Raspberry Pi Solar-Wetterstation - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Angeregt durch die Fertigstellung meiner beiden vorherigen Projekte, der Kompaktkamera und der tragbaren Spielekonsole, wollte ich eine neue Herausforderung finden. Die natürliche Weiterentwicklung war ein Outdoor-Remote-System…

Ich wollte eine Raspberry Pi-Wetterstation bauen, die sich netzunabhängig versorgen und mir die Ergebnisse über eine drahtlose Verbindung von überall aus senden kann! Dieses Projekt hatte wirklich seine Herausforderungen, aber zum Glück ist die Stromversorgung des Raspberry Pi eine der Hauptherausforderungen, die durch die Verwendung des PiJuice als Stromversorgung mit seiner zusätzlichen Solarunterstützung (komplett mit unserer revolutionären PiAnywhere-Technologie – der beste Weg zu nehmen Sie Ihren Pi vom Netz!).

Mein erster Gedanke war, das fantastische AirPi-Modul zum Ablesen zu verwenden. Dies hatte jedoch zwei Hauptnachteile; Es erfordert eine direkte Internetverbindung, um die Ergebnisse hochzuladen, und es muss direkt mit dem GPIO auf dem Pi verbunden werden, was bedeutet, dass es nicht der Luft ausgesetzt werden kann, ohne auch den Raspberry Pi auszusetzen (nicht ideal, wenn wir diese Wetterstation wollen beliebig lange halten).

Die Lösung… baue mein eigenes Sensormodul! Mit einem Großteil des AirPi als Inspiration konnte ich einen sehr einfachen Prototyp mit einigen Sensoren zusammenstellen, die ich bereits hatte; Temperatur, Feuchtigkeit, Lichtstärke und allgemeine Gase. Und das Tolle daran ist, dass Sie jederzeit ganz einfach weitere Sensoren hinzufügen können.

Ich habe mich vor allem aufgrund des geringen Stromverbrauchs für einen Raspberry Pi a+ entschieden. Um mir die Ergebnisse zu senden, habe ich das EFCom Pro GPRS/GSM-Modul verwendet, das eine SMS mit den Ergebnissen direkt an mein Mobiltelefon senden kann! Ziemlich ordentlich oder?

Ich freue mich über alle Ideen, die Sie für andere großartige Solar- oder tragbare Projekte haben. Lass es mich in den Kommentaren wissen und ich werde mein Bestes tun, um ein Tutorial zu erstellen!

Schritt 1: Teile

1 x PiJuice + Solarpanel (komplett mit unserer revolutionären PiAnywhere-Technologie – der beste Weg, um Ihren Pi vom Netz zu nehmen!)

1 x Raspberry Pi a+

1 x EFCom Pro GPRS/GSM-Modul

1 x Sim-Karte

1 x Brotbrett

Protoboard

1 x MCP3008 ADC

1 x LDR

1 x LM35 (Temperatursensor)

1 x DHT22 (Feuchtigkeitssensor)

1 x TGS2600 Allgemeiner Luftqualitätssensor

1 x 2,2 kΩ Widerstand

1 x 22 KΩ Widerstand

1 x 10 KΩ Widerstand

10 x Buchse - Buchse Überbrückungsdrähte

Sortiment an Einzeldraht

1 x Einzel-Outdoor-Anschlussdose

1 x Doppel-Outdoor-Anschlussdose

1 x wasserdichter Kabelanschluss

2 x 20 mm halb blinde Kabeldurchführungen

Schritt 2: Sensorschaltung

Es gibt einige verschiedene Elemente in diesem Projekt, daher ist es am besten, alles in Schritten zu machen. Zuerst werde ich durchgehen, wie man die Sensorschaltung zusammenbaut.

Es ist eine gute Idee, dies zuerst auf einem Steckbrett zu bauen, nur für den Fall, dass Sie Fehler machen, habe ich einen Schaltplan und Schritt-für-Schritt-Bilder eingefügt, auf die verwiesen werden kann.

1. Die erste Komponente, die verkabelt wird, ist dieser Analog-Digital-Wandler MCP3008. Dieser kann bis zu 8 analoge Eingänge aufnehmen und kommuniziert über SPI mit dem Raspberry Pi. Mit dem Chip nach oben und dem Halbkreis am am weitesten von Ihnen entfernten Ende werden die Pins auf der rechten Seite alle mit dem Raspberry Pi verbunden. Schließen Sie sie wie gezeigt an. Wenn Sie mehr über die Funktionsweise des Chips erfahren möchten, finden Sie hier eine großartige Anleitung zum MCP3008 und zum SPI-Protokoll.
2. Die Pins auf der linken Seite sind die 8 analogen Eingänge, nummeriert von 0-7 von oben nach unten. Wir werden nur die ersten 3 (CH0, CH1, CH2) für den LDR, den allgemeinen Gassensor (TGS2600) und den Temperatursensor (LM35) verwenden. Schließen Sie zuerst den LDR wie in der Abbildung gezeigt an. Eine Seite an Masse und die andere an 3,3V über einen 2,2KΩ Widerstand und CH0.
3. Als nächstes schließen Sie den „allgemeinen Gassensor“an. Dieser Gassensor wird zur Detektion von Luftverunreinigungen wie Wasserstoff und Kohlenmonoxid verwendet. Ich habe noch nicht herausgefunden, wie man bestimmte Konzentrationen erhält, daher ist das Ergebnis dieses Sensors im Moment ein grundlegender Prozentwert, bei dem 100% vollständig gesättigt sind. Mit dem Sensor nach oben (Stifte an der Unterseite) ist der Stift direkt rechts vom kleinen Aufschluss Stift 1 und dann erhöhen sich die Zahlen im Uhrzeigersinn um den Stift herum. Pins 1 und 2 sind also mit 5V verbunden, Pin 3 ist über einen 22KΩ-Widerstand mit CH1 und Masse verbunden und Pin4 ist direkt mit Masse verbunden.
4. Der letzte anzuschließende analoge Sensor ist der Temperatursensor LM35. Dieser hat 3 Pins. Nehmen Sie den Sensor so, dass die flache Seite Ihnen am nächsten ist, der am weitesten links liegende Pin ist direkt mit 5 V verbunden (im Diagramm nicht markiert, mein Fehler!), der mittlere Pin ist mit CH2 verbunden und der rechte Pin ist direkt mit Masse verbunden. Einfach!
5. Die letzte anzuschließende Komponente ist der Feuchtigkeitssensor DHT22. Dies ist ein digitaler Sensor, der direkt an den Raspberry Pi angeschlossen werden kann. Nehmen Sie den Sensor mit dem Gitter zu Ihnen und den vier Stiften auf der Unterseite. Pins werden von 1 auf der linken Seite bestellt. Schließen Sie 1 bis 3,3 V an. Pin 2 geht über einen 10KΩ Widerstand zu GPIO4 und 3,3V. Lassen Sie Pin 3 getrennt und Pin 4 geht direkt auf Masse.

Das ist es! Die Testschaltung ist gebaut. Ich hoffe, weitere Komponenten hinzuzufügen, wenn ich die Zeit habe. Ich würde gerne einen Drucksensor, einen Windgeschwindigkeitssensor hinzufügen und würde gerne intelligentere Daten zu Gaskonzentrationen erhalten.

Schritt 3: GSM-Modul

Nachdem nun die Sensorschaltkreise gebaut wurden, muss es eine Möglichkeit geben, die Ergebnisse zu empfangen. Hier kommt das GSM-Modul ins Spiel. Damit senden wir die Ergebnisse einmal täglich per SMS über das Mobilfunknetz.

Das GSM-Modul kommuniziert über UART seriell mit dem Raspberry Pi. Hier sind einige großartige Informationen zur seriellen Kommunikation mit dem Raspberry Pi. Um die Kontrolle über den seriellen Port des Pi zu übernehmen, müssen wir zuerst einige Konfigurationen vornehmen.

