Μετεωρολογικός σταθμός NaTaLia: Μετεωρολογικός σταθμός Arduino Solar Powered Done the Right Way: 8 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Μετά από 1 χρόνο επιτυχημένης λειτουργίας σε 2 διαφορετικές τοποθεσίες, μοιράζομαι τα σχέδια έργων με ηλιακή ενέργεια μετεωρολογικού σταθμού και εξηγώ πώς εξελίχθηκε σε ένα σύστημα που μπορεί πραγματικά να επιβιώσει για μεγάλα χρονικά διαστήματα από την ηλιακή ενέργεια. Εάν ακολουθήσετε τις οδηγίες μου και χρησιμοποιήσετε τα ίδια ακριβώς υλικά με αυτά που αναφέρονται, μπορείτε να φτιάξετε έναν ηλιακό μετεωρολογικό σταθμό που θα λειτουργεί για πολλά χρόνια. Στην πραγματικότητα, ο μόνος παράγοντας που περιορίζει τη διάρκεια λειτουργίας είναι η διάρκεια ζωής της μπαταρίας που χρησιμοποιείτε.

Βήμα 1: Λειτουργία μετεωρολογικού σταθμού

1, πομπός: Εξωτερικά τοποθετημένο κιβώτιο με ηλιακό πάνελ που στέλνει περιοδικά τηλεμετρία (θερμοκρασία, υγρασία, δείκτης θερμότητας, ηλιακή ισχύ) στην εσωτερική μονάδα δέκτη.

2, Δέκτης: Εσωτερική μονάδα κατασκευασμένη από Raspberry PI 2 + Arduino Mega με δέκτη RF 433 Mhz συνδεδεμένο για λήψη δεδομένων. Στη ρύθμισή μου, αυτή η μονάδα δεν έχει καμία τοπική λειτουργία οθόνης LCD. Τρέχει απρόσεκτα. Ένα κύριο πρόγραμμα C φροντίζει να λαμβάνει τα εισερχόμενα δεδομένα από το Arduino μέσω του σειριακού, στη συνέχεια να καταγράφει τα δεδομένα σε ένα αρχείο κειμένου και να καθιστά τα τελευταία ληφθέντα δεδομένα διαθέσιμα μέσω του telnet για άλλες συσκευές να το ερωτούν.

Ο σταθμός ελέγχει τα φώτα στο σπίτι μου με την ανάγνωση της φωτοαντίστασης (η οποία καθορίζει αν είναι μέρα ή νύχτα έξω). Ο δέκτης είναι ακέφαλος στην περίπτωσή μου, αλλά μπορείτε εύκολα να τροποποιήσετε το έργο για να προσθέσετε μια οθόνη LCD. Μία από τις συσκευές που χρησιμοποιεί, αναλύει και εμφανίζει τα δεδομένα καιρού από το σταθμό είναι το άλλο μου έργο: Ironforge the NetBSD Toaster.

Βήμα 2: Πρώτες εκδόσεις

Υπάρχουν πολλά ηλιακά έργα στο διαδίκτυο, αλλά πολλά από αυτά διαπράττουν το συνηθισμένο λάθος ότι το σύστημα παίρνει περισσότερη ενέργεια από την μπαταρία με την πάροδο του χρόνου ό, τι θα μπορούσε να αναπληρώσει ο ηλιακός συλλέκτης, ειδικά κατά τη διάρκεια των συννεφιασμένων, σκοτεινών χειμερινών μηνών.

Όταν σχεδιάζετε ένα ηλιακό σύστημα, το μόνο που έχει σημασία είναι η ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ, σε όλα τα εξαρτήματα: mcu, πομπό ραδιοφώνου, ρυθμιστή τάσης κ.λπ.

Η χρήση ενός μεγάλου υπολογιστή όπως ένα βατόμουρο pi ή μιας συσκευής wifi που πεινάει για ενέργεια, όπως το ESP, μόνο για τη συλλογή και τη μεταφορά μερικών δεδομένων καιρικών συνθηκών θα ήταν υπερβολική, αλλά όπως θα δείξω σε αυτό το σεμινάριο, ακόμη και ένας μικρός πίνακας Arduino είναι.

Το καλύτερο είναι πάντα να μετράτε το ρεύμα κατά τη διαδικασία κατασκευής σας με μετρητή ή με εύρος (χρήσιμο όταν προσπαθείτε να μετρήσετε μικρές αιχμές στη χρήση κατά τη λειτουργία σε πολύ σύντομα χρονικά διαστήματα (χιλιοστά του δευτερολέπτου)).

Στην πρώτη εικόνα μπορείτε να δείτε τον πρώτο μου σταθμό (Arduino Nano Based) και τον δεύτερο πίνακα Arduino Barebone Atmega 328P.

Η πρώτη έκδοση, αν και λειτούργησε τέλεια (παρακολούθηση περιβάλλοντος και αποστολή δεδομένων μέσω ραδιοφώνου) είχε πολύ υψηλή κατανάλωση power 46mA και εξάντλησε την μπαταρία σε λίγες εβδομάδες.

Όλες οι εκδόσεις χρησιμοποιούσαν την ακόλουθη μπαταρία:

18650 Προστατευμένη επαναφορτιζόμενη μπαταρία ιόντων λιθίου 6000mAh Ενσωματωμένη σανίδα προστασίας

ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ σε αυτές τις μπαταρίες ScamFire. Αν και αυτό είναι ένα αρκετά παλιό Instructable, αισθάνθηκα ακόμα υποχρεωμένος να το διορθώσω λόγω αυτής της πλαστής μπαταρίας. ΜΗΝ αγοράσετε την αναφερόμενη μπαταρία, κάντε τη δική σας έρευνα σχετικά με άλλες μπαταρίες LION/LIPO, όλες οι μπαταρίες 3,7V θα λειτουργήσουν με αυτό το έργο.

Τέλος, είχα χρόνο να αποσυναρμολογήσω την μπαταρία ScamFire για να δω ποια είναι η πραγματική της χωρητικότητα. Επομένως, θα εκτελέσουμε 2 υπολογισμούς παράλληλα με τις πραγματικές και τις "διαφημισμένες" ικανότητες.

Πρώτα απ 'όλα είναι ένα πράγμα ότι αυτή η μπαταρία είναι ψεύτικη και τίποτα που ισχυρίζονται γι' αυτό είναι αληθινό, οι νέες εκδόσεις είναι ακόμη χειρότερες, αντέγραψαν το ψεύτικο αφήνοντας έξω το κύκλωμα προστασίας 2 λεπτών, οπότε τίποτα δεν θα τους σταματήσει να εκφορτίζονται στο μηδέν.

Ένα μικρό άρθρο για τις μπαταρίες LION/LIPO:

TLDR:

Αυτό σημαίνει ότι η μέγιστη τάση της κυψέλης είναι 4,2v και ότι η "ονομαστική" (μέση) τάση είναι 3,7V.

Για παράδειγμα, εδώ είναι ένα προφίλ της τάσης για μια «κλασική» μπαταρία 3,7V/4,2V. Η τάση ξεκινά από το μέγιστο 4,2 και μειώνεται γρήγορα στα περίπου 3,7V για το μεγαλύτερο μέρος της διάρκειας ζωής της μπαταρίας. Μόλις χτυπήσετε τα 3.4V η μπαταρία είναι νεκρή και στα 3.0V το κύκλωμα διακοπής αποσυνδέει την μπαταρία.

Οι μετρήσεις μου χρησιμοποιώντας ένα ομοίωμα φορτίου:

Μπαταρία φορτισμένη: 4.1V

Ορισμός διακοπής: 3,4V

Προσομοίωση φορτίου: 0.15A (η συσκευή μου είχε λίγο πρόβλημα με το να πηγαίνει χαμηλότερα από αυτό.)

Μετρημένη χωρητικότητα: 0,77Ah δώστε του δωρεάν 0,8 Ah που είναι 800mAh αντί για τα διαφημισμένα 6000mAh!

Δεδομένου ότι αυτή η μπαταρία δεν είχε καν το κύκλωμα προστασίας, θα μπορούσα ελεύθερα να κατέβω, αλλά στα 3.4V μετά από 10 λεπτά θα πέσει ήδη στα 3.0V.

Επομένως, με απλούς υπολογισμούς η μπαταρία παρέχει:

Θεωρητικός

Τάση μπαταρίας = 3,7V

Ισχύς = 3,7x6000 = 22000 mWh

Πραγματικός

Τάση μπαταρίας = 3.7V Ισχύς = 3.7x800 = 2960 mWh

Έκδοση: 0.1 ARDUINO NANO BASED

Ακόμα και με τη βιβλιοθήκη LowPower, ένα Arduino nano καταναλώνει ~ 16 mA (σε κατάσταση αδράνειας) -> FAIL.

Θεωρητικός

Pavg = VxIavg = 5Vx16mA = 80 mW

Διάρκεια μπαταρίας = 22000/80 = 275 ώρες = 11 ημέρες περίπου

RealPavg = VxIavg = 5Vx16mA = 80 mW

Διάρκεια μπαταρίας = 800/80 = 10 ώρες

Έκδοση: 0.2 Atmega 328P Barebone

Η ισχύς που καταναλώνει ένα ATmega328 εξαρτάται πολύ από το τι κάνετε με αυτό. Μόλις κάθεται εκεί σε μια προεπιλεγμένη κατάσταση, μπορεί να χρησιμοποιήσει 16mA @ 5V ενώ λειτουργεί στα 16MHz.

Όταν το ATmega328P είναι σε ενεργή λειτουργία, θα εκτελεί συνεχώς αρκετά εκατομμύρια οδηγίες ανά δευτερόλεπτο. Επιπλέον, το On-Board Peripherals Analog to Digital Converter (ADC), Serial Peripheral Interface (SPI), Timer 0, 1, 2, Two Wire Interface (I2C), USART, Watchdog Timer (WDT), και το Brown-out Detection (BOD) καταναλώνουν ενέργεια.

Για εξοικονόμηση ενέργειας, το ATmega328P MCU υποστηρίζει έναν αριθμό λειτουργιών ύπνου και τα αχρησιμοποίητα περιφερειακά μπορούν να απενεργοποιηθούν. Οι λειτουργίες ύπνου διαφέρουν ως προς το ποια μέρη παραμένουν ενεργά, ανάλογα με τη διάρκεια του ύπνου και τον χρόνο που απαιτείται για την αφύπνιση (περίοδος αφύπνισης). Η κατάσταση ύπνου και τα ενεργά περιφερειακά μπορούν να ελεγχθούν με τις βιβλιοθήκες ύπνου και τροφοδοσίας AVR ή, πιο συνοπτικά, με την εξαιρετική βιβλιοθήκη χαμηλής ισχύος.

Η βιβλιοθήκη Low-Power είναι απλή στη χρήση αλλά πολύ ισχυρή. Η δήλωση LowPower.powerDown (SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF). βάζει το MCU σε SLEEP_MODE_PWR_DOWN για 16 ms έως 8 s, ανάλογα με το πρώτο όρισμα. Απενεργοποιεί το ADC και το BOD. Ο ύπνος απενεργοποίησης σημαίνει ότι όλες οι λειτουργίες τσιπ είναι απενεργοποιημένες μέχρι την επόμενη διακοπή. Περαιτέρω, ο εξωτερικός ταλαντωτής σταματά. Μόνο διακοπές επιπέδου σε INT1 και INT2, διακοπές αλλαγής καρφίτσας, αντιστοίχιση διεύθυνσης TWI/I2C ή WDT, εάν είναι ενεργοποιημένη, μπορεί να αφυπνίσει το MCU. Έτσι, με την ενιαία δήλωση, θα ελαχιστοποιήσετε την κατανάλωση ενέργειας. Για ένα 3,3 V Pro Mini χωρίς LED ισχύος και χωρίς ρυθμιστή (δείτε παρακάτω) που εκτελεί τη δήλωση, η κατανάλωση ενέργειας είναι 4,5 μA. Αυτό είναι πολύ κοντά σε αυτό που αναφέρεται στο φύλλο δεδομένων ATmega328P για απενεργοποίηση ύπνου με ενεργοποιημένο το WDT 4,2 μA (φύλλο δεδομένων που συνδέεται με πηγές). Ως εκ τούτου, είμαι πολύ σίγουρος ότι η λειτουργία powerDown τερματίζει όλα όσα είναι λογικά δυνατό. Με τη δήλωση LowPower.powerDown (SLEEP_FOREVER, ADC_OFF, BOD_OFF), το WDT θα απενεργοποιηθεί και δεν θα ξυπνήσετε μέχρι να ενεργοποιηθεί μια διακοπή.

