Vahşi Doğada Ahududu Pi! Pil Gücüyle Uzatılmış Timelapse: 10 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Motivasyon: Uzun süreli hızlandırılmış videolar oluşturmak için açık havada günde bir kez fotoğraf çekmek için pille çalışan Raspberry Pi kamera kullanmak istedim. Benim özel uygulamam, önümüzdeki ilkbahar ve yaz aylarında toprak örtüsü bitki büyümesini kaydetmek.

Zorluk: Uzun pil ömrü sağlamak için düşük akımlı Raspberry Pi güç kontrolü tasarlayın.

Benim Çözümüm: Kullanılmadığı zaman Raspberry Pi'ye giden gücü tamamen kesmek için saldırıya uğramış bir çalar saat, Attiny85 devresi ve Pimoroni OnOff şimi kullanıyorum. Attiny85 ve çalar saat bekleme modunda çalışmaya devam ederken, akım çekişi sadece 5 mikroAmperdir. İki adet AAA pil hem Attiny'ye hem de çalar saate güç sağlarken, bir USB güç bankası Pi'ye güç sağlar.

Temel Çalışma: Çalar saat ne zaman çalacak, uyuyan bir Attiny devresini uyandırır, bu da Pimoroni OnOff şimine USB güç bankasından Raspberry Pi'ye güç vermesi için sinyal gönderir. Pi, bir açılışta çalıştırma komut dosyası yürütür (fotoğraf çeker). Yeterli süre geçtikten sonra (benim uygulamamda 60 saniye), Attiny devresi tekrar Pimoroni OnOff şimini bildirir ve ardından Attiny uyku moduna girer. Attiny'den gelen sinyale dayanarak, Pimoroni OnOff şimi Pi kapatma komutunu yürütür ve Pi kapatma işlemi tamamlandıktan sonra USB güç bankasından Raspberry Pi'ye giden gücü keser.

Adım 1: Parçalar ve Araçlar

Parçalar:

Raspberry Pi Zero veya Raspberry Pi Zero W (daha fazla güç çeker)

Raspberry PI Kamera Modülü

Raspberry Pi Sıfır Kasa

Pimoroni ONOFF SHIM RASP PI GÜÇ ANAHTARI, Digikey

OPTOİZOLATÖR Digikey

Pille Çalışan Dijital Çalar Saat Hedefi

ATtiny85 8 DIP Digikey

(2) KAP ŞAP 100UF Digikey

DS3231 RTC Modülü AliExpress

(2) 68 ohm direnç

Kısa (yaklaşık 6 inç) mikro USB kablosu

Clear Box Amac SKU#: 60120. 4" x 4" x 5-1/16" h The Container Store

Kmashi 11200 mAh USB Güç Bankası # k-mp806 veya benzeri

Çift çubuklu bant

Küçük kendinden kılavuzlu vida

(2) 1X8 pin dişi istifleme başlıkları - yaygın olarak satılan bir Arduino UNO istifleme başlıkları AliExpress'da

Perf veya şerit tahtası yaklaşık 1 1/4" x 2"

5 1/2 x 5/12 x 3/4 kalın çam veya kontrplak

1 1/4 PVC boru yaklaşık 15 uzunluğunda

1 1/4 PVC bağlayıcı

(2) yaklaşık 10 uzunluğunda kısa bungee kabloları

(4) 1/4" çapında ahşap kavelalar yaklaşık 1" uzunluğunda

UltraDeck Doğal Direk Kol Şapkası Menards

Aletler:

Tel Kesiciler ve Lehim Demiri

Arduino UNO veya ATtiny85'i programlamanın başka bir yolu

Tel ve jumperları bağlayın

Klavye, fare, HDMI monitör, USB bağlantı noktası ve Ethernet Hub, OTG kablosu

multimetre

2. Adım: Raspberry Pi OS, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC ve Pi Camera Module'ü kurun

Pi Sıfır kurulumu. Raspberry Pi için SD kartınızı dilediğiniz dağıtım ile hazırlayın. İlk kurulum işlemi sırasında, I2C arayüzünü, kamerayı ve otomatik oturum açma ile CLI'ye önyüklemeyi etkinleştirdiğinizden emin olun, doğru yerel saati ayarlayın ve şifrenizi değiştirin. Ayrıca, yolda işleri kolaylaştırmak için bir Statik IP Adresi ayarlamanızı da tavsiye ederim. Erkek başlığı Pi Zero'ya lehimleyin. Bu proje için 40 pinin tamamı gerekli olmadığından, sadece ilk 12 pin için standart 2 x 20 başlık veya daha kısa 2 x 6 başlık kullanabilirsiniz.

Kamera Kurulumu. Pi Zero'yu kasasına takın ve birlikte verilen kısa şerit kablo bağlantılı kamera modülünü, kablo çıkışı kasa uç yuvasını yönlendirerek Pi Zero'ya kullanın. GPIO yuvalı üst kapağı takın ve kamerayı çift yapışkan bantla kapağa takın (fotoğrafa bakın).

Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC'yi hazırlayın. Pimoroni OnOff Shim, 2 x 6 dişi başlık ile birlikte gelmesine rağmen, bunun yerine Arduino UNO'lar için yaygın olarak satılan iki adet 1 x 6 dişi "istifleme başlığı kullandım, başlık pinlerinin Raspberry Pi pin konumları 1, 3'te Pimoroni OnOff Shim'in üzerine uzanması gerekiyor, 5, 7, 9, diğer pinler standart pin uzunluğuna kadar kesilebilir. DS3231 RTC'yi fotoğrafta gösterildiği gibi uzatılmış pinlerin üzerine itin ve ardından Pimoroni OnOff Shim & DS3231 RTC alt grubunu Raspberry Pi başlık pinlerinin üzerine itin gosterildigi gibi.

Pimoroni OnOff Shim yazılımını aşağıdakilerle yükleyin:

curl https://get.pimoroni.com/onoffshim | bash

Shim kurulumu hakkında ek bilgi için buraya bakın

DS3231 RTC yazılımını bu talimatlara göre kurun

İlk Testler - Kamera, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC

Yerel klavyeyi ve monitörü Pi Zero'ya bağlayın. Bir ağ bağlantınız olduğundan emin olun (ethernet kablosu veya Wifi). USB güç kablosunu Pimoroni OnOff Shim bağlayın.

a. Pimoroni OnOff Shim düğmesine 3 saniye basın ve ardından bırakın - bu Pi Zero'yu açar veya kapatır. Monitörde başlatma ve kapatma sürecini gözlemleyin. Pi Zero'nuz artık gelişmiş bir teknoloji yükseltmesine sahip - bir açma/kapama düğmesi!

B. DS3231 saatini ayarlayın ve aşağıdakilerle doğru saati okuduğunu doğrulayın:

sudo hwclock -w

sudo hwclock -r

C. Bu talimatlara göre kamera işlevini test edin.

3. Adım: Raspberry Pi Çalıştırma Komut Dosyasını Kurun ve Kamerayı Test Edin

Yeni zerocam alt dizini oluşturun ve taşıyın

mkdir zerocam

cd sıfır kamera

Yeni komut dosyası oluşturmak için nano düzenleyiciyi kullanın

nano fotoğraf.sh

Ardından aşağıdaki kodu kopyalayıp nano düzenleyiciye yapıştırın. Ctrl+X, Y ve ardından Return ile nano'yu kapatın.

#!/bin/bash

DATE=$(date +"%Y-%m-%d_%H%M") raspistill -o /home/pi/zerocam/$DATE.jpg convert -pointsize 80 -fill sarı -draw "text 570, 1800 ' $(date)'" /home/pi/zerocam/$DATE.jpg /home/pi/zerocam/$DATE.jpg

Bu komut dosyası convert komutunu kullandığından, Raspberry Pi'ye ImageMagick'i yüklemeniz gerekir.

sudo apt-get güncellemesi

sudo apt-get install imagemagick

Dosyayı yürütülebilir yap

chmod +x photo.sh

/etc/rc.local dosyasını açın (bu dosyadaki komutlar açılışta çalışır)

sudo nano /etc/rc.local

Dosyanın altına yakın bir yerde, 0 ifadesinden hemen önce bu yeni satırı ekleyin ve ardından nano'yu Ctrl+X, Y ve ardından Return ile kapatın.

sh /home/pi/zerocam/photo.sh

Yerel bir monitör bağlıyken, çalıştığını test edin

sudo yeniden başlatma

Pi yeniden başlatılmalı ve bir fotoğraf çekmelidir. /home/pi/zerocam dizininde yeni bir-j.webp

Ayrıca Pimoroni basma düğmesiyle Pi'yi açıp kapatmayı da test edin. Pi başlatma süresini ölçün ve kaydedin. 60 saniyeden az olmalıdır.

Adım 4: Çalar Saati Hackleyin

Üretilen çalışmayı gözlemleyin - Çalar saate iki adet AAA pil takın ve verilen talimatlara göre saat ve alarmı ayarlama alıştırması yapın. Özellikle alarmın çaldığını gözlemleyin - (1) ekrandaki küçük alarm sembolünün yanıp söndüğünü, (2) sesli uyarının 1 dakika süreyle çaldığını ve ardından kapandığını ve (3) arka ışık LED'inin 5 saniye boyunca yandığını ve ardından kapandığını görmelisiniz.

Sökme - İki yarıyı ayırmak için saatin arkasındaki dört vidayı çıkarın, ardından ana PCB'yi serbest bırakmak için dört vidayı daha çıkarın.

Hack - PCB'nin önündeki LED uçlarını gösterildiği gibi kesin ve PCB'nin arka tarafında kalan uçlara 5 uzunluğunda kabloları lehimleyin (resme bakın). Buzzeri gösterildiği gibi sökün.

Pil bölmesi terminallerine gösterildiği gibi iki ek kablo (kırmızı ve siyah) artı bir 100MFD elektrolitik kapasitör ekleyin (kutuplara dikkat edin).

LED'i ve yeni pil uçlarını gösterildiği gibi arka kapak tutma yuvalarından çıkardığınızdan emin olarak saati yeniden monte edin.

Yeniden Test Et - Pilleri takın ve alarm işlevini test edin - şimdi alarm çaldığında ekranın küçük alarm sembolünün yanıp söndüğünü görmelisiniz - ancak sesli uyarı ve arka ışık yok. LED uçlarına bir multimetre bağlayın, alarm yaklaşık 5 saniyelik bir süre içinde kapandığında yaklaşık 3 VDC algılamanız gerekir.

Adım 5: Attiny85 Devre Kartı Oluşturun

Fotoğrafa ve Attiny85 Schematic.pdf'ye atıfta bulunarak, devre kartını küçük bir perf veya şerit kartı parçası üzerinde oluşturun. Notlar:

• Programlama için çıkarılması gerektiğinden Attiny85 yongası için 8 pinli bir DIP soketi kullandığınızdan emin olun.
• Lehimlemeden önce Optoların doğru yönlendirildiğinden emin olun.
• Pimoroni Shim'e giden jumper kabloları, Shims BTN erkek pimlerini takmak için dişi başlıklarla birlikte en az 4 inç uzunluğunda olmalıdır.
• Alarm tıklaması ile bağlantı yaparken Polariteyi gözlemleyin - devrenin ters polarite koruması yoktur

Adım 6: Kodu Attiny 85 Chip'e Yükleyin

Bir Arduino Uno veya başka bir araç kullanarak, kodu (AttinyPiPowerControl.ino dosyası ekli) Attiny85 çipinize yükleyin. Not - bu kod, kapatma işlemine başlamadan önce PI'nin açılması, bir fotoğraf çekmesi ve terminal komut istemine ulaşması için 60 saniyeye izin verir. Daha sonra Attiny85 yongasını devre kartı soketine takabilirsiniz - yönü iki kez kontrol edin.