Starten Sie Ihren Raspberry Pi mit einem Standard-Raspbian-Image. Ändern Sie nun die Datei "/boot/cmdline.txt" von:

"dwc_otg.lpm_enable=0 console=ttyAMA0, 115200 kgdboc=ttyAMA0, 115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 Aufzug=Deadline rootwait"

zu:

"dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 Aufzug=Deadline rootwait"

indem Sie den unterstrichenen Textabschnitt entfernen.

Zweitens müssen Sie die Datei "/etc/inittab" bearbeiten, indem Sie die zweite Zeile im folgenden Abschnitt auskommentieren:

#Spawn a Getty auf der seriellen Leitung des Raspberry PiT0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100"

Damit es lautet:

#Spawn a Getty auf der seriellen Leitung des Raspberry Pi#T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100

und starte den Pi neu. Jetzt sollte der serielle Port frei sein, mit dem Sie nach Belieben kommunizieren können. Es ist Zeit, das GSM-Modul zu verkabeln. Sehen Sie sich den Schaltplan im vorherigen Schritt und die obigen Bilder an, um zu sehen, wie dies geschieht. Grundsätzlich ist TX mit RX verbunden und RX ist mit TX verbunden. Auf dem Raspberry Pi sind TX und RX GPIO 14 bzw. 15.

Jetzt möchten Sie wahrscheinlich überprüfen, ob das Modul funktioniert. Versuchen Sie also, einen Text zu senden! Dazu müssen Sie Minicom herunterladen. Es ist ein Programm, mit dem Sie auf die serielle Schnittstelle schreiben können. Verwenden:

"sudo apt-get install minicom"

Nach der Installation kann minicom mit folgendem Befehl geöffnet werden:

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

9600 ist die Baudrate und /dev/ttyAMA0 ist der Name des seriellen Ports des Pi. Dadurch wird ein Terminal-Emulator geöffnet, in dem alles, was Sie schreiben, auf der seriellen Schnittstelle erscheint, d. h. an das GSM-Modul gesendet wird.

Legen Sie Ihre aufgeladene SIM-Karte in das GSM-Modul ein und drücken Sie den Netzschalter. Danach sollte eine blaue LED aufleuchten. Das GSM-Modul verwendet den AT-Befehlssatz, hier ist die Dokumentation, wenn Sie wirklich interessiert sind. Nun prüfen wir mit folgendem Befehl, ob Raspberry Pi das Modul erkannt hat:

"BEI"

das Modul sollte dann antworten mit:

"OK"

Groß! Dann müssen wir das Modul so konfigurieren, dass eine SMS als Text statt als Binär gesendet wird:

"AT+CMGF = 1"

wieder sollte die Antwort "OK" sein. Jetzt schreiben wir den Befehl zum Senden einer SMS:

"AT+CMGS= "44************* "", ersetzen Sie die Sterne durch Ihre Zahl.

Das Modem antwortet mit ">" woraufhin Sie Ihre Nachricht schreiben können. Um die Nachricht zu senden, drücken Sie. Das war's, und mit etwas Glück haben Sie gerade einen Text direkt von Ihrem Raspberry Pi erhalten.

Nun, da wir wissen, dass das GSM-Modul funktioniert, können Sie minicom schließen. Wir werden es für den Rest des Projekts nicht brauchen.

