Vremenska postaja z nizko porabo energije: 6 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Zdaj v svoji tretji različici, ki je bila preizkušena že več kot dve leti, se moja vremenska postaja nadgrajuje za boljše delovanje pri nizki porabi energije in zanesljivost prenosa podatkov.

Poraba električne energije - ni problem v drugih mesecih, razen decembra in januarja, vendar v teh zelo mračnih mesecih sončna plošča, čeprav je bila ocenjena na 40 W, ni mogla slediti povpraševanju sistema … in večina povpraševanja je prišla iz 2G FONA GPRS modul, ki podatke prenaša neposredno v medmrežje.

Naslednja težava je bila s samim modulom GPRS FONA ali bolj verjetno z mobilnim telefonom. Naprava bi brezhibno delovala tedne / mesece, nato pa se nenadoma ustavila brez očitnega razloga. Očitno omrežje poskuša poslati nekakšne "informacije o posodobitvi sistema", ki, če niso sprejete, povzročijo zagon naprave iz omrežja, zato GPRS v resnici ni rešitev za vzdrževanje za prenos podatkov. Škoda, ker ko je delovalo, je delovalo res lepo.

Ta nadgradnja uporablja protokol LoRa z nizko porabo za pošiljanje podatkov na lokalni strežnik Raspberry Pi, ki jih nato pošlje v medmrežje. Na ta način je lahko vremenska postaja sama po sebi nizka moč na sončni plošči in "proces dvigovanja" dela procesa, ki se izvaja nekje v območju WIFI glede na električno omrežje. Seveda, če imate v dosegu javni prehod LoRa, Raspberry Pi ne bo potreben.

PCB vremenske postaje je enostavno sestaviti, saj so vse komponente SMD precej velike (1206) in vse na tiskanem vezju deluje 100%. Nekatere komponente, in sicer pihalni inštrumenti, so precej drage, včasih pa jih lahko na Ebayu najdete tudi iz druge roke.

1. korak: Komponente

Arduino MKR1300 LORAWAN ……………………………………………………………………. 1 od

Raspberry Pi (neobvezno, odvisno od razpoložljivosti lokalnega prehoda LoRa) ………… 1 od

BME280 za tlak, vlažnost, temperaturo in nadmorsko višino ………………………….. 1 od

Konektor RJ 25 477-387 ……………………………………………………………………… 1 od

L7S505 ………………………………………………………………………………………………. 1 od

Biper 754-2053 ……………………………… 1 od

Shottky dioda (1206) …………………………………… 2 od

Počivalniki R1K …………………………………… 3 od

Upor R4.7K ………………………………… 1 od

C100nF kondenzator …………………………….. 3 od

R100K …………………………………………… 1 od

R10K …………………………………………….. 4 od

C1uF ……………………………………………… 1 od

C0.33uF ………………………………………… 1 od

R100 …………………………………………….. 1 od

R0 ……………………………………………….. 1 od

Temperaturna sonda Dallas DS18B20 ………… 1 od

PCB ………………………………………………… 1 od

Merilnik dežja …………………………………………………. 1 od

Sonda za tla ……………………………………… 1 od (glejte korak 6 za sondo DIY)

A100LK anemometer ………………………….. 1 od

W200P vetrnica ………………………………..1 od

2. korak: Kako deluje

Dovolj enostavno je, da senzorji delujejo za stvari, kot so temperatura, vlaga in tlak, vendar so nekatere druge precej zapletene, čeprav je vsa koda vključena v ta blog.

1. Merilnik dežja je v "prekinitvi" in deluje, ko zazna spremembo. Dež vstopi v instrument in kaplja navzdol na kladivo za žago, ki se prevrne, ko je en konec poln, kar dvakrat sproži magnetni senzor. Senzor dežja ima prednost pred vsem in deluje tudi, če se prenašajo podatki.

2. Anemometer deluje tako, da pošlje impulz majhne moči, katerega frekvenca je odvisna od njegove hitrosti. Kodiranje je zelo preprosto in porabi zelo malo energije, čeprav mora snemati približno enkrat na sekundo, da ujame najhujše sunke. Koda beleži povprečno hitrost vetra in največji sunek med snemanjem.

