Güneş Enerjili WiFi Hava İstasyonu V1.0: 19 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Bu Eğitilebilir Kitapta, size bir Wemos panosu ile Güneş enerjisiyle çalışan bir WiFi Hava İstasyonunun nasıl kurulacağını göstereceğim. Wemos D1 Mini Pro, küçük bir form faktörüne sahiptir ve çok çeşitli tak ve çalıştır kalkanları, onu ESP8266 SoC'yi programlamaya hızlı bir şekilde başlamak için ideal bir çözüm haline getirir. Nesnelerin İnterneti (IoT) oluşturmanın ucuz bir yoludur ve Arduino uyumludur.

Ayrıca yeni versiyonuma da bakabilirsiniz - 3.0 Hava Durumu İstasyonu.

Ayrıca yeni sürüm 2.0 Hava İstasyonuna da bakabilirsiniz.

V2.0 PCB'yi PCBWay'den satın alabilirsiniz.

Tüm projelerimi https://www.opengreenenergy.com/ adresinde bulabilirsiniz.

Yeni Hava İstasyonu aşağıdaki özelliklere sahiptir:

1. Hava İstasyonu şunları ölçebilir: Sıcaklık, Nem, Barometrik Basınç, Rakım

2. Yukarıdaki hava durumu parametrelerini Akıllı Telefonunuzdan veya web'den (ThingSpeak.com) izleyebilirsiniz.

3. Güç kaynağıyla birlikte tüm devre, 3D baskılı bir muhafazanın içine yerleştirilmiştir.

4. 3dBi harici anten kullanılarak cihazın menzili artırılmıştır. 100 metre civarındadır.

Adım 1: Gerekli Parçalar ve Aletler

1. Wemos D1 Mini Pro (Amazon / Banggood)

2. TP 4056 Şarj Kartı (Amazon / Aliexpress)

3. Diyot (Aliexpress)

4. BME 280 sensörü (Aliexpress)

5. Güneş Paneli (Banggood)

6. Delikli Levha (Banggood)

7. Vidalı Terminaller (Banggood)

8. PCB zıtlıkları (Banggood)

9. Li İyon Pil (Banggood)

10. AA Pil Tutucu (Amazon)

11. 22 AWG tel (Amazon / Banggood)

12. Süper Yapıştırıcı (Amazon)

13. Koli Bandı (Amazon)

14. 3D baskı filamenti -PLA (GearBest)

Kullanılan aletler:

1.3D Yazıcı (Anet A8/ Creality CR-10 Mini)

2. Havya (Amazon)

3. Tutkal Tabancası (Amazon)

4. Tel Kesici / Soyucu (Amazon)

Adım 2: Güç Kaynağı

Planım, Hava İstasyonunu uzak bir yere (çiftlik evim) yerleştirmektir. Hava İstasyonunu sürekli olarak çalıştırmak için sürekli bir güç kaynağı olmalıdır, aksi takdirde sistem çalışmaz. Devreye sürekli güç sağlamanın en iyi yolu bir pil kullanmaktır. Ancak birkaç gün sonra pil suyu bitecek ve oraya gidip şarj etmek gerçekten zor bir iştir. Bu nedenle, pilleri şarj etmek ve Wemos kartına güç sağlamak için güneşten gelen serbest enerjiyi kullanıcıya bir solar şarj devresi önerildi. Daha küçük boyutu nedeniyle 18650 pil yerine 14450 Li-Ion pil kullandım. Boyut, bir AA pil ile aynıdır.

Pil, bir Güneş panelinden bir TP4056 şarj modülü aracılığıyla şarj edilir. TP4056 modülü, pil koruma çipi ile veya koruma çipi olmadan gelir. Pil koruma çipi içeren bir modül satın almanızı tavsiye ederim.

TP4056 Pil Şarj Cihazı Hakkında

TP4056 modülü, tek hücreli 3.7V 1 Ah veya daha yüksek LiPo hücrelerini şarj etmek için mükemmeldir. TP4056 şarj cihazı IC ve DW01 pil koruma IC'sini temel alan bu modül, 1000 mA şarj akımı sunacak ve şarj bittiğinde kesilecektir. Ayrıca, akü voltajı 2.4V'nin altına düştüğünde, koruma IC, hücreyi düşük voltajdan korumak için yükü kesecektir. Ayrıca aşırı gerilim ve ters polarite bağlantısına karşı koruma sağlar.

Adım 3: Hava Durumu Verilerini Ölçme

Daha önceki günlerde, ortam sıcaklığı, nem ve barometrik basınç gibi hava parametreleri ayrı analog aletlerle ölçülüyordu: termometre, higrometre ve barometre. Ancak bugün piyasa, çeşitli çevresel parametreleri ölçmek için kullanılabilecek ucuz ve verimli dijital sensörlerle dolu. En iyi örnekler DHT11, DHT 22, BMP180, BMP280 vb. sensörlerdir.

Bu projemizde BMP 280 sensör kullanacağız.

BMP 280:

BMP280, barometrik basıncı ve sıcaklığı makul bir doğrulukla çok hassas bir şekilde ölçen gelişmiş bir sensördür. BME280, Bosch'un yeni nesil sensörleridir ve 0,25 m'lik düşük irtifa gürültüsü ve aynı hızlı dönüştürme süresi ile BMP085/BMP180/BMP183'e yükseltmedir.

Bu sensörün avantajı, mikrodenetleyici ile iletişim için I2C veya SPI kullanabilmesidir. Basit kolay kablolama için I2C sürüm kartı satın almanızı önereceğim.

Adım 4: Harici Anten Kullanma (3dBi)

Wemos D1 mini Pro kartı, menzili artırmak için harici bir anten bağlama olanağının yanı sıra dahili bir seramik antene sahiptir. Harici anteni kullanmadan önce, dahili seramik antenden gelen anten sinyalini harici sokete yeniden yönlendirmeniz gerekir. Bu, küçük yüzey montajı (0603) Sıfır Ohm direncini (bazen bağlantı olarak adlandırılır) döndürerek yapılabilir.

Sıfır ohm direncini döndürmek için Alex Eames tarafından yapılan bu videoyu izleyebilirsiniz.

Ardından anten SMA konektörünü Wemos Pro mini anten yuvasına oturtun.

Adım 5: Başlıkları Lehimleyin

Wemos modülleri çeşitli başlıklarla birlikte gelir ancak ihtiyacınıza göre lehimlemeniz gerekir.

Bu proje için, 1. İki erkek başlığı Wemos D1 pro mini karta lehimleyin.

2. BMP 280 modülüne 4 pinli erkek başlık lehimleyin.

Başlıkları lehimledikten sonra modül yukarıdaki resimde gösterildiği gibi görünecektir.

Adım 6: Başlıklar ve Terminaller Ekleme

Bir sonraki adım, başlıkları delikli panoya lehimlemektir.

1. Önce Wemos levhasını delikli levhanın üzerine yerleştirin ve kaplama alanını işaretleyin. Ardından, iki sıra dişi başlığı işaretli konumun üzerine lehimleyin.

2. Daha sonra 4 pin dişi başlığı resimde gösterildiği gibi lehimleyin.

3. Akü bağlantısı için lehim vidalı terminaller.

7. Adım: Şarj Kartını Monte Edin:

Şarj modülünün arka tarafına küçük bir çift taraflı bant parçası yapıştırın ve ardından resimde gösterildiği gibi delikli panoya yapıştırın. Montaj sırasında levhayı lehim delikleri delikli levha delikleriyle eşleşecek şekilde hizalamaya özen gösterilmelidir.

Güneş Paneli için terminal ekleme

Şarj kartının mikro USB bağlantı noktasının hemen yanına bir vidalı terminal lehimleyin.

Bu terminali önceki adımda da lehimleyebilirsiniz.

Adım 8: Bağlantı Şeması

İlk önce farklı renkteki kablolardan küçük parçalar kestim ve her iki uçtaki yalıtımı çıkardım.

Daha sonra telleri yukarıdaki resimde gösterildiği gibi şematik diyagrama göre lehimliyorum.

Wemos -> BME 280

3,3 V - -> Vin

GND GND

D1 SCL

D2 SDA'sı

TP4056 Bağlantısı

Güneş Paneli terminali -> + ve - mikro USB bağlantı noktasının yanında

Pil Terminali -> B+ ve B-

Wemos'un 5V ve GND'si -> Out+ ve Out-

Not: TP4056 modülünün girişinde dahili diyot bulunduğundan güneş paneline bağlı diyot (şematikte gösterilmiştir) gerekli değildir.

Adım 9: Muhafazayı Tasarlama

Bu benim için en çok zaman alan adımdı. Kasayı tasarlamak için yaklaşık 4 saat harcadım. Tasarım için Autodesk Fusion 360 kullandım. Muhafaza iki parçadan oluşur: Ana Gövde ve Ön Kapak

Ana gövde temel olarak tüm bileşenlere uyacak şekilde tasarlanmıştır. Aşağıdaki bileşenleri barındırabilir

1. 50x70mm devre kartı

2. AA pil tutucu

3. 85,5 x 58,5 x 3 mm Güneş Paneli

4. 3dBi harici anten

.stl dosyalarını Thingiverse'den indirin

Adım 10: 3D Baskı

Tasarımın tamamlanmasından sonra, muhafazayı 3D yazdırmanın zamanı geldi. Fusion 360'ta make ve dilimleyici yazılımı kullanarak modele tıklayabilirsiniz. Modeli dilimlemek için Cura kullandım.

Tüm vücut kısımlarını yazdırmak için bir Anet A8 3D yazıcı ve 1.75 mm yeşil PLA kullandım. Ana gövdeyi basmak yaklaşık 11 saatimi ve ön kapağı basmak yaklaşık 4 saatimi aldı.

Sizin için Creality CR - 10 olan başka bir yazıcı kullanmanızı şiddetle tavsiye edeceğim. Artık CR-10'un mini bir versiyonu da mevcut. Creality yazıcıları en sevdiğim 3D Yazıcılardan biridir.

3D tasarımda yeni olduğum için tasarımım iyimser değildi. Ama eminim ki bu kasa daha az malzeme kullanılarak yapılabilir (daha az baskı süresi). Tasarımı daha sonra geliştirmeye çalışacağım.

Ayarlarım:

Baskı Hızı: 40 mm/sn

Katman Yüksekliği: 0.2

Dolgu Yoğunluğu: %15

Ekstrüder Sıcaklığı: 195 derece C

Yatak Sıcaklığı: 55 derece C

Adım 11: Güneş Paneli ve Bataryanın Takılması

Güneş panelinin pozitif terminaline 22 AWG kırmızı kablo ve negatif terminale siyah kablo lehimleyin.

İki kabloyu ana muhafaza gövdesinin çatısındaki deliklere sokun.

Güneş Panelini sabitlemek için süper yapıştırıcı kullanın ve uygun yapıştırma için bir süre bastırın.

Sıcak tutkal kullanarak delikleri içeriden kapatın.

Ardından pil tutucuyu muhafazanın altındaki yuvaya yerleştirin.

Adım 12: Antenin Kurulumu

SMA konektöründeki somunları ve rondelaları sökün.

SMA konektörünü muhafazada sağlanan deliklere takın. Yukarıdaki resme bakın.

Ardından somunu rondelalarla birlikte sıkın.

Şimdi anteni SMA konektörüyle düzgün bir şekilde hizalayarak kurun.

Adım 13: Devre Kartını Takma

Ayırıcıları devre kartının 4 köşesine monte edin.

Muhafazadaki 4 yuvaya süper yapıştırıcı sürün. Yukarıdaki resme bakın.

Ardından ayırıcıyı 4 yuva ile hizalayın ve yerleştirin. kuruması için biraz bırakın.

Adım 14: Ön Kapağı Kapatın

Ön kapağı yazdırdıktan sonra, ana kasa gövdesine tam oturmayabilir. Bu durumda, bir zımpara kağıdı kullanarak kenarlarını zımparalamanız yeterlidir.

