Komplette DIY Raspberry Pi Wetterstation mit Software - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Ende Februar sah ich diesen Beitrag auf der Raspberry Pi-Site.

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

Sie hatten Raspberry Pi-Wetterstationen für Schulen entwickelt. Ich wollte unbedingt einen! Aber zu diesem Zeitpunkt (und ich glaube immer noch, als ich dies schreibe) sind sie nicht öffentlich verfügbar (Sie müssen zu einer ausgewählten Gruppe von Testern gehören). Nun, ich wollte weiter und hatte keine Lust, Hunderte von Dollar für ein bestehendes System von Drittanbietern auszugeben.

Also, wie ein guter Instructable-Benutzer, beschloss ich, mein eigenes zu machen !!!

Ich habe ein wenig recherchiert und einige gute kommerzielle Systeme gefunden, auf denen ich meine aufbauen konnte. Ich habe einige gute Instructables gefunden, die bei einigen der Sensor- oder Raspberry PI-Konzepte helfen. Ich habe sogar diese Seite gefunden, die bezahlt wurde, sie mussten ein bestehendes Maplin-System abreißen:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Schneller Vorlauf ungefähr einen Monat und ich habe ein grundlegendes Arbeitssystem. Dies ist ein komplettes Raspberry Pi Weather-System mit nur der Raspberry Pi-Basishardware, Kamera und einigen verschiedenen analogen und digitalen Sensoren, um unsere Messungen durchzuführen. Keine vorgefertigten Anemometer oder Regenmesser kaufen, wir stellen unsere eigenen her! Hier sind seine Funktionen:

• Zeichnet Informationen in RRD und CSV auf, kann also manipuliert oder in andere Formate exportiert/importiert werden.
• Verwendet die Weather Underground API, um coole Informationen wie historische Hochs und Tiefs, Mondphasen und Sonnenaufgang/Sonnenuntergang zu erhalten.
• Verwendet die Raspberry Pi-Kamera, um einmal pro Minute ein Bild aufzunehmen (Sie können sie dann verwenden, um Zeitraffer zu machen).
• Verfügt über Webseiten, die die Daten für die aktuellen Bedingungen und einige historische (letzte Stunde, Tag, 7 Tage, Monat, Jahr) anzeigen. Das Thema der Website ändert sich mit der Tageszeit (4 Optionen: Sonnenaufgang, Sonnenuntergang, Tag und Nacht).

Die gesamte Software zum Aufzeichnen und Anzeigen der Informationen befindet sich in einem Github, ich habe sogar einige Fehlerverfolgungen und Funktionsanfragen dort durchgeführt:

github.com/kmkingsbury/raspberrypi-weather…

Dieses Projekt war eine großartige Lernerfahrung für mich, ich konnte wirklich in die Fähigkeiten des Raspberry Pi eintauchen, insbesondere mit dem GPIO, und ich habe auch einige Lernschwierigkeiten erreicht. Ich hoffe, Sie, der Leser, können aus einigen meiner Prüfungen und Schwierigkeiten lernen.

Schritt 1: Materialien

Elektronik:

• 9 Reedschalter (8 für die Windrichtung, 1 für den Regenmesser, optional 1 für die Windgeschwindigkeit anstelle eines Hallsensors), ich habe diese verwendet:
• 1 Hall-Sensor (für die Windgeschwindigkeit, Anemometer genannt) -
• Temperatur (https://amzn.to/2RIHf6H)
• Feuchtigkeit (viele Feuchtigkeitssensoren kommen mit einem Temperatursensor), ich habe das DHT11 verwendet:
• Druck (der BMP wurde auch mit einem Temperatursensor geliefert), ich habe den BMP180 verwendet, https://www.adafruit.com/product/1603, dieses Produkt wird jetzt eingestellt, aber es gibt ein Äquivalent mit dem BMP280 (https://amzn.to/2E8nmhi)
• Fotowiderstand (https://amzn.to/2seQFwd)
• GPS-Chip oder USB-GPS (https://amzn.to/36tZZv3).
• 4 starke Magnete (2 für Windmesser, 1 für Richtung, 1 für Regenmesser), ich habe die Seltenerd-Magnete verwendet, sehr zu empfehlen) (https://amzn.to/2LHBoKZ).
• Eine Handvoll verschiedener Widerstände habe ich dieses Paket, das sich im Laufe der Zeit als äußerst praktisch erwiesen hat:

• MCP3008 - um analoge in digitale Eingänge für den Raspberry Pi umzuwandeln -

Hardware

• Raspberry Pi - Ich habe den 2 ursprünglich mit einem Wireless-Adapter verwendet, jetzt bekomme ich auch das 3 B+-Kit mit Netzteil. (https://amzn.to/2P76Mop)
• Pi-Kamera
• Ein solides 5V-Netzteil (das stellte sich als schmerzhaft nervig heraus, ich habe mir irgendwann das Adafruit-Netzteil geholt, sonst zieht die Kamera zu viel Saft und kann/wird den Pi aufhängen, den gibt es hier: https://www.adafruit.com/products /501)

Materialien:

• 2 Axiallager (oder Skateboard- oder Rollschuhlager funktionieren auch), ich habe diese bei Amazon:
• 2 wasserdichte Gehäuse (ich habe ein elektrisches Gehäuse aus dem örtlichen Big-Box-Laden verwendet), spielt keine große Rolle, ich muss nur ein Gehäuse von guter Größe finden, das genügend Platz bietet und alles schützt).
• Einige PVC-Rohr- und Endkappen (verschiedene Größen).
• PVC-Halterungen
• Paar dünne Plexiglasplatten (nichts Besonderes).
• Abstandshalter aus Kunststoff
• Minischrauben (ich habe # 4 Schrauben und Muttern verwendet).
• 2 Plastik-Weihnachtsbaumschmuck - verwendet für den Windmesser, ich habe meinen in der örtlichen Hobby-Lobby bekommen.
• Kleiner Dübel
• Kleines Stück Sperrholz.

Werkzeuge:

• Dremel
• Klebepistole
• Lötkolben
• Multimeter
• Bohren

Schritt 2: Hauptgehäuse - Pi, GPS, Kamera, Licht

Das Hauptgehäuse beherbergt den PI, die Kamera, das GPS und den Lichtsensor. Es ist wasserdicht, da es alle kritischen Komponenten beherbergt, die Messungen vom entfernten Gehäuse aus erfolgen und dieses so konzipiert ist, dass es den Elementen ausgesetzt / offen ist.

Schritte:

Wählen Sie ein Gehäuse aus, ich habe eine elektrische Anschlussdose verwendet, verschiedene Projektboxen und wasserdichte Gehäuse funktionieren genauso gut. Der entscheidende Punkt ist, dass es genug Platz hat, um alles zu halten.

Meine Anlage enthält:

• Der Himbeer-Pi (auf Abstandshaltern) - Benötigt einen WIFI-Chip, möchte nicht Cat5e in den Hinterhof laufen lassen!
• Die Kamera (auch auf Abstandshaltern)
• Der GPS-Chip, angeschlossen über USB (mit einem Sparkfun-FTDI-Kabel: https://www.sparkfun.com/products/9718) - Das GPS liefert Breiten- und Längengrade, was schön ist, aber noch wichtiger, ich kann die genaue Zeit von das GPS!
• zwei Ethernet/Cat 5-Buchsen, um das Hauptgehäuse mit dem anderen Gehäuse zu verbinden, das die anderen Sensoren beherbergt. Dies war nur eine bequeme Möglichkeit, Kabel zwischen den beiden Boxen zu führen. Ich habe ungefähr 12 Drähte und die beiden Cat5 bieten 16 mögliche Verbindungen, sodass ich Platz zum Erweitern / Ändern habe.