Έτσι, με τη ρύθμιση barebone μπορούμε να βάλουμε το τσιπ σε κατάσταση ύπνου για 5 λεπτά, ενώ καταναλώνει πολύ μικρή ποσότητα ενέργειας (0,04 mA χωρίς περιφερειακά). Ωστόσο, αυτό είναι μόνο το τσιπ Atmega 328P με τον κρυσταλλικό ταλαντωτή και τίποτα άλλο, ο ενισχυτής τάσης που χρησιμοποιείται σε αυτήν τη διαμόρφωση για να αυξήσει την τάση της μπαταρίας από 3,7V -> 5,0 V καταναλώνει επίσης 0,01 mA.

Μια σταθερή εκκένωση τάσης ήταν η προστιθέμενη αντίσταση φωτογραφίας που αυξάνει την κατανάλωση σε κατάσταση αναστολής σε συνολικό 1 mA (αυτό περιλαμβάνει όλα τα εξαρτήματα).

Ο τύπος για τον υπολογισμό της ακριβούς κατανάλωσης για τη συσκευή τόσο σε κατάσταση ύπνου όσο και σε λειτουργία αφύπνισης είναι:

Iavg = (Ton*Ion + Tsleep*Isleep) / (Ton + Tsleep)

Ιόν = 13mA

Αυτό προέρχεται κυρίως από τον πομπό RF433 Mhz:

Πομπός:

Τάση λειτουργίας: 3V - 12V για μέγ. χρήση ισχύος 12V Ρεύμα λειτουργίας: μέγιστο Λιγότερο από 40mA μέγιστο και ελάχιστο 9m Λειτουργία συντονισμού: (SAW) Λειτουργία διαμόρφωσης: ASK Συχνότητα εργασίας: Eve 315MHz ή 433MHz Ισχύς μετάδοσης: 25mW (315MHz στα 12V) Σφάλμα συχνότητας: +150kHz (μέγιστο) Ταχύτητα: μικρότερη από 10Kbps

Isπνος = 1mA

Θα ήταν σημαντικά λιγότερο χωρίς τη φωτοαντίσταση.

Χρόνος Trunon Ton = 250 mS = 0.25s

Χρόνος ύπνου leepπνος = 5 λεπτά = 300s

Iavg = (Ton*Ion + Tsleep*Isleep) / (Ton + Tsleep)

Iavg = (0,25s*13mA + 300s*1mA) / (0,25s + 300s)

Iavg = 1,26mA

Pavg = VxIavg = 5Vx1.26mA = 6 mW

Θεωρητικός

Διάρκεια μπαταρίας = 22000mWh/6mW = 3666 ώρες = 152 ημέρες περίπου

Πραγματικός

Διάρκεια μπαταρίας = 800mWh/6mW = 133 ώρες = 5,5 ημέρες περίπου

Παρόλο που αυτά ήταν ακόμα μια καλύτερη σειρά UltraFire, αυτό που χρησιμοποίησα αρχικά θα μπορούσατε να δείτε ότι χωρίς τον ηλιακό πίνακα ή τη χαμηλή κατανάλωση 1mA αυτό το έργο δεν θα επιβίωνε πολύ.

Μη διστάσετε να φτιάξετε τον σταθμό και σημειώστε τα ευρήματα και τους υπολογισμούς σας στα σχόλια και θα ενημερώσω το άρθρο. Θα εκτιμούσα επίσης τα αποτελέσματα με διαφορετικά MCU και μετατροπείς ενίσχυσης.

Βήμα 3: Χτίζοντας έναν επιτυχημένο μετεωρολογικό σταθμό

Αν και είναι η πρώτη επιτυχημένη έκδοση, περιέχει λίγη αποτυχία στις εικόνες και δεν μπορώ να τα ξαναφτιάξω επειδή οι σταθμοί έχουν ήδη αναπτυχθεί. Οι δύο ενισχυτές τάσης που φαίνονται στην εικόνα είναι διαθέσιμοι κατά τη στιγμή της γραφής για αερομοντελοποίηση και άλλες εφαρμογές. Όταν επανασχεδίασα τον σταθμό μου σκεφτόμουν να αποκτήσω έναν μικρότερο και πιο αποδοτικό πίνακα αύξησης τάσης, ωστόσο ο μικρότερος σε μέγεθος σίγουρα δεν σημαίνει ότι είναι πιο αποδοτικός.

Η νέα μικρή μονάδα στην εικόνα που δεν έχει καν ένδειξη οδήγησε στην πραγματικότητα αποστράγγισε 3mA (*FAIL*) από μόνη της, έτσι έμεινα με τον παλιό μου πίνακα:

PFM Control DC-DC USB 0.9V-5V έως 5V DC Ενισχυμένη μονάδα παροχής ενέργειας

Κατά τη στιγμή της γραφής, αυτή η μονάδα εξακολουθεί να είναι διαθέσιμη στο Ebay για 99 σεντ, αλλά αν αποφασίσετε να χρησιμοποιήσετε άλλο ενισχυτή, ελέγχετε πάντα την κατανάλωση ενέργειας σε κατάσταση αναμονής. Με ενισχυτικό καλής ποιότητας δεν πρέπει να είναι περισσότερο από το δικό μου (0,01 mA), αν και το μικρό LED στο σκάφος έπρεπε να αποκολληθεί.

