντας ένα! σημάδι, η γραμματοσειρά της σεληνιακής φάσης μας δείχνει το γραφικό φάσης της δεύτερης σελήνης σε αυτήν τη λίστα. Αν κοιτάξετε τη γραμματοσειρά της σεληνιακής φάσης, θα δείτε μια ολόκληρη δέσμη φάσεων του φεγγαριού, όλες με διαφορετικά επίπεδα φωτισμού. Στο μέλλον θα προσθέσω περισσότερο κώδικα για να χρησιμοποιήσω όλα τα γραφικά που έχουμε εφαρμόσει. Προς το παρόν χρησιμοποιούμε μόνο λίγα, ωστόσο τα γραφικά έχουν ήδη εφαρμοστεί σε γραμματοσειρά σεληνιακής φάσης και πρέπει απλώς να εφαρμοστούν στον κώδικα για να το χρησιμοποιήσουμε.

Βήμα 6: Τελική συνέλευση

Το τελευταίο μέρος της κατασκευής και το πιο ικανοποιητικό, είναι η διαδικασία συναρμολόγησης. Σχεδίασα και εκτύπωσα 3D ένα περίβλημα που ταιριάζει στον πίνακα μου. Το έργο είναι πολύ DIY, δεν υπάρχουν επαγγελματικά PCB ή μια τυπική διάταξη. Ως επί το πλείστον, το κουτί που χρησιμοποίησα είναι αρκετά μεγάλο για να χωρέσει οποιοδήποτε φορτιστή λιπό ή μετατροπέα ενίσχυσης που επιλέγετε να χρησιμοποιήσετε. Εφόσον παρέχουν την ίδια βασική λειτουργικότητα που αναφέρεται σε αυτό το Οδηγό, τότε θα πρέπει να είστε καλά.

Χρησιμοποίησα 4 βίδες για να συγκρατήσω το πάνω και το κάτω μισό του περιβλήματος και ζεστή κόλλα για την τοποθέτηση του κυκλώματος DIY. Χρησιμοποίησα μερικές πολύ μικρές σταγόνες κόλλας για να κρατήσω την μπαταρία, αλλά αν είχα περισσότερο χρόνο, θα έκανα μια προσαρμοσμένη βάση για όλα τα ηλεκτρονικά.

Αποφάσισα επίσης να κάνω μια τρύπα για ένα κουμπί ασφάλισης στο πίσω μέρος. Αυτό αποσυνδέει την μπαταρία από τον μετατροπέα ώθησης, ο οποίος είναι χρήσιμος εάν δεν σχεδιάζετε να εκτελέσετε τη συσκευή 24/7. Δυστυχώς, ο μετατροπέας ώθησης εξακολουθεί να χρησιμοποιεί ρεύμα ακόμη και αν το ESP32 είναι σε κατάσταση βαθιάς αναστολής λειτουργίας.

Γενικά είμαι πολύ ευχαριστημένος με το αποτέλεσμα. Έμαθα πολλά ενώ χρησιμοποιούσα το ESP32 και βλέπω τον εαυτό μου να το χρησιμοποιεί για μια ποικιλία έργων στο μέλλον.

Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, μη διστάσετε να με ρωτήσετε, θα είμαι περισσότερο από πρόθυμος να σας βοηθήσω και αν βρείτε λάθη σε αυτό το Instructable, παρακαλώ ενημερώστε με.

ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ: Έκανα στην πραγματικότητα μηχανή CNC μια μικρή θήκη αντί για την τρισδιάστατη έκδοση που είναι αυτό που βλέπετε στις επιλεγμένες εικόνες.

ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ: Στις επιλεγμένες εικόνες βλέπουμε μια πανσέληνο με 99% φωτισμό. Ως εκ τούτου, ο λευκός κύκλος, καθώς το φεγγάρι περνά τις τυπικές φάσεις του, η εικόνα του φεγγαριού θα αλλάξει ανάλογα. Περαιτέρω εικόνες θα μεταφορτωθούν καθώς το φεγγάρι προχωρά στις φάσεις του, ώστε να μπορείτε να λάβετε μια αναπαράσταση των γραφικών.

Δρομέας στην πρόκληση του διαστήματος