3. Čeprav bi bilo na prvi pogled vetrnico enostavno kodirati, je po raziskovanju zapletenosti veliko bolj zapleteno. V bistvu gre le za potenciometer z zelo nizkim navorom, vendar težavo pri pridobivanju odčitkov z njega povečuje dejstvo, da ima kratko "mrtvo cono" okoli smeri severa. Potrebuje izvlečne upore in kondenzatorje, da prepreči čudne odčitke blizu severa, ki nato povzročijo nelinearnost odčitkov. Ker so odčitki polarni, izračuni normalnega povprečja niso mogoči, zato je treba izračunati bolj zapleten način, ki vključuje ustvarjanje velikega niza s približno 360 številkami! …. In to še ni konec…. Posebno pozornost je treba nameniti temu, v kateri kvadrant senzor kaže, kot da je v kvadrantu na obeh straneh severa, način je treba obravnavati drugače.

4. Vlaga v tleh je preprosta sonda prevodnosti, vendar za varčevanje z energijo in preprečevanje korozije zelo hitro utripa z enim od rezervnih digitalnih zatičev Arduina.

5. Sistem pošilja podatke iz Arduina na Raspberry Pi (ali prehod LoRa), potrebuje pa tudi povratni klic od sprejemnika, da potrdi, da je podatke dejansko pravilno prejel, preden ponastavi vse različne števce in povprečja ter vzame svež niz odčitkov. Snemanje lahko traja približno 5 minut, nato pa Arduino poskuša poslati podatke. Če so podatki poškodovani ali ni internetne povezave, se snemanje podaljša, dokler povratni klic ne pokaže uspeha. Tako ne bo izpuščen največji sunkovit veter ali merjenje dežja.

6. Čeprav so zunaj področja uporabe tega spletnega dnevnika, so podatki enkrat na spletnem strežniku (to je velik računalnik v Ipswichu v Veliki Britaniji), nato pa zbrani v zbirko podatkov MySQL, do katere lahko dostopate s preprostimi skripti PHP. Končni uporabnik si lahko ogleda tudi podatke, prikazane v elegantnih številčnicah in grafih, zahvaljujoč lastniški programski opremi Java podjetja Amcharts. Potem si lahko "končni rezultat" ogledate tukaj:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

3. korak: Datoteke

Vse kodne datoteke Arduino, Raspberry Pi in datoteka za ustvarjanje tiskanega vezja v programski opremi "Design Spark" so shranjene v skladišču Github tukaj:

github.com/paddygoat/Weather-Station

4. korak: Napolnite tiskano vezje

Za spajkanje komponent SMD ni potrebna šablona - le malo spajkajte na plošče iz tiskanega vezja in sestavne dele položite s pinceto. Sestavni deli so dovolj veliki, da naredijo vse na oko in ni pomembno, ali je spajka videti neurejena ali pa so komponente nekoliko od središča.

PCB postavite v opekač kruha in segrejte na 240 stopinj C s termometrsko sondo tipa K za spremljanje temperatur. Počakajte 30 sekund pri 240 stopinjah, nato izklopite pečico in odprite vrata, da sprostite toploto.

Zdaj lahko preostale komponente spajkate ročno.

Če želite kupiti tiskano vezje, prenesite datoteke Gerber z zadrgo tukaj:

github.com/paddygoat/Weather-Station/blob/master/PCB/Gerbers_Weather%20station%203_Tx_01.zip

in jih naložite v JLC tukaj:

Izberite velikost plošče 100 x 100 mm in uporabite vse privzete vrednosti. Cena je 2 USD + poštnina za 10 plošč.

5. korak: Uvedba

Vremenska postaja je razporejena sredi polja z pihalnimi instrumenti na visokem drogu z moškimi kabli. Podrobnosti o uvajanju so navedene tukaj:

www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat…

6. korak: Prejšnje delo

Ta navodila so najnovejša faza v teku projekta, ki ima svojo zgodovino razvoja v sedmih prejšnjih projektih:

www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat…

www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat…

www.instructables.com/id/Setting-Up-an-A10…

www.instructables.com/id/Analogue-Sensors-…

www.instructables.com/id/Analogue-Wind-Van…

www.instructables.com/id/Arduino-Soil-Prob…

www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat…