Dokončajte DIY Raspberry Pi vremensko postajo s programsko opremo: 7 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Konec februarja sem to objavo videl na spletnem mestu Raspberry Pi.

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

Ustvarili so vremenske postaje Raspberry Pi za šole. Popolnoma sem si ga želel! Toda v tistem času (in verjamem, da še vedno, ko to pišem) niso javno dostopni (morate biti v izbrani skupini preizkuševalcev). No, hotel sem in ni mi bilo do tega, da bi za obstoječ sistem tretjih oseb prodal na stotine dolarjev.

Tako sem se kot dober uporabnik Instructable odločil, da naredim svojega !!!

Malo sem raziskal in našel nekaj dobrih komercialnih sistemov, na katerih bi lahko zasnoval svojega. Našel sem nekaj dobrih navodil za pomoč pri nekaterih konceptih senzorja ali maline PI. Našel sem celo to spletno mesto, ki je bilo plačljivo, saj so morali porušiti obstoječi sistem Maplin:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Hitro naprej približno en mesec in imam osnovni delovni sistem. To je popoln sistem Raspberry Pi Weather, ki vsebuje samo osnovno strojno opremo Raspberry Pi, kamero in nekaj različnih analognih in digitalnih senzorjev za meritve. Brez nakupa že izdelanih anemometrov ali merilnikov dežja, izdelujemo jih sami! Tu so njegove lastnosti:

• Zapisuje podatke v RRD in CSV, zato jih je mogoče manipulirati ali izvoziti/uvoziti v druge formate.
• Uporablja API Weather Underground API za pridobivanje kul informacij, kot so zgodovinski vzponi in padci, faze lune ter sončni vzhod/zahod.
• Uporablja kamero Raspberry Pi za fotografiranje enkrat na minuto (nato jih lahko uporabite za zamike časa).
• Ima spletne strani, ki prikazujejo podatke o trenutnih razmerah in nekaterih zgodovinskih podatkih (zadnja ura, dan, 7 dni, mesec, leto). Tema spletnega mesta se spreminja s časom dneva (4 možnosti: sončni vzhod, sončni zahod, dan in noč).

Vsa programska oprema za snemanje in prikazovanje informacij je v Githubu, tam sem naredil celo nekaj sledenja hroščem, zahteve po funkcijah:

github.com/kmkingsbury/raspberrypi-weather…

Ta projekt je bil zame odlična učna izkušnja, res sem se moral poglobiti v zmogljivosti Raspberry Pi, zlasti z GPIO, in dosegel sem tudi nekaj učnih bolečinskih točk. Upam, da se boste vi, bralec, lahko naučili iz nekaterih mojih preizkušenj in stisk.

1. korak: Materiali

Elektronika:

• 9 trstičnih stikal (8 za smer vetra, 1 za merilnik dežja, po izbiri 1 za hitrost vetra namesto za Hall -ov senzor) sem uporabil te:
• 1 Hallov senzor (za hitrost vetra, imenovan anemometer) -
• Temperatura (https://amzn.to/2RIHf6H)
• Vlažnost (veliko senzorjev vlažnosti je opremljenih s temperaturnim senzorjem), uporabil sem DHT11:
• Tlak (BMP je imel tudi temperaturni senzor), uporabil sem BMP180, https://www.adafruit.com/product/1603, ta izdelek je zdaj opuščen, vendar obstaja enakovreden model BMP280 (https://amzn.to/2E8nmhi)
• Foto upor (https://amzn.to/2seQFwd)
• GPS čip ali USB GPS (https://amzn.to/36tZZv3).
• 4 močni magneti (2 za anemometer, 1 za smer, 1 za merilnik dežja), uporabil sem magnete za redke zemlje, zelo priporočljivo) (https://amzn.to/2LHBoKZ).
• Nekaj različnih uporov, imam ta paket, ki se je sčasoma izkazal za zelo priročnega:

• MCP3008 - za pretvorbo analognih v digitalne vhode za Raspberry Pi -

Strojna oprema

• Raspberry Pi - prvotno sem uporabljal 2 z brezžičnim adapterjem, zdaj dobim tudi komplet 3 B+ z napajalnikom. (https://amzn.to/2P76Mop)
• Pi kamera
• Trden napajalnik 5V (to se je izkazalo za boleče nadležno, na koncu sem dobil Adafruit, sicer fotoaparat potegne preveč soka in lahko/bo obesil Pi, tukaj je: https://www.adafruit.com/products /501)

Materiali:

• 2 potisna ležaja (ali bodo delovali tudi ležaji za rolke ali kotalke), te sem dobil na Amazon:
• 2 vodotesna ohišja (uporabil sem električno ohišje v lokalni trgovini velikih škatel), ni pomembno, le najti je treba dobro ohišje, ki bo imelo dovolj prostora in bo vse zaščitilo).
• Nekatere PVC cevi in zaključni pokrovi (različnih velikosti).
• PVC nosilci
• Par listov tankega pleksi stekla (nič preveč modnega).
• plastični oporniki
• mini vijaki (uporabil sem #4 vijake in matice).
• 2 Plastični okras za božično drevo - uporabljen za anemometer, svojega sem dobil v lokalnem preddverju Hobby.
• Majhen moznik
• Majhen kos vezanega lesa.

Orodja:

• Dremel
• Pištola za lepilo
• Spajkalnik
• Multimeter
• Vrtalnik

2. korak: glavno ohišje - Pi, GPS, kamera, svetloba

V glavnem ohišju so PI, kamera, GPS in svetlobni senzor. Zasnovan je tako, da je vodotesen, saj vsebuje vse kritične komponente, meritve se izvajajo v oddaljenem ohišju in da je eden zasnovan tako, da je izpostavljen/odprt pred elementi.

Koraki:

Izberite ohišje, uporabil sem električno razdelilno omarico, različne projektne škatle in vodotesne ohišja bodo delovale prav tako. Ključna točka je, da ima dovolj prostora za vse.

Moje ohišje vsebuje:

• Raspberry pi (v zastoju) - Potrebuje čip WIFI, ne želite, da bi Cat5e tekel na dvorišče!
• Kamera (tudi v izklopu)
• GPS -čip, povezan prek USB -ja (z uporabo sparkfun FTDI kabla: https://www.sparkfun.com/products/9718) - GPS zagotavlja zemljepisno širino in dolžino, kar je lepo, še pomembneje pa je, da lahko dobim natančen čas GPS!
• dva priključka Ethernet/cat 5 za povezavo glavnega ohišja z drugim ohišjem, v katerem so drugi senzorji. To je bil samo priročen način, da kabli gredo med obe škatli, imam približno 12 žic, dva cat5 pa omogočata 16 možnih povezav, zato imam prostor za razširitev/spreminjanje stvari.

Pred mojim ohišjem je okno, iz katerega lahko kamera vidi. Ohišje s tem oknom ščiti kamero, vendar sem imel težave, ko se rdeča lučka na fotoaparatu (ko fotografira) odseva od pleksi stekla in se prikaže na fotografiji. Za ublažitev tega sem uporabil črni trak in ga poskusil blokirati (in druge LED diode iz Pi in GPS), vendar še ni 100%.

3. korak: „Oddaljeno ohišje“za temperaturo, vlažnost in tlak

Tu sem shranil senzorje temperature, vlažnosti in tlaka ter "priključke" za senzorje dežja, smeri vetra in hitrosti vetra.

Vse je zelo preprosto, nožice se tukaj prek ethernetnih kablov povežejo z zahtevanimi zatiči na Raspberry Pi.

Poskušal sem uporabiti digitalne senzorje, kjer je bilo mogoče, nato pa sem vsakemu analognemu dodal MCP 3008, ki potrebuje do 8 analognih, kar je bilo več kot dovolj za moje potrebe, vendar daje prostor za izboljšave / razširitve.

To ohišje je odprto za zrak (za natančno temperaturo, vlažnost in tlak mora biti). Spodnje luknje so izluščene, zato sem nekaterim vezjem razpršil razpršilo za silikonski konformni premaz (dobite ga na spletu ali na mestu, kot je Fry's Electronics). Upajmo, da mora zaščititi kovino pred kakršno koli vlago, čeprav morate biti previdni in je ne uporabljati na nekaterih senzorjih.

Zgornji del ohišja je tudi nameščen senzor hitrosti vetra. To je bil dvig, lahko bi postavil hitrost vetra ali smer vetra, nisem videl večjih prednosti enega pred drugim. Na splošno želite, da sta oba senzorja (smer vetra in hitrost) dovolj visoka, da stavbe, ograje, ovire ne vplivajo na meritve.

4. korak: Merilnik dežja

Za izdelavo dejanskega merilnika sem večinoma sledil tem navodilom:

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

To sem naredil iz pleksi stekla, da sem lahko videl, kaj se dogaja, in mislil sem, da bo kul. Na splošno je pleksi steklo delovalo v redu, vendar v kombinaciji z lepilom, gumijasto tesnilno maso ter celotnim rezanjem in vrtanjem ne ostane tako nedotaknjeno, tudi z zaščitno folijo.

Ključne točke:

• Tipalo je preprosto trstično stikalo in magnet, ki je v kodi RaspberryPi obravnavan kot pritisk na gumb, sčasoma preprosto preštejem vedra in nato kasneje pretvorim v "palce dežja".
• Naj bo dovolj velika, da zadrži dovolj vode, da se prevrne, vendar ne toliko, da potrebuje veliko, da se prevrne. Pri prvem prehodu sem naredil vsak pladenj premalo velik, da bi se napolnil in začel odtekati čez rob, preden se je prevrnil.
• Ugotovil sem tudi, da bi lahko preostala voda dodala nekaj napak pri merjenju. To pomeni, da je za popolno sušenje X kapljic napolnilo stran in jo prevrnilo, ko je bilo mokro, je bilo potrebno napolniti in prevrniti Y kapljice (kar je manj kot X). Ni veliko, vendar je prišlo do vpliva, ko ste poskušali umeriti in doseči dobro meritev "1 obremenitev je enaka količini".
• Uravnovesite, lahko goljufate tako, da na spodnje konce dodate lepilo za pištolo, če je ena stran precej težja od druge, vendar jo potrebujete čim bolj uravnoteženo.
• Na fotografiji lahko vidite, da sem z nekaj gobicami in lesenim držalom postavil malo preizkusno ploščad, da jo pred namestitvijo preizkusim in pravilno uravnotežim.

5. korak: Smer vetra

To je bila preprosta vremenska loputa. Elektroniko sem zasnoval na sistemu Maplin:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Ključne točke:

To je analogni senzor. Osem trstičnih stikal v kombinaciji z različnimi upori razdeli izhod na koščke, tako da lahko po vrednosti prepoznam, v kateri koordinati je senzor. (Koncept je razložen v tem navodilu:

• Ko privijete del vremenske lopute, ga morate umeriti, tako da "ta smer kaže proti severu".
• Naredil sem testno ploščad z lesom, da sem lahko enostavno vklapljal in izklapljal upore, ki so zame pokrivali celoten obseg vrednosti, kar mi je bilo v veliko pomoč!
• Uporabil sem potisni ležaj, vse se je dobro odrezalo, prepričan sem, da bi bil tudi običajni ležaj za rolko ali rolerje prav tako dober.

6. korak: Hitrost vetra

To sem še enkrat obrnil na skupnost Instructable in našel in sledil temu navodilu:

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

Ključne točke:

• Uporabite lahko tudi Hallov senzor ali pa preklopite na trstični senzor. Hallov senzor je bolj analogni senzor, zato, če ga uporabljate na digitalni način, na primer pritisk na gumb, se morate prepričati, da je odčitek/napetost dovolj visok, da deluje kot pravi pritisk na gumb, namesto da ga premalo.
• Velikost skodelice je ključna, prav tako dolžina palice! Prvotno sem uporabljal žoge za namizni tenis, ki so bile premajhne. Postavil sem jih tudi na dolge palice, ki tudi niso delovale. Bil sem zelo razočaran, nato pa sem naletel na tistega poučnega, Ptorelli se je odlično razložil in mi je pomagal, ko moj prvotni dizajn tudi ni deloval.

7. korak: Programska oprema

Programska oprema je napisana v Pythonu za snemanje podatkov s senzorjev. Uporabil sem nekatere druge knjižnice Git drugih proizvajalcev iz Adafruit -a in druge, da sem dobil podatke iz senzorjev in GPS -a. Obstaja tudi nekaj cron opravil, ki povlečejo tudi nekatere podatke API. Večina je razloženih/opisanih v dokumentaciji Git na naslovu docs/install_notes.txt

Spletna programska oprema je v PHP za prikaz na spletni strani, hkrati pa uporablja YAML za konfiguracijske datoteke in seveda orodje RRD za shranjevanje in grafično prikazovanje podatkov.

Z API -jem Weather Underground pridobi nekaj zanimivih podatkov, ki jih senzorji ne morejo potegniti: Zabeležite hi in nižje, Faza lune, Sončni zahod in Sončni čas, na njihovem API -ju so na voljo tudi Tides, kar se mi je zdelo res lepo, vendar živim v Austinu, Teksas, ki je zelo daleč od vode.

Vse je na voljo v Githubu in se aktivno vzdržuje in trenutno uporablja, ko dodatno izboljšujem in umerjam svoj sistem, tako da lahko pošljete tudi zahteve po funkcijah in poročila o hroščih.

Programska oprema gre skozi spreminjanje teme, odvisno od časa dneva, obstajajo 4 stopnje. Če je trenutni čas + ali - 2 uri od sončnega vzhoda ali zahoda, boste dobili teme sončnega vzhoda in sončnega zahoda (trenutno samo drugo ozadje, v prihodnosti bom verjetno naredil različne barve pisave/obrobe). Prav tako zunaj teh razponov daje dnevno ali nočno temo.

Hvala za branje. Če bi radi videli več fotografij in videoposnetkov mojih projektov, kot si oglejte moj Instagram in YouTube kanal.

Tretja nagrada na tekmovanju Pi/e Day