Schritt 4: Laden Sie die Software und den Probelauf herunter

Zu diesem Zeitpunkt sollte alles verkabelt und bereit sein, für einen Trockenlauf zu testen. Ich habe ein ziemlich einfaches Python-Programm geschrieben, das Messwerte von jedem Sensor erfasst und die Ergebnisse dann an Ihr Mobiltelefon sendet. Sie können das gesamte Programm von der PiJuice Github-Seite herunterladen. Jetzt könnte auch ein guter Zeitpunkt sein, das PiJuice-Modul zu testen. Es wird einfach in den GPIO des Raspberry Pi eingesteckt, alle mit dem Pi verbundenen Drähte werden einfach direkt in die entsprechenden Pin-Ausgänge des PiJuice gesteckt. Einfach wie Pi. Um den Code herunterzuladen, verwenden Sie den Befehl:

git-Klon

Dies ist so eingerichtet, dass einmal täglich Daten gesendet werden. Für Testzwecke ist dies nicht so toll, daher sollten Sie das Programm möglicherweise bearbeiten. Dies ist leicht zu bewerkstelligen; öffne einfach die Datei; "sudo nano-wetterstation.py". Oben befindet sich ein Abschnitt "Verzögerung einstellen". Kommentieren Sie die Zeile "delay=86400" aus und kommentieren Sie "delay=5". Jetzt werden die Ergebnisse alle 5 Sekunden gesendet. Sie möchten das Programm auch so ändern, dass es Ihre eigene Handynummer enthält. Finden Sie heraus, wo "+44***********" steht und ersetzen Sie die Sterne durch Ihre eigene Nummer.

Bevor Sie das Programm ausführen, müssen Sie nur eine Bibliothek zum Auslesen des DHT22-Feuchtesensors herunterladen:

git-Klon

Und die Bibliothek muss installiert werden:

"cd Adafruit_Python_DHT"

"sudo apt-get update"

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

"sudo python setup.py installieren"

Cool, jetzt können Sie das Programm testen.

"sudo python wetterstation.py"

Während das Programm läuft, sollten die Ergebnisse alle 5 Sekunden auf Ihr Handy gesendet, aber auch im Terminal ausgedruckt werden.

Schritt 5: Bauen Sie die Schaltung auf

Jetzt, wo alles in der Praxis funktioniert, ist es an der Zeit, das echte Ding zu bauen. Die Bilder zeigen die allgemeine Idee, wie die gesamte Einheit zusammenpasst. Es gibt zwei separate Wohneinheiten; eine für die Sensorschaltung (die Löcher hat, damit die Luft im Inneren zirkulieren kann) und eine für den Raspberry Pi, die GPRS-Einheit und PiJuice (völlig wasserdicht). Das Solarpanel wird mit einer wasserdichten Verbindung mit der Recheneinheit verdrahtet. Die beiden Einheiten lassen sich dann leicht abnehmen, so dass entweder das Sensorgehäuse oder das Rechengehäuse entfernt werden kann, ohne die gesamte Einheit demontieren zu müssen. Dies ist großartig, wenn Sie weitere Sensoren hinzufügen möchten oder wenn Sie Ihren Raspberry Pi oder PiJuice für ein anderes Projekt benötigen.

Sie müssen das Protoboard brechen, um in die kleinere der beiden Anschlussdosen zu passen. Hier ist die Sensorschaltung untergebracht. Die Sensorschaltung wird nun vom Steckbrett auf das Protoboard übertragen. Jetzt müssen Sie etwas löten. Stellen Sie sicher, dass Sie mit einem Lötkolben sicher vertraut sind. Wenn Sie sich nicht sicher sind, bitten Sie einen kompetenten Löter um Hilfe.

Vielen Dank an Patrick im Labor hier drüben, der mich davor bewahrt hat, einen richtigen Hash aus dieser Schaltung zu machen. Er hat es innerhalb von Minuten geschafft, es zusammenzuklopfen! Wenn Sie, wie ich, nicht der Beste beim Bauen von Schaltungen sind und kein Genie wie Patrick bereit ist, Ihnen zu helfen, dann können Sie die Schaltung immer auf einem Steckbrett belassen, solange sie in Ihren Stromkasten passt.

Schritt 6: Vorbereiten der Wohneinheiten

In diesem Teil wird es richtig lustig. Vielleicht haben Sie die Ringe auf jeder Schachtel bemerkt. Diese sind so konzipiert, dass sie ausgeschlagen werden können, damit Kästen zu Abzweigungen für die Elektrik werden können. Wir verwenden sie als Verbindung zwischen der Sensoreinheit und der Recheneinheit, zum Anschluss an das Solarpanel und auch als Belüftung für die Sensoreinheit, um die Luftzirkulation zu ermöglichen.

