Raspberry Pi Solar Hava İstasyonu: 7 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Daha önceki iki projem olan Kompakt Kamera ve Taşınabilir Oyun Konsolu'nun tamamlanmasının teşvikiyle yeni bir meydan okuma bulmak istedim. Doğal ilerleme, bir dış mekan uzaktan kumanda sistemiydi…

Kendini şebekeden bağımsız olarak sürdürebilen ve sonuçları kablosuz bir bağlantı aracılığıyla bana her yerden gönderebilen bir Raspberry Pi hava istasyonu inşa etmek istedim! Bu projenin gerçekten zorlukları oldu, ancak neyse ki Raspberry Pi'ye güç sağlamak, PiJuice'i eklenen güneş desteğiyle (devrim niteliğindeki PiAnywhere teknolojimiz ile tamamlanan) bir güç kaynağı olarak kullanarak kolaylaştırılan ana zorluklardan biri. Pi'nizi ızgaradan çıkarın!).

İlk düşüncem, okuma yapmak için fantastik AirPi modülünü kullanmaktı. Ancak bunun iki ana dezavantajı vardı; sonuçları yüklemek için doğrudan bir internet bağlantısı gerektirir ve doğrudan Pi üzerindeki GPIO'ya bağlı olması gerekir, bu da Raspberry Pi'yi açığa çıkarmadan havaya maruz kalamayacağı anlamına gelir (bu hava istasyonunun çalışmasını istiyorsak ideal değildir). herhangi bir süre dayanır).

Çözüm… kendi algılama modülümü oluşturun! İlham almak için AirPi'nin çoğunu kullanarak, zaten sahip olduğum birkaç sensörü kullanarak çok basit bir prototip oluşturabildim; sıcaklık, nem, ışık seviyeleri ve genel gazlar. Ve bununla ilgili harika olan şey, herhangi bir zamanda daha fazla sensör eklemenin gerçekten çok kolay olmasıdır.

Düşük güç tüketimi nedeniyle Raspberry Pi a+ kullanmaya karar verdim. Bana sonuçları göndermek için EFCom Pro GPRS/GSM modülünü kullandım, bu modülü doğrudan cep telefonuma sonuçlarıyla birlikte bir metin gönderebiliyor! Oldukça temiz değil mi?

Diğer harika güneş enerjisi veya taşınabilir projeler için sahip olduğunuz herhangi bir fikirden memnuniyet duyuyorum. Yorumlarda bana bildirin ve bir eğitim oluşturmak için elimden geleni yapacağım!

Adım 1: Parçalar

1 x PiJuice + Güneş Paneli (devrim niteliğindeki PiAnywhere teknolojimizle tamamlandı - Pi'nizi şebekeden çıkarmanın en iyi yolu!)

1 x Ahududu Pi bir+

1 x EFCom Pro GPRS/GSM Modülü

1 x Sim Kart

1 x Ekmek Tahtası

protokol

1 x MCP3008 ADC

1 x LDR

1 x LM35 (Sıcaklık Sensörü)

1 x DHT22 (Nem Sensörü)

1 x TGS2600 Genel Hava Kalitesi sensörü

1 x 2.2 KΩ Direnç

1 x 22 KΩ Direnç

1 x 10 KΩ Direnç

10 x Dişi - Dişi Jumper telleri

Tek ölçülü tel çeşitleri

1 x Tek Dış Mekan Bağlantı Kutusu

1 x Çift Dış Mekan Bağlantı Kutusu

1 x Su Geçirmez Kablo Konektörü

2 x 20mm Yarı Kör Kablo Grometleri

Adım 2: Algılama Devresi

Bu projede epeyce farklı unsur var, bu yüzden her şeyi adım adım yapmak en iyisidir. İlk önce, algılama devresini nasıl bir araya getireceğimi anlatacağım.

Bunu önce bir breadboard üzerine kurmak iyi bir fikir, herhangi bir hata yaparsanız, referans olması için bir devre şeması ve adım adım resimler ekledim.