Not: Daha fazla veya daha az Pi çalışma zamanına ihtiyacınız varsa, bu satırı en alta yakın bir yerde düzenleyin:

gecikme(60000); // Pi'nin bir süre önyüklenmesine ve çalışmasına izin ver

Adım 7: Kablolama ve İlk Test ve PI'den Fotoğraf Dosyalarının İndirilmesi

kablolama:

USB güç bankasını Pimoroni şiminin mikro usb bağlantı noktasına bağlayın. Attiny85 devre kartından gelen atlama kablolarını Pimoroni altlığına bağlayın, siyah ucun Pimoroni altlığındaki en dıştaki BTN pimine bağlandığından emin olun.

Ölçek:

Çalar saate 2 adet AAA pil takın ve saati ayarlayın. Ayrıca Pi'nin HDMI bağlantı noktasını yerel bir monitöre bağlamanızı da öneririm.

Alarmı açın ve birkaç dakika sonrasına bir alarm kurun. Alarm çaldığında şunları görmelisiniz:

a. Saat alarmı simgesi yanıp sönmeye başlar

B. Yaklaşık 5 saniye sonra Pimoroni Shim kırmızı LED'i 5 saniye boyunca yanar

C. Pi açılmaya başlar

NS. Yaklaşık 20 saniye sonra kamera LED'i yanar ve fotoğraf çekilir. Yerel bir monitör bağlantınız varsa, çekilen fotoğrafın kısa bir önizlemesini görürsünüz.

e. 40 saniye kadar sonra Pi, terminal komut istemine kadar önyükleme yapar

F. Pi kapatma işlemini başlatır, yaklaşık 20 saniye sonra Pimoroni Shim kırmızı LED'i PI'ye giden gücün kesildiğini gösteren yanıp söner

PI'den fotoğraf dosyalarını indirme

OTG kablosu ve USB'den ethernet adaptörüne kullanarak PI'yi ağıma bağlayarak Pi'yi duvar siğilinden besliyorum. Ardından dosyaları bilgisayarıma indirmek için WinSCP'yi kullanın.

Adım 8: Elektronik Muhafazayı Birleştirin

Attiny85 devre kartını küçük bir kendinden kılavuzlu vida kullanarak çalar saatin arkasına takın. Gösterildiği gibi çift yapışkan bant kullanarak PI'yi saate takın

Saatin sol tarafını çift yapışkan bantla kasanın altını sergilemek için takın

USB güç bankasını, gösterildiği gibi çift çubuklu bantla kasanın altına takın.

Üst kasayı gösterildiği gibi vitrinin alt kısmına yerleştirin.

Adım 9: Montaj Payını, Son Montajı Oluşturun ve PI'yi Vahşi Doğaya Bırakın

Alt parça: 5 1/2 X 5 1/2 parça tahtada, gösterildiği gibi her iki taraftan içe doğru 4 yuva 3/4" kesin. merkez 1 1/4 PVC kaplin için bir delik açıyor. İdeal delik boyutu 1 5/8"'dir, ancak yalnızca 1 3/4" delik testerem olduğu için bunu kullandım ve kaplin OD'sini ördek bantla oluşturdum. Tutkal epoksi ile yerinde birleştirme.

Elektronik muhafazayı ahşap bloğun üzerinde ortalayın ve dış hatlarını işaretleyin. Ardından, gösterildiği gibi her bir kenar boyunca dört adet 1/4 delik açın. Bu deliklere dört adet 1" uzunluğunda 1/4" çaplı ahşap dübel yapıştırın - bu, muhafazanın ortada kalmasına yardımcı olacaktır.