Βήμα 4: Λίστα υλικού

• 18650 Προστατευμένη επαναφορτιζόμενη μπαταρία ιόντων λιθίου 6000mAh Ενσωματωμένη σανίδα προστασίας
• Atmega 328P16M 5V με bootloader
• Κιτ Adafruit DC Boarduino (συμβατό με Arduino) (με ATmega328) <αυτή θα είναι μια καλή επένδυση εάν κάνετε μελλοντικά προγράμματα με ξυλόφιλους
• Photo Light Sensitive Resistor Photoresistor Optoresistor 5mm GL5539
• Διόρθωση διόδων 1A 1000V 1N4007 IN4007 DO-41
• PFM Control DC-DC USB 0.9V-5V έως 5V DC Ενισχυμένη μονάδα παροχής ενέργειας
• 1.6W 5.5V 266mA Mini Solar Panel Module System Epoxy Cell Charger DIY
• Μονάδα φόρτισης πίνακα φόρτισης μπαταρίας λιθίου TP405 5V Mini USB 1A
• Κιτ σύνδεσης πομπού και δέκτη RF 433Mhz για τηλεχειριστήριο Arduino/ARM/MC <Κιτ, περιέχει και τον πομπό και τον αναβιβαστή
• IP65 Switch Protector Junction Box Εξωτερικό αδιάβροχο περίβλημα 150x110x70mm
• Νέα μονάδα αισθητήρα θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας DHT22 για το Arduino
• 1x220 Ohm, 2x10KOhm, 1xLED, 1xMini Switch, 1x1N4007διόδος
• Adafruit 16 MHz Ceramic Resonator / Oscillator [ADA1873]
• Arduino UNO/Mega κλπ για σταθμό δέκτη + Raspberry PI 1/2/3
• Διαφανές ακρυλικό πλαστικό κουτί (προαιρετικό)

Μπορείτε να τα βρείτε όλα αυτά στο Ebay, δεν θέλω να προωθήσω κανέναν πωλητή συνδέοντας τις σελίδες τους και οι σύνδεσμοι θα γίνουν νεκροί ούτως ή άλλως στο μέλλον.

Σημειώσεις για τη λίστα υλικού:

Ακριβώς σε περίπτωση που φτιάξετε το Atmega κάπως με τον προγραμματισμό αγοράστε περισσότερα από αυτά, το ίδιο ισχύει και για τον ενισχυτή τάσης και τον ελεγκτή ηλιακής φόρτισης.

Ο ηλιακός φορτιστής περιέχει 2 μικρά έγχρωμα LED που είναι ενεργοποιημένα μόνο σε περίπτωση ηλιακής φόρτισης και υποδεικνύουν (κόκκινο-φόρτιση, μπλε-> πλήρως φορτισμένες καταστάσεις). Αυτά μπορούν να μην πωληθούν επίσης. Μάλλον δίνει λίγο παραπάνω χυμό στην μπαταρία κατά τη φόρτιση.

Όπως βλέπετε, δεν υπάρχουν θήκες μπαταριών στη λίστα μου. Γιατί; Γιατί είναι αναξιόπιστα. Είχα αμέτρητες περιπτώσεις όταν η μπαταρία έφυγε από τη θήκη του και έχασε τη σύνδεση. Ειδικά εάν η εγκατάστασή σας είναι τοποθετημένη σε ένα ψηλό στύλο όπως το δικό μου, ανοιχτό για οποιεσδήποτε δύσκολες καιρικές συνθήκες. Φέρωσα ακόμη και τη μπαταρία στη θήκη με 2 φερμουάρ και κατάφερε να βγει έξω. Μην το κάνετε, απλά αφαιρέστε την εξωτερική επίστρωση από την μπαταρία και κολλήστε τα καλώδια απευθείας στο κάτω μέρος της μπαταρίας, που περιέχουν το κύκλωμα προστασίας υπερφόρτισης (μην παρακάμπτετε την προστασία). Μια θήκη μπαταρίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για τη συγκράτηση της μπαταρίας στη θέση της στη συσκευή.

Πίνακας φόρτισης μπαταριών λιθίου TP405 5V Mini USB 1A: δυστυχώς αυτή η πλακέτα δεν περιλαμβάνει προστασία αντίστροφου ρεύματος στον ηλιακό πίνακα, για αυτό θα χρειαστείτε 1 ακόμη δίοδο για να τοποθετήσετε ανάμεσα στο ένα πόδι του ηλιακού συλλέκτη και το κύκλωμα φόρτισης για να σταματήσετε την τρέχουσα προσπάθεια να ρέει πίσω στο ηλιακό πάνελ τα βράδια.

Βήμα 5: Συναρμολόγηση

Αυτός ο πίνακας περιέχει σχετικά λίγα στοιχεία και οι δείκτες στον πίνακα είναι αρκετά απλοί.

Βεβαιωθείτε ότι ΔΕΝ εισάγετε το Atmega328P με λάθος τρόπο (που μπορεί να ζεσταθεί και να φράξει το τσιπ, μπορεί επίσης να καταστρέψει τον ενισχυτή τάσης).

Σε αυτήν τη ρύθμιση, το τσιπ κοιτάζει προς τα κάτω (μικρή οπή U με σήμανση PIN1). Όλα τα άλλα συστατικά πρέπει να είναι προφανή.

Χρησιμοποιήστε θωρακισμένο καλώδιο (π.χ.: Καλώδιο ήχου από το CDrom θα είναι μια χαρά) για το LDR. Σε ορισμένες περιπτώσεις (για πολλές εβδομάδες δοκιμής) αποδείχθηκε ότι παρεμβαίνει στη μετάδοση ραδιοσήματος. Αυτό ήταν ένα από αυτά τα σφάλματα που είναι δύσκολο να αντιμετωπιστούν, οπότε αν δεν θέλετε πρόβλημα χρησιμοποιήστε ένα θωρακισμένο καλώδιο, τέλος της ιστορίας.

LED: Το LED στο κάτω μέρος του κουτιού προστέθηκε αρχικά για να αναβοσβήνει όταν υπάρχει εξερχόμενη ραδιοφωνική μετάδοση, αλλά αργότερα το θεώρησα ως σπατάλη ισχύος και αναβοσβήνει μόνο 3 φορές κατά τη διαδικασία εκκίνησης.

TP: είναι σημείο δοκιμής για τη μέτρηση του ρεύματος για το συνολικό κύκλωμα.

DHT22: Μην αγοράζετε το φτηνό DHT11, ξοδέψτε 50 σεντς παραπάνω για να πάρετε το λευκό DHT22 που μπορεί επίσης να μετρήσει αρνητικές θερμοκρασίες.

Βήμα 6: Σχεδιασμός θήκης

Παρόλο που είναι λίγο υπερβολικό, ένας 3D εκτυπωμένος κύβος (weather_cube) φτιάχτηκε για να συγκρατεί τον αισθητήρα θερμοκρασίας DHT22 στη θέση του. Ο κύβος είναι κολλημένος στο κάτω μέρος του κουτιού IP, διαθέτει μόνο 1 τρύπα για να φτάσει ο αέρας στον αισθητήρα. Έχω προσθέσει ένα δίχτυ στην τρύπα ενάντια στις μέλισσες, τις σφήκες και άλλες μικρές μύγες.

Ένα εξωτερικό κουτί μπορεί να χρησιμοποιηθεί προαιρετικά για να κάνει τον σταθμό πιο αδιάβροχο σε περίπτωση που τον τοποθετείτε σε έναν στύλο πιάτων στο ύπαιθρο.

Ιδέα για 1 χρήσιμο χαρακτηριστικό: προσθέτοντας μια μεγάλη μεταλλική πλάκα οροφής 1-2 εκατοστά στην κορυφή του κουτιού παρέχοντας σκιά από τον ήλιο κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, αν και αυτό θα μπορούσε επίσης να αφαιρέσει το χρήσιμο ηλιακό φως από τον πίνακα. Μπορείτε να βρείτε ένα σχέδιο που χωρίζει το πλαίσιο και το κουτί (αφήνοντας τον πίνακα στον ήλιο, το κουτί στη σκιά).

Στις εικόνες: ένας από τους σταθμούς που αφαιρέθηκε από το περιβάλλον εργασίας μετά από 1 χρόνο, η τάση της μπαταρίας είναι στα εντυπωσιακά 3,9V, δεν υπάρχει ζημιά στο νερό σε κανένα μέρος του κουτιού, αν και το δίχτυ που κόλλησα στο κάτω μέρος του κύβου διαλύθηκε. Ο λόγος που ο σταθμός έπρεπε να επισκευαστεί είναι σφάλμα σύνδεσης στο βύσμα LDR, αν και το καλώδιο βραχυκυκλωτήρα φαινόταν να είναι ακόμα στη θέση του, η σύνδεση ήταν σπασμένη, επομένως ο πείρος μερικές φορές επιπλέει παρέχοντας κακές αναλογικές αναγνώσεις LDR. Πρόταση: εάν χρησιμοποιείτε τυπικά jumpercables PC, κολλήστε τα όλα αφού ο σταθμός λειτουργεί τέλεια για να το αποφύγετε.

Βήμα 7: Λογισμικό

Ο κωδικός λογισμικού θα απαιτήσει 3 εξωτερικές βιβλιοθήκες (LowPower, DHT, VirtualWire). Είχα πρόβλημα να βρω μερικά από αυτά εύκολα στο διαδίκτυο πρόσφατα, οπότε τα επισυνάπτω σε ξεχωριστό αρχείο ZIP. Ανεξάρτητα από το λειτουργικό σύστημα που χρησιμοποιείτε Linux/Windows, απλώς βρείτε το φάκελο της βιβλιοθήκης του Arduino IDE και εξαγάγετε τα εκεί.

Μόνο μια σημείωση, ανεξάρτητα από το ότι ήδη σας συμβουλεύω να μην αγοράσετε το DHT11, εάν χρησιμοποιείτε λάθος τύπο αισθητήρα DHT, το πρόγραμμα θα μείνει για πάντα στην αρχή στην ενότητα εκκίνησης (δεν θα δείτε καν το αναβοσβήσιμο του led εκκίνησης 3 φορές).

Ο κύριος κώδικας βρόχου είναι πολύ απλός, πρώτα διαβάζει τις τιμές περιβάλλοντος (θερμοκρασία, δείκτης θερμότητας, υγρασία, ηλιακός), τις στέλνει μέσω ραδιοφώνου και στη συνέχεια χρησιμοποιεί τη βιβλιοθήκη χαμηλής ισχύος για να κοιμηθεί το Arduino για 5 λεπτά.

Διαπίστωσα ότι η μείωση του baudrate θα αυξήσει τη σταθερότητα των ραδιοφωνικών εκπομπών. Ο σταθμός στέλνει μια πολύ μικρή ποσότητα δεδομένων, τα 300 bps είναι υπεραρκετά. Επίσης, μην ξεχνάτε ότι ο πομπός λειτουργεί μόνο από περίπου. 4.8V, στη μελλοντική έκδοση 3.3V αυτό μπορεί να οδηγήσει σε ακόμη χειρότερη ποιότητα μετάδοσης (αποστολή δεδομένων μέσω τοίχων και άλλων εμποδίων). Αντιμετωπίζω ένα πρόβλημα με τη χρήση ενός Arduino Mega προσαρτημένου σε ένα Raspberry PI 2 που τροφοδοτεί το Mega από το PI, και δεν έλαβα καμία μετάδοση. Η λύση ήταν η τροφοδοσία του Mega από μια ξεχωριστή εξωτερική τροφοδοσία 12V.