Schlagen Sie zuerst ein Loch an jeder Box für die Verbindung zwischen den beiden aus, wie auf den Bildern zu sehen. Das Ausschlagen der Löcher kann schwierig sein, aber eine raue Kante spielt keine Rolle. Ich fand die beste Methode, einen Schraubendreher zu verwenden, um zuerst den eingekerbten Ring um jedes Loch herum zu durchbohren und ihn dann wie einen Farbdosendeckel abzuhebeln. Der wasserdichte Kabelstecker wird dann verwendet, um die beiden Boxen zu verbinden.

Dann müssen Sie ein weiteres Loch in das Computergehäuse für den Solarpaneldraht bohren. Dieses Loch wird dann mit einer Ihrer halbblinden Kabeldurchführungen verschlossen. Bevor Sie die Tülle einsetzen, stechen Sie ein Loch hinein, damit das Kabel hindurchgehen kann. Dieser muss so klein wie möglich sein, um ihn wasserdicht zu halten, und dann das Micro-USB-Ende durch das Loch schieben (dies ist das Ende, das mit dem PiJuice verbunden ist).

Schließlich muss ein zusätzliches Loch in der Sensoreinheit gemacht werden, um Luft ein- und auszulassen. Ich habe mich für das ganze direkt gegenüber der Kreuzung zwischen den beiden Boxen entschieden. Es kann erforderlich sein, ein zweites Loch hinzuzufügen. Ich denke, wir werden es nach einiger Zeit mit der Wetterstation herausfinden.

Schritt 7: Verdrahten und Fertigstellen der Wetterstation

Richtig, fast da. Der letzte Schritt ist, alles zu verkabeln.

Angefangen bei der Recheneinheit. In dieser Box haben wir den Raspberry Pi, den PiJuice, der an den Raspberry Pi GPIO angeschlossen wird, und das GSM-Modul, das über weibliche zu weibliche Überbrückungsdrähte an den GPIO-Breakout am PiJuice angeschlossen wird. Schön und gemütlich! Zu diesem Zeitpunkt würde ich wahrscheinlich empfehlen, eine Art Versiegelung um den Einstiegspunkt für das USB-Kabel für das Solarpanel zu legen. Eine Art Harz oder Sekundenkleber würde wahrscheinlich funktionieren.

Gehen Sie dann auf die Sensoreinheit. Auf dem Foto sind die Drähte von oben nach unten; Grau, Weiß, Lila und Blau sind die SPI-Datenleitungen, Schwarz ist Masse, Orange ist 3,3 V, Rot ist 5 V und Grün ist GPIO 4. Sie müssen Überbrückungsdrähte finden, um diese anzuschließen und sie dann durch das wasserdichte Kabel zu führen Stecker wie auf den Fotos zu sehen. Dann kann jeder Draht mit dem entsprechenden GPIO verbunden und der Stecker festgezogen werden. In diesem Stadium ist leicht zu erkennen, wie das Design verbessert werden könnte; der LDR wird nicht viel Licht ausgesetzt (obwohl es immer noch nützlich sein kann, relative Werte zu kennen und ein zusätzliches Loch auszuschlagen könnte helfen), ich denke, es wäre besser, die gleiche Größe wie die Recheneinheit zu verwenden Box auch für die Sensoreinheit, dann wäre es einfacher, die Platine in die Box zu passen und es wäre Platz zum Spielen mit verschiedenen Anordnungen.

Ich habe es jetzt im Garten aufgestellt, wie auf den Fotos zu sehen ist. Hoffentlich kann ich in den nächsten Tagen auch ein paar Ergebnisse posten! Und wie ich schon sagte, wenn du Ideen für coole Projekte hast, lass es mich wissen!