Üst parça: Her boyutun alt kenarına yakın dört adet 3/16" delik delin ve her bir deliğe 3/4" uzunluğunda S-kancalar yerleştirin, uçları kapalı bükün, böylece düşmeyecekler. İç kenarlarda sıcak tutkal 4 dört 1/2 kalınlığında tahta parçası - bunlar üst parçanın muhafazanın üzerinde ortalanmış halde kalmasına yardımcı olur.

Son Montaj: Elektronik muhafazayı üst ve alt parçalar arasına sıkıştırın ve gösterildiği gibi iki bungee kablosuyla sabitleyin

PI'yi Vahşi Doğaya Bırakın: Amacınıza uygun uzunlukta 1 1/4" PVC boru keserek bir montaj kazığı yapın, zemine çarpmayı kolaylaştırmak için bir ucunu 45 derecelik bir açıyla kesin. Benim durumumda ben' Bu bahar toprak örtüsü bitkisinin büyümesiyle (küçük asma) ilgileniyorum ve bu nedenle PVC hissem sadece 15 "uzunluğunda. AAA pillerin yeni olup olmadığını, USB güç bankasının tamamen şarj olduğunu ve çalar saatin doğru şekilde ayarlandığını iki kez kontrol edin - ardından kazığı yere çakın ve montajı montaj kazığının üstüne kaydırın - fotoğrafa bakın.

Adım 10: Akım Ölçümleri ve Hızlandırılmış Pil Ömrü Testi

Akımı Radio Shack RS-232 Multimetre (22-812) ve eşlik eden Meter View yazılımını kullanarak ölçtüm. Canavar seçimi değil, ama elimde olan bu.

İki adet AAA pil gücünden çekilen akımın ölçümü Attiny85 kartı ve çalar saat

"Seri bağlantı" multimetresi için boş piller ve 3 VDC tezgah güç kaynağı kullandım (fotoğrafa bakın). "Aktif" süre boyunca ölçülen akımın grafiğine bakın (alarm olayıyla başlar - Attiny85'in uyku moduna dönmesiyle biter). Alarmsız çekim sabit 0,0049 mA idi. Özet -

Aktif Dönem = 78 saniye

Aktif Dönem Ort. Akım = 4.85 mA

Alarmsız Akım = 4,9 mikroA (0,0049 mA)

İki AAA'dan (her biri 750 mAh/her biri) uyku ve aktif modları ve teorik pil ömrü > 8 yıl dikkate alınarak günlük ortalama 0,0093 mA akım çekişini bu yöntemle hesapladım.

USB güç bankasından çekilen PI akımının ölçümü. "Seri bağlantı" multimetresi için değiştirilmiş bir usb kablosu kullandım (fotoğrafa bakın). "Aktif" süre boyunca ölçülen akımın grafiğine bakın (PI başlatma - PI kapatma). Aktif olmayan süre boyunca Pimoroni ONOFF şimi Pi'ye giden gücü tamamen keser, dolayısıyla akım çekişi ~ sıfırdır. Özet -

Aktif Dönem = 97 saniye

Aktif Dönem Ort. Akım = 137 mA

11200 mAh güç bankası varsayıldığında, teorik aktif dönem döngü sayısı > 3000'dir.

Hızlandırılmış Pil Ömrü Testi

PI'yi hızlı döngü için programlanmış Arduino UNO ile geçici olarak kontrol ettim - alarmlar arasındaki süre normal 24 saate kıyasla 2 dakikaydı.

Test 1: 11200mAh güç bankası. Akşam 10'da başladım ve ertesi gün saat 1'de durdum. Sonuçlar: 413 fotoğraf çekildi, testin sonunda 4 şarj seviyesi LED'inden 3'ü hala yanıyor.

Test #2: 7200mAh güç bankası. 19:30'da başladı ve ertesi gün 16:30'da durdum. Sonuçlar: 573 fotoğraf çekildi, test sonunda 2'si 4 şarj seviyesi LED'i hala yanıyor.

Sonuç: Yukarıdaki sonuçların en az bir yıllık bir operasyonun fotoğraf başına 1 çekim yapılmasının muhtemel olduğunu gösterdiğine inanıyorum.