Βήμα 8: Έκδοση 2 (Βασισμένο σε ESP32)

Όλα όσα μπορούν να σπάσουν θα σπάσουν για να αναφέρουν τον παλιό καλό Μέρφι και τελικά μετά από χρόνια οι σταθμοί απέτυχαν με μυστηριώδεις τρόπους. Το ένα άρχισε να στέλνει ανόητα ηλιακά δεδομένα που έφτασαν τις δεκάδες χιλιάδες, κάτι που είναι αδύνατο λόγω: Ο πίνακας Arduino περιέχει 6 κανάλια (8 κανάλια στο Mini και Nano, 16 στο Mega), 10-bit μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό. Αυτό σημαίνει ότι θα χαρτογραφήσει τάσεις εισόδου μεταξύ 0 και 5 βολτ σε ακέραιες τιμές μεταξύ 0 και 1023. Έτσι, μετά την αντικατάσταση του ραδιοφώνου, του LDR και του επαναπρογραμματισμού του Atmega 328P πολλές φορές εγκατέλειψα και αποφάσισα ότι ήρθε η ώρα για καινοτομία. Πάμε ESP32.

Ο πίνακας που χρησιμοποίησα ήταν: ESP32 WEMOS LOLIN32 Lite V1.0.0 Wifi & Bluetooth Card Rev1 MicroPython 4MB FLASH

wiki.wemos.cc/products:lolin32:lolin32_lit…

Μικροελεγκτής ESP-32

Τάση λειτουργίας 3.3V Digitalηφιακές ακίδες εισόδου/εξόδου 19 Αναλογικές ακίδες εισόδου 6 Ταχύτητα ρολογιού (Μέγιστο) 240Mhz Flash 4M bytes Μήκος 5mm Πλάτος 2.54mm Βάρος 4g

Το οποίο σε αντίθεση με το εικονιζόμενο δεν έχει το λογότυπο LOLIN (πλαστό από την Κίνα). Η πρώτη μου ευχάριστη έκπληξη ήταν ότι το pinout που τυπώθηκε στον πίνακα ταιριάζει με το pinout Arduino! Αφού ασχολήθηκα με τόσους πολλούς πίνακες noname όπου έπρεπε να ψάξω για pinouts όλη την ημέρα νεκρός κουρασμένος κάνοντας λάθη τελικά μια σανίδα όπου το pinout είναι κατευθείαν WoW!

Ωστόσο, εδώ είναι η σκοτεινή πλευρά της ιστορίας:

Αρχικά έχω συνδέσει το LDR με το A15 που είναι ο πείρος 12, επειδή ήταν πιο εύκολο να κολλήσω τις καρφίτσες μαζί. Στη συνέχεια, έχω 4095 αναγνώσεις (που είναι το μέγιστο που μπορείτε να πάρετε με το AnlogRead στο ESP32), το οποίο με έκανε να τρελαθώ γιατί ο λόγος που ξαναέχτισα τον σταθμό ήταν οι σπασμένες αναγνώσεις LDR από το παλιό (το DHT λειτουργούσε ακόμα καλά). Αποδεικνύεται λοιπόν ότι:

Το esp 32 ενσωματώνει δύο καταχωρητές ACD 12-bit. ADC1 με 8 κανάλια συνδεδεμένα με GPIO 32-39 και ADC2 με 10 κανάλια σε άλλες καρφίτσες. Το θέμα είναι ότι το ESP32 χρησιμοποιεί το ADC2 για τη διαχείριση λειτουργιών wifi, οπότε αν χρησιμοποιείτε Wifi, δεν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτό το μητρώο. Το API προγράμματος οδήγησης ADC υποστηρίζει ADC1 (8 κανάλια, προσαρτημένα σε GPIO 32 - 39) και ADC2 (10 κανάλια, προσαρτημένα σε GPIO 0, 2, 4, 12 - 15 και 25 - 27). Ωστόσο, η χρήση του ADC2 έχει ορισμένους περιορισμούς για την εφαρμογή:

Το ADC2 χρησιμοποιείται από το πρόγραμμα οδήγησης Wi-Fi. Επομένως, η εφαρμογή μπορεί να χρησιμοποιήσει ADC2 μόνο όταν δεν έχει ξεκινήσει το πρόγραμμα οδήγησης Wi-Fi. Ορισμένες από τις καρφίτσες ADC2 χρησιμοποιούνται ως καρφίτσες για δέσιμο (GPIO 0, 2, 15), επομένως δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ελεύθερα. Αυτό συμβαίνει στα ακόλουθα επίσημα κιτ ανάπτυξης:

Έτσι, η σύνδεση του LDR από το pin 12 στο A0, το οποίο είναι το VP, έλυσε τα πάντα, αλλά δεν καταλαβαίνω γιατί καταγράφουν ακόμη και τις ακίδες ADC2 ως διαθέσιμες για τους κατασκευαστές. Πόσοι άλλοι χομπιστές έχασαν τόνους χρόνου μέχρι να το καταλάβουν; Τουλάχιστον σημειώστε τις άχρηστες καρφίτσες με κόκκινο ή κάτι τέτοιο ή μην το αναφέρετε καθόλου στο εγχειρίδιο, ώστε οι άλλοι κατασκευαστές να μπορούν να τις μάθουν μόνο εάν τις χρειάζονται πραγματικά. Όλος ο σκοπός του ESP32 είναι να το χρησιμοποιήσει με WIFI, όλοι το χρησιμοποιούν με WIFI.

Μια καλή αρχή για το πώς να ρυθμίσετε το Arduino IDE για αυτόν τον πίνακα:

Αν και το έβαλα στον κώδικα εδώ πηγαίνει για άλλη μια φορά:

Αυτός ο κωδικός ενδέχεται να μην καταρτίζεται για άλλα μοντέλα ESP32 εκτός από το Weemos LOLIN 32!

Ρυθμίσεις κατασκευής: -Χρήση μεταφόρτωσης/σειριακού: 115200 -Χρήση CPU/ram: 240Mhz (Wifi | BT) -Χρήση συχνότητας φλας: 80 Mhz

Υπάρχουν τόνοι μετεωρολογικοί σταθμοί βασισμένοι σε ESP32 στο δίκτυο, είναι πολύ πιο κοινοί από ό, τι η έκδοση 1 μου με το τσιπ barebone επειδή είναι ευκολότερο να εγκατασταθούν, δεν χρειάζεται προγραμματιστής, απλώς συνδέστε τη συσκευή στο usb και προγραμματίστε την και τις η λειτουργία ύπνου είναι εξαιρετική για μεγάλο χρονικό διάστημα από μπαταρία. Αυτό ήταν το πρώτο πράγμα που δοκίμασα πριν από τη συγκόλληση στις ακίδες διάλυσης, καθώς όπως σημείωσα σε πολλά σημεία σε αυτό το έργο, το πιο σημαντικό είναι η κατανάλωση ενέργειας και με την τρέχουσα (ψεύτικη) μπαταρία και το μικρό ηλιακό πάνελ η κατάσταση αναμονής Η ισχύς δεν μπορεί πραγματικά να υπερβεί τα 1-2mA, διαφορετικά το έργο δεν θα είναι σε θέση να διατηρηθεί μακροπρόθεσμα.

Againταν μια ευχάριστη έκπληξη και πάλι ότι η λειτουργία βαθύ ύπνου λειτουργεί όπως διαφημίζεται. Κατά τη διάρκεια του βαθύ ύπνου το ρεύμα ήταν τόσο χαμηλό που το φτηνό μου πολύμετρο δεν μπορούσε καν να το μετρήσει (λειτουργεί για μένα).

Κατά την αποστολή δεδομένων, το ρεύμα ήταν περίπου 80mA (που είναι περίπου 5 φορές περισσότερο από όταν ξυπνούσε και εκπέμπει το Atmega 328P), ωστόσο μην ξεχνάτε ότι με το V1 υπήρχε μέση παροχή ισχύος 1mA στο LDR σε κατάσταση αναστολής λειτουργίας (το οποίο επίσης εξαρτάται από τα επίπεδα φωτός και πήγε από 0,5mA - 1mA) που έχει πλέον φύγει.

Τώρα που η μπαταρία UltraFire έχει αποσυνδεθεί εάν χρησιμοποιείτε την ίδια μπαταρία εδώ μπορείτε να περιμένετε:

Iavg = (Ton*Ion + Tsleep*Isleep) / (Ton + Tsleep)

Iavg = (2s*80mA + 300s*0.01mA) / (2s + 300s) Iavg = 0.5mA

Pavg = VxIavg = 5Vx0,5mA = 2,5 mW

Θεωρητικός

Διάρκεια μπαταρίας = 22000mWh/2.5mW = 8800 ώρες = 366 ημέρες περίπου

Πραγματικός

Διάρκεια μπαταρίας = 800mWh/2,5mW = 320 ώρες = 13 ημέρες περίπου

Δεν είχα περιθώριο για να μετρήσω με ακρίβεια την ώρα ενεργοποίησης, αλλά με τις τροποποιήσεις μου ξεπερνά περίπου 2 δευτερόλεπτα.

Δεν ήθελα να περάσω το απόγευμα στην προσαρμοσμένη κωδικοποίηση των πάντων, έτσι έψαξα για άλλους μετεωρολογικούς σταθμούς στο Instructables με βάση το ESP32 για να δω τι κάνουν για την αποθήκευση δεδομένων. Δυστυχώς παρατήρησα ότι χρησιμοποιούν ανελαστικούς και περιορισμένους ιστότοπους όπως το weathercloud. Δεδομένου ότι δεν είμαι οπαδός του "σύννεφου" και ο κώδικας τους έσπασε πολύ επειδή ο ιστότοπος άλλαξε το API του από τότε, πήρα 10 λεπτά για να κάνω μια προσαρμοσμένη λύση επειδή δεν είναι τόσο δύσκολο όσο νομίζει κανείς. Ας αρχίσουμε!

Πρώτα απ 'όλα, δεν υπάρχει εικόνα πίνακα κυκλωμάτων ξεχωριστά για αυτό το έργο, επειδή χρησιμοποιεί τα ίδια ακριβώς εξαρτήματα (συγγνώμη για αυτό που συγκολλήθηκαν στην άσχημη εικόνα του breadboard) με το V1 με τη διαφορά ότι όλα τρέχουν 3,3V. Το DHT συνδέθηκε με ένα pullup στο VCC, το LDR κατέβηκε με 10k. Το πρόβλημα που μπορεί κανείς να δει με τις μπαταρίες 18650 όπως η κινεζική μου ψεύτικη (6500 mAh ultra sun fire lol: D) είναι ότι ξεκινούν την καμπύλη εκφόρτισης από περίπου 4,1V νέα ηλικία και πηγαίνουν μέχρι να ξεκινήσει το κύκλωμα διακοπής τους για να σταματήσει η βλάβη των κυττάρων (όσοι έχουν την τύχη να το έχουν). Αυτό δεν είναι πουθενά καλό για εμάς ως είσοδος 3.3V. Παρόλο που αυτός ο πίνακας LOLIN διαθέτει σύνδεσμο μπαταρίας λιθίου και κύκλωμα φόρτισης σε αυτό το έργο, ήθελα να ανανεώσω ό, τι μπορούσα από τον παλιό σταθμό, οπότε με τον παλιό 18650 ΔΕΝ ΜΠΟΡΕΙΤΕ να χρησιμοποιήσετε αυτόν τον ενσωματωμένο φορτιστή. Η λύση ήταν απλή: Έκοψα ένα καλώδιο micro USB κολλημένο στο 5V από το παλιό ενισχυτή τάσης και το πρόβλημα voila λύθηκε, αφού ο πίνακας στο microUSB διαθέτει ρυθμιστή.

Έτσι, η διαφορά μεταξύ της παλιάς και της νέας έκδοσης που παρέχει στην παλιά μπαταρία 3.7V -> ενισχυμένη στα 5V -> ardu λειτουργεί σε 5V -> όλα τα εξαρτήματα τρέχουν σε 5V.