Ön kapağı ana gövdedeki yuvalara kaydırın.

Sabitlemek için alt kısımda koli bandı kullanın.

Adım 15: Programlama

Wemos D1'i Arduino kütüphanesi ile kullanmak için, ESP8266 kart destekli Arduino IDE'yi kullanmanız gerekecek. Henüz yapmadıysanız, Sparkfun'un bu öğreticisini izleyerek ESP8266 Board desteğini Arduino IDE'nize kolayca yükleyebilirsiniz.

Aşağıdaki ayarlar tercih edilir:

PU Frekansı: 80MHz 160MHz

Flaş Boyutu: 4M (3M SPIFFS) – 3M Dosya sistemi boyutu 4M (1M SPIFFS) – 1M Dosya sistemi boyutu

Yükleme Hızı: 921600 bps

Blynk Uygulaması için Arduino Kodu:

Uyku modu:

ESP8266 oldukça güç tüketen bir cihazdır. Projenizin pilinin birkaç saatten fazla bitmesini istiyorsanız iki seçeneğiniz vardır:

1. Büyük bir pil alın

2. Şey'i akıllıca uyku moduna geçirin.

En iyi seçenek ikinci seçenektir. Derin uyku özelliğini kullanmadan önce Wemos D0 pini Reset pinine bağlanmalıdır.

Kredi: Bu, Instructables kullanıcısı " tim Rowledge " tarafından önerildi.

Daha Fazla Güç Tasarrufu Seçeneği:

Wemos D1 Mini, karta güç verildiğinde yanan küçük bir LED'e sahiptir. Çok fazla güç tüketir. Bu yüzden, o LED'i bir pense ile tahtadan çekin. Uyku akımını büyük ölçüde düşürür.

Artık cihaz tek bir Li-Ion pil ile uzun süre çalışabilir.

#define BLYNK_PRINT Seri // Baskıları devre dışı bırakmak ve yerden tasarruf etmek için bunu yorumlayın#include #include

#include "Seeed_BME280.h" #include BME280 bme280; // Blynk Uygulamasında Auth Token almalısınız. // Proje Ayarlarına gidin (somun simgesi). char auth = "3df5f636c7dc464a457a32e382c4796xx";// WiFi kimlik bilgileriniz. // Açık ağlar için şifreyi "" olarak ayarlayın. char ssid = "SSID"; char pass = "GEÇİŞ SÖZCÜĞÜ"; geçersiz kurulum() { Serial.begin(9600); Blynk.begin(auth, ssid, pass); Seri.başla(9600); if(!bme280.init()){ Serial.println("Aygıt hatası!"); } } geçersiz döngü() { Blynk.run(); //sıcaklıkları alın ve yazdırın float temp = bme280.getTemperature(); Serial.print("Sıcaklık: "); Seri.print(temp); Serial.println("C");//Orijinal arduino özel sembolleri desteklemediği için Celsius birimi Blynk.virtualWrite(0, temp); // sanal pin 0 Blynk.virtualWrite(4, temp); // sanal pin 4 //atmosferik basınç verilerini al ve yazdır şamandıra basıncı = bme280.getPressure(); // Pa'daki basınç float p = basınç/100.0; // hPa'daki basınç Serial.print("Basınç: "); Seri.baskı(p); Serial.println("hPa"); Blynk.virtualWrite(1, s); // sanal pin 1 //irtifa verilerini al ve yazdır kayan yükseklik = bme280.calcAltitude(basınç); Serial.print("Yükseklik: "); Seri.print(yükseklik); Seri.println("m"); Blynk.virtualWrite(2, yükseklik); // sanal pin 2 //nem verisini al ve yazdır kayan nem = bme280.getHumidity(); Serial.print("Nem: "); Seri.print(nem); Serial.println("%"); Blynk.virtualWrite(3, nem); // sanal pin 3 ESP.deepSleep(5 * 60 * 1000000); // deepSleep süresi mikrosaniye cinsinden tanımlanır. }

16. Adım: Blynk Uygulamasını ve Kütüphanesini Kurun

Blynk, Arduino, Rasberry, Intel Edison ve çok daha fazla donanım üzerinde tam kontrol sağlayan bir uygulamadır. Hem Android hem de iPhone ile uyumludur. Şu anda Blynk uygulaması ücretsiz olarak sunulmaktadır.

Uygulamayı aşağıdaki linkten indirebilirsiniz

1. Android için

2. Iphone için

Uygulamayı indirdikten sonra akıllı telefonunuza yükleyin.

Ardından kütüphaneyi Arduino IDE'nize aktarmanız gerekir.

Kitaplığı İndir

Uygulamayı ilk kez çalıştırdığınızda, bir e-posta adresi ve şifre girmek için oturum açmanız gerekir. Yeni bir proje oluşturmak için ekranın sağ üst köşesindeki “+” işaretine tıklayın. Sonra adlandırın.

Hedef donanımı seçin " ESP8266 "Ardından bu kimlik doğrulama jetonunu kendinize göndermek için "E-posta"ya tıklayın - kodda buna ihtiyacınız olacak

Adım 17: Gösterge Panosunu Yapın

Gösterge Tablosu farklı widget'lardan oluşur. Widget eklemek için aşağıdaki adımları izleyin:

Ana Gösterge Tablosu ekranına girmek için “Oluştur”a tıklayın.

Ardından, “Widget Box”ı almak için tekrar “+” tuşuna basın.

Ardından 4 Gauges'i sürükleyin.

Grafiklere tıklayın, yukarıda gösterildiği gibi bir ayarlar menüsü açılacaktır.

"Sıcaklık" adını değiştirmeniz, Sanal Pin V1'i seçmeniz ve ardından aralığı 0 -50 arasında değiştirmeniz gerekir. Benzer şekilde, diğer parametreler için yapın.

Son olarak, bir grafiği sürükleyin ve gösterge ayarlarındakiyle aynı prosedürü tekrarlayın. Son pano resmi yukarıdaki resimde gösterilmiştir.

Adın sağ tarafındaki daire simgesine tıklayarak da rengi değiştirebilirsiniz.

Adım 18: Sensör Verilerini ThingSpeak'e Yükleme

İlk olarak, ThingSpeak'te bir hesap oluşturun.

Ardından ThingSpeak hesabınızda yeni bir Kanal oluşturun. Yeni Kanal Nasıl Oluşturulacağını Bulun

Alan 1'i Sıcaklık, Alan 2'yi Nem ve Alan 3'ü basınç olarak doldurun.

ThingSpeak hesabınızda “Kanal”ı ve ardından “Kanalım”ı seçin.

Kanal adınıza tıklayın.

“API Anahtarları” sekmesine tıklayın ve “API Anahtarını Yaz” ı kopyalayın

Solar_Weather_Station_ThingSpeak kodunu açın. Ardından SSID ve Parolanızı yazın.

“WRITE API”yi kopyalanan “Write API Key” ile değiştirin.

Gerekli Kütüphane: BME280

Kredi: Bu kod benim tarafımdan yazılmamıştır. Plukas tarafından bir YouTube videosunda verilen bağlantıdan aldım.

Adım 19: Son Test

Cihazı güneş ışığına alın, TP 4056 şarj modülü üzerindeki kırmızı led yanacaktır.

1. Blynk Uygulama İzleme:

Blynk projesini açın. Her şey yolundaysa, göstergenin çalışacağını ve grafiğin sıcaklık verilerini çizmeye başladığını fark edeceksiniz.

2. ThingSpeak İzleme:

İlk önce, Thingspeak Chanel'inizi açın.

Ardından Veri Grafiklerini görmek için “Özel Görünüm” sekmesine veya “Genel Görünüm” sekmesine gidin.

Eğitilebilirliğimi okuduğunuz için teşekkürler.

Projemi beğendiyseniz paylaşmayı unutmayın.

2017 Mikrodenetleyici Yarışmasında Birincilik Ödülü