1. Bağlanacak ilk bileşen bu MCP3008 analogdan dijitale dönüştürücüdür. Bu, 8 adede kadar analog giriş alabilir ve Raspberry Pi ile SPI aracılığıyla haberleşir. Çip yukarı bakacak şekilde ve sizden en uzak uçta kesilmiş yarım daire ile, sağdaki pimlerin tümü Raspberry Pi'ye bağlanır. Bunları gösterildiği gibi bağlayın. Çipin nasıl çalıştığı hakkında biraz daha fazla bilgi edinmek isterseniz, burada MCP3008 ve SPI protokolü için harika bir kılavuz var.
2. Soldaki pinler, yukarıdan aşağıya 0-7 numaralı 8 Analog giriştir. LDR, genel gaz sensörü (TGS2600) ve sıcaklık sensörü (LM35) için yalnızca ilk 3'ü (CH0, CH1, CH2) kullanacağız. Önce LDR'yi şemada gösterildiği gibi bağlayın. Bir taraf toprağa, diğeri 2.2KΩ direnç ve CH0 aracılığıyla 3.3V'a.
3. Ardından, "genel gaz sensörünü" bağlayın. Bu gaz sensörü, hidrojen ve karbon monoksit gibi hava kirleticilerinin tespiti için kullanılır. Henüz belirli konsantrasyonların nasıl elde edileceğini çözmedim, bu yüzden şimdilik bu sensörden elde edilen sonuç, %100'ün tamamen doymuş olduğu temel bir yüzde seviyesidir. Sensör yukarı bakacak şekilde (alt taraftaki pimler), küçük çıkıntının doğrudan sağındaki pim, pim 1'dir ve ardından rakamlar pimin etrafında saat yönünde artar. Böylece 1 ve 2 numaralı pinler 5V'a, pin 3 CH1'e ve 22KΩ direnç üzerinden toprağa bağlanır ve pin4 doğrudan toprağa bağlanır.
4. Bağlanacak son analog sensör LM35 sıcaklık sensörüdür. Bunun 3 pini var. Sensörü düz taraf size en yakın olacak şekilde alın, en soldaki pim doğrudan 5V'a bağlanır (şemada işaretlenmemiş, benim hatam!), orta pim CH2'ye bağlanır ve en sağdaki pim doğrudan toprağa bağlanır. Kolay!
5. Bağlanacak son bileşen DHT22 nem sensörüdür. Bu dijital bir sensördür, dolayısıyla doğrudan Raspberry Pi'ye bağlanabilir. Sensörü, ızgara size ve alt taraftaki dört pime bakacak şekilde alın. Pinler soldaki 1'den sıralanır. 1'i 3.3V'a bağlayın. Pin 2, 10KΩ direnç üzerinden GPIO4 ve 3.3V'a gider. Pim 3'ü bağlantısız bırakın ve pim 4 doğrudan toprağa gider.

Bu kadar! Test devresi yapıldı. Vaktim olduğunda daha fazla bileşen eklemeyi umuyorum. Gerçekten bir basınç sensörü, bir rüzgar hızı sensörü eklemek istiyorum ve gaz konsantrasyonları hakkında daha akıllı veriler elde etmek istiyorum.

Adım 3: GSM Modülü

Artık algılama devreleri kurulduğuna göre, sonuçları almanın bir yolu olmalı. İşte burada GSM modülü devreye giriyor. Bunu, sonuçları hücresel şebeke üzerinden günde bir kez SMS ile göndermek için kullanacağız.

GSM modülü Raspberry Pi ile UART üzerinden seri olarak haberleşir. İşte Raspberry Pi ile seri iletişim hakkında harika bilgiler. Pi'nin seri portunun kontrolünü ele geçirmek için önce bazı konfigürasyonlar yapmamız gerekiyor.

Raspberry Pi'nizi standart bir Raspbian Image ile başlatın. Şimdi "/boot/cmdline.txt" dosyasını şuradan değiştirin:

"dwc_otg.lpm_enable=0 console=ttyAMA0, 115200 kgdboc=ttyAMA0, 115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 asansör=son tarih rootwait"

ile:

"dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 asansör=son tarih rootwait"

metnin altı çizili bölümünü kaldırarak.

İkinci olarak, aşağıdaki bölümdeki ikinci satırı yorumlayarak "/etc/inittab" dosyasını düzenlemeniz gerekir:

#Raspberry Pi seri hattında bir getty yumurtlayınT0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100"

Böylece şunları okur:

"#Raspberry Pi seri hattında bir getty ortaya çıkar#T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100"

ve Pi'yi yeniden başlatın. Artık seri port ile istediğiniz gibi iletişim kurmakta özgür olmalısınız. GSM modülünü bağlamanın zamanı geldi. Bunun nasıl yapıldığını görmek için önceki adımdaki devre şemasına ve yukarıdaki resimlere bakın. Temel olarak TX, RX'e ve RX TX'e bağlıdır. Raspberry Pi'de TX ve RX sırasıyla GPIO 14 ve 15'tir.

Şimdi, muhtemelen bu modülün çalışıp çalışmadığını kontrol etmek istersiniz, bu yüzden bir metin göndermeyi deneyelim! Bunun için Minicom'u indirmeniz gerekiyor. Seri porta yazmanıza izin veren bir programdır. Kullanmak:

"sudo apt-get install minicom"

Minicom kurulduktan sonra aşağıdaki komutla açılabilir:

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

9600 baud hızıdır ve /dev/ttyAMA0, Pi'nin seri bağlantı noktasının adıdır. Bu, seri portta yazdığınız her şeyin görüneceği, yani GSM modülüne gönderileceği bir terminal emülatörü açacaktır.

Doldurduğunuz sim kartınızı GSM modülüne takın ve güç düğmesine basın. Bundan sonra mavi bir led yanmalıdır. GSM modülü AT komut setini kullanır, gerçekten ilgileniyorsanız belgeler burada. Şimdi aşağıdaki komutla Raspberry Pi'nin modülü algıladığını kontrol ediyoruz:

"NS"

modül daha sonra şu şekilde yanıt vermelidir:

"TAMAM"

Harika! Ardından modülü, ikili yerine metin olarak SMS gönderecek şekilde yapılandırmamız gerekiyor:

"AT+CMGF = 1"

yine yanıt "Tamam" olmalıdır. Şimdi SMS gönderme komutunu yazıyoruz:

"AT+CMGS= "44************* "", yıldızları numaranızla değiştirin.

Modem ">" ile cevap verdikten sonra size mesaj yazabilirsiniz. Mesajı göndermek için tuşuna basın. İşte bu kadar ve şansınız yaver giderse doğrudan Raspberry Pi'nizden bir metin aldınız.

Artık GSM modülünün çalıştığını bildiğimize göre minicom'u kapatabilirsiniz; projenin geri kalanı için buna ihtiyacımız olmayacak.

Adım 4: Yazılımı İndirin ve Kuru Çalıştırın

Bu aşamada, her şey kablolarla bağlanmalı ve kuru çalışma için teste hazır olmalıdır. Her sensörden okuma alacak ve ardından sonuçları cep telefonunuza gönderecek oldukça basit bir python programı yazdım. Programın tamamını PiJuice Github sayfasından indirebilirsiniz. Şimdi PiJuice modülü ile test etmek için de iyi bir zaman olabilir. Sadece Raspberry Pi'nin GPIO'suna takılır, Pi'ye bağlı tüm teller doğrudan PiJuice'deki ilgili pin çıkışlarına takılır. Pi kadar kolay. Kodu indirmek için şu komutu kullanın:

git klonu

Bu, günde bir kez veri göndermek üzere ayarlanmıştır. Test amacıyla bu harika değil, bu yüzden programı düzenlemek isteyebilirsiniz. Bu kolayca yapılır; sadece dosyayı açın; "sudo nano weatherstation.py". En üstte bir "gecikmeyi ayarla" bölümü var. "delay=86400" satırını yorumlayın ve "delay=5" yorumunu kaldırın. Şimdi sonuçlar her 5 saniyede bir gönderilecek. Ayrıca programı kendi cep telefonu numaranızı içerecek şekilde değiştirmek isteyeceksiniz. "+44**********" yazan yeri bulun ve yıldızları kendi numaranızla değiştirin.

Programı çalıştırmadan önce DHT22 nem sensörünü okumak için bir kitaplık indirmeniz yeterli olacaktır:

git klonu

Ve kütüphanenin kurulması gerekiyor:

"cd Adafruit_Python_DHT"

"sudo apt-get güncellemesi"

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

"sudo python setup.py kurulumu"

Harika, şimdi programı test edebilirsiniz.

"sudo python weatherstation.py"

Program çalışırken sonuçlar cep telefonunuza gönderilmeli ve ayrıca her 5 saniyede bir terminalde yazdırılmalıdır.

Adım 5: Devreyi Oluşturun

Artık her şey pratikte çalıştığına göre, gerçek olanı inşa etme zamanı. Resimler, tüm ünitenin nasıl bir araya geldiğine dair genel fikri göstermektedir. İki ayrı konut birimi vardır; biri algılama devresi (içinde havanın dolaşmasına izin verecek deliklere sahip olacak) ve diğeri Raspberry Pi, GPRS ünitesi ve PiJuice için (tamamen su geçirmez), güneş paneli su geçirmez bir bağlantı ile bilgi işlem ünitesine bağlanacaktır. İki ünite daha sonra kolayca ayrılabilir, böylece sensör muhafazası veya bilgisayar muhafazası, tüm üniteyi indirmeye gerek kalmadan çıkarılabilir. Daha fazla sensör eklemek istiyorsanız veya başka bir proje için Raspberry Pi veya PiJuice'e ihtiyacınız varsa bu harika.

İki bağlantı kutusundan daha küçük olanın içine sığması için protokolü kırmanız gerekecek. Algılama devresinin bulunduğu yer