Στο νέο: η μπαταρία παρέχει 3,7V -> ενισχυμένη στα 5V -> ρυθμιζόμενη μέσω ενσωματωμένου reg στο ESP32 -> όλα τα εξαρτήματα λειτουργούν σε 3,3V.

Λογισμικά θα χρειαστούμε επίσης μια άλλη βιβλιοθήκη DHT, το DHT του Arduino δεν είναι συμβατό με το ESP. Αυτό που χρειαζόμαστε ονομάζεται DHT ESP.

Ξεκίνησα να βασίζω τον κωδικό μου γύρω από το παράδειγμα DHT, ο κωδικός αυτός παρέχεται. Η λειτουργία του κώδικα είναι:

1, Λάβετε τα περιβαλλοντικά δεδομένα από τα DHT + Ηλιακά δεδομένα από το φωτοκύτταρο

2, Σύνδεση σε wifi με στατική IP

3, ΑΠΟΣΤΟΛΗ των δεδομένων σε ένα σενάριο php

4, Πήγαινε για ύπνο για 10 λεπτά

Όπως θα παρατηρήσετε, συντόνισα τον κωδικό για αποτελεσματικότητα για να ελαχιστοποιήσω απόλυτα τον χρόνο αφύπνισης, καθώς αποφορτίζεται 5 φορές από την ισχύ από το παλιό έργο όταν ήταν ενεργοποιημένος. Πώς το έκανα αυτό; Πρώτα απ 'όλα εάν υπάρχει οποιοδήποτε είδος σφάλματος, η συνάρτηση getTemperature () θα επιστρέψει με ψευδές (που σημαίνει 10 λεπτά ύπνο ξανά). Αυτό μπορεί να είναι σαν να μην μπορεί να ξεκινήσει ο αισθητήρας DHT ή δεν είναι διαθέσιμη η σύνδεση wifi. Όπως παρατηρείτε τον συνηθισμένο βρόχο () για συνέχιση της προσπάθειας wifi για πάντα, επίσης αφαιρέθηκε, αλλά χρειάστηκε να μείνει 1 δευτερόλεπτο καθυστέρηση, διαφορετικά δεν θα συνδεθεί πάντα και εξαρτάται επίσης από τον τύπο AP, το φορτίο κλπ πόσο γρήγορα είναι θα συμβεί, με 0,5s πήρα ασυνεπή συμπεριφορά (μερικές φορές δεν μπορούσε να συνδεθεί). Αν κάποιος γνωρίζει καλύτερο τρόπο για να το κάνει αυτό, αφήστε το στα σχόλια. Μόνο όταν τα δεδομένα DHT διαβαστούν ΚΑΙ η σύνδεση wifi είναι ανοικτή, θα προσπαθήσει να δημοσιεύσει τα δεδομένα στο σενάριο στον διακομιστή ιστού. Όλες οι λειτουργίες σπατάλης χρόνου όπως οι Serial.println () είναι απενεργοποιημένες και στην κανονική λειτουργία. Ως διακομιστής, χρησιμοποιώ επίσης IP για να αποφύγω μια περιττή αναζήτηση DNS, στον κωδικό μου τόσο η προεπιλεγμένη πύλη όσο και ο διακομιστής dns έχουν οριστεί σε 0.0.0.0.

Δεν καταλαβαίνω γιατί είναι τόσο δύσκολο να δημιουργήσετε το δικό σας API όταν το μόνο που χρειάζεται είναι:

sprintf (απάντηση, "temp =%d & hum =%d & hi =%d & sol =%d", temp, hum, hi, sol);

int httpResponseCode = http. POST (απάντηση);

Βάζετε αυτόν τον μικρό κώδικα php σε οποιοδήποτε raspberry pi και μπορείτε να κάνετε εργασίες συστήματος () αμέσως με βάση την τηλεμετρία, όπως να ενεργοποιήσετε ανεμιστήρες ή να ανάψετε τα φώτα εάν σκοτεινιάσει αρκετά.

Μερικές σημειώσεις σχετικά με τον κώδικα:

WiFi.config (staticIP, gateway, subnet, dns); // ΠΡΕΠΕΙ να είναι αφότου αρχίσει το Wifi πόσο χαζός…

WiFi.mode (WIFI_STA); // ΠΡΕΠΕΙ διαφορετικά θα δημιουργήσει επίσης ένα ανεπιθύμητο AP

Ναι καλά τώρα ξέρεις. Επίσης, η σειρά των ρυθμίσεων IP μπορεί να αλλάξει μέσω πλατφορμών, δοκίμασα πρώτα άλλα παραδείγματα όπου άλλαξαν οι τιμές πύλης και υποδικτύου. Γιατί να ορίσετε στατική IP; Λοιπόν, είναι πολύ προφανές, εάν έχετε ένα ειδικό πλαίσιο στο δίκτυό σας, όπως ένας διακομιστής linux που εκτελεί isc dhcpd, δεν θέλετε εκατό εκατομμύρια καταχωρήσεις καταγραφής από όταν ξυπνήσει το ESP και λάβετε την IP από το DHCP. Οι δρομολογητές κανονικά δεν καταγράφουν συσχετισμούς, έτσι ώστε να παραμένουν αόρατοι. Αυτή είναι η τιμή της εξοικονόμησης ενέργειας.

Το V2 δεν μπόρεσε ποτέ να διατηρηθεί λόγω της κακής ποιότητας μπαταρίας και απλά το έβαλα σε προσαρμογέα, οπότε αν θέλετε να κατασκευάσετε είτε το V1 είτε το V2 ΜΗΝ αγοράσετε την αναφερόμενη μπαταρία, κάντε τη δική σας έρευνα για μπαταρίες (οποιαδήποτε 18650 η διαφημιστική ικανότητα άνω των 2000mAh στο Ebay είναι απάτη με μεγάλη πιθανότητα).