An der Vorderseite meines Gehäuses befindet sich ein Fenster, aus dem die Kamera herausschauen kann. Das Gehäuse mit diesem Fenster schützt die Kamera, aber ich hatte Probleme, bei denen die rote LED an der Kamera (wenn sie ein Foto aufnimmt) vom Plexiglas reflektiert und auf dem Foto angezeigt wird. Ich habe schwarzes Klebeband verwendet, um dies zu mildern und es (und andere LEDs von Pi und GPS) zu blockieren, aber es ist noch nicht 100%.

Schritt 3: 'Remote Enclosure' für Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck

Hier habe ich die Temperatur-, Feuchtigkeits- und Drucksensoren sowie die "Anschlüsse" für den Regenmesser, Windrichtungs- und Windgeschwindigkeitssensor gespeichert.

Es ist alles ganz einfach, Pins hier verbinden sich über die Ethernet-Kabel mit den benötigten Pins am Raspberry Pi.

Ich habe versucht, digitale Sensoren zu verwenden, wo ich konnte, und dann werden alle analogen zum MCP 3008 hinzugefügt. Es dauert bis zu 8 analoge, was für meine Bedürfnisse mehr als genug war, aber Raum für Verbesserungen / Erweiterungen bietet.

Dieses Gehäuse ist zur Luft hin offen (es muss für genaue Temperatur, Feuchtigkeit und Druck sorgen). Die unteren Löcher sind herausgesprungen, also habe ich einige der Schaltkreise mit einem Silikon-Conformal-Coating-Spray besprüht (Sie können es online oder an einem Ort wie Fry's Electronics bekommen). Hoffentlich sollte es das Metall vor Feuchtigkeit schützen, obwohl Sie vorsichtig sein müssen und es nicht für einige der Sensoren verwenden.

An der Oberseite des Gehäuses sitzt auch der Windgeschwindigkeitssensor. Es war ein Wurf, ich hätte die Windgeschwindigkeit oder Windrichtung oben drauf setzen können, ich sah keine großen Vorteile des einen gegenüber dem anderen. Insgesamt möchten Sie, dass beide Sensoren (Windrichtung und Geschwindigkeit) hoch genug sind, damit Gebäude, Zäune und Hindernisse die Messungen nicht stören.

Schritt 4: Regenmesser

Ich folgte meistens diesem anweisbaren, um das eigentliche Messgerät zu machen:

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

Ich habe das aus Plexiglas gemacht, damit ich sehen konnte, was los war, und ich dachte, es wäre cool. Insgesamt hat das Plexiglas gut funktioniert, aber in Kombination mit Gluegun, Gummidichtung und dem gesamten Schneiden und Bohren sieht es auch mit der Schutzfolie nicht so makellos aus.

Wichtige Punkte:

• Der Sensor ist ein einfacher Reed-Schalter und Magnet, der wie ein Knopfdruck im RaspberryPi-Code behandelt wird, ich zähle einfach Eimer über die Zeit und mache dann die Umrechnung später in "Zoll Regen".
• Machen Sie es groß genug, um genug Wasser zum Kippen zu halten, aber nicht so viel, dass es viel braucht, um zu kippen. In meinem ersten Durchgang habe ich jedes Tablett nicht groß genug gemacht, damit es sich füllt und über den Rand abtropft, bevor es umkippt.
• Ich habe auch festgestellt, dass Restwasser der Messung einen Fehler hinzufügen kann. Das heißt, vollständig trocken brauchte es X Tropfen, um eine Seite zu füllen und zu kippen, sobald es nass war, brauchte es Y Tropfen (was weniger als X ist), um eine Seite zu füllen und zu kippen. Keine große Menge, aber beim Versuch, zu kalibrieren und eine gute Messung von "1 Last entspricht wie viel" zu erhalten, wirkte sich dies aus.
• Balancieren Sie es aus, Sie können betrügen, indem Sie den unteren Enden Klebepistolenkleber hinzufügen, wenn eine Seite erheblich schwerer ist als die andere, aber Sie müssen es so gut wie möglich ausbalancieren.
• Sie können auf dem Foto sehen, dass ich einen kleinen Teststand mit einigen Schwämmen und einem Holzhalter eingerichtet habe, um ihn vor der Installation zu testen und richtig auszubalancieren.

Schritt 5: Windrichtung

Dies war eine einfache Wetterfahne. Ich habe die Elektronik auf dem Maplin-System basiert:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Wichtige Punkte:

Dies ist ein analoger Sensor. Die acht Reedschalter in Kombination mit verschiedenen Widerständen teilen den Ausgang in Stücke auf, damit ich anhand des Werts erkennen kann, in welcher Koordinate sich der Sensor befindet. (Das Konzept wird in diesem anweisbaren erklärt:

• Nach dem Anschrauben des Wetterfahnenteils müssen Sie es so kalibrieren, dass "diese Richtung nach Norden zeigt".
• Ich habe einen Prüfstand mit Holz gebaut, damit ich Widerstände, die für mich den gesamten Wertebereich abdecken, einfach ein- und ausschalten konnte, das war super hilfreich!
• Ich habe ein Axiallager verwendet, es hat gut geklappt, ich bin mir sicher, ein normales Skateboard- oder Rollschuhlager wäre genauso gut gewesen.

Schritt 6: Windgeschwindigkeit

Dieser wandte ich mich wieder an die Instructable-Community und fand und folgte diesem instructable:

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

Wichtige Punkte:

• Sie können auch den Hallsensor verwenden oder auf einen Reedsensor umschalten. Der Hall-Sensor ist eher ein analoger Sensor. Wenn Sie ihn also digital verwenden, z.
• Die Größe der Tasse ist entscheidend, ebenso die Länge des Sticks! Ursprünglich habe ich Tischtennisbälle verwendet und sie waren viel zu klein. Ich habe sie auch auf lange Stöcke gelegt, was auch nicht funktioniert hat. Ich war sehr frustriert und stieß dann auf dieses anweisbare, Ptorelli hat großartige Arbeit geleistet und es hat mir geholfen, als mein ursprüngliches Design nicht so gut funktionierte.

Schritt 7: Software

Software ist in Python geschrieben, um die Daten der Sensoren aufzuzeichnen. Ich habe einige andere Git-Bibliotheken von Drittanbietern von Adafruit und anderen verwendet, um die Informationen von den Sensoren und dem GPS zu erhalten. Es gibt auch einige Cron-Jobs, die auch einige der API-Informationen abrufen. Das meiste wird in der Git-Dokumentation unter docs/install_notes.txt erklärt/umrissen

Die Websoftware ist in PHP, um sie auf der Webseite anzuzeigen, während sie auch YAML für die Konfigurationsdateien und natürlich das RRD-Tool verwendet, um die Daten zu speichern und grafisch darzustellen.

Es verwendet die Weather Underground API, um einige der interessanten Daten zu erhalten, die Sensoren nicht abrufen können: Zeichnen Sie Hi's and Lows, Mondphase, Sonnenuntergang und Sonnenaufgang auf. aber ich lebe in Austin TX, das sehr weit vom Wasser entfernt ist.

All dies ist auf Github verfügbar und wird aktiv gepflegt und derzeit verwendet, während ich mein eigenes System weiter verfeinere und kalibriere, sodass Sie auch Funktionsanfragen und Fehlerberichte einreichen können.

Die Software durchläuft je nach Tageszeit einen Themenwechsel, es gibt 4 Stufen. Wenn die aktuelle Zeit + oder - 2 Stunden von Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang entfernt ist, erhalten Sie die Themen Sonnenaufgang bzw. Sonnenuntergang (im Moment nur ein anderer Hintergrund, ich werde wahrscheinlich in Zukunft andere Schriftarten / Rahmenfarben verwenden). Ebenfalls außerhalb dieser Bereiche gibt es das Tag- oder Nachtthema.

Danke fürs Lesen. Wenn Sie mehr Fotos und Videos meiner Projekte sehen möchten, besuchen Sie meinen Instagram- und YouTube-Kanal.

Dritter Preis im Pi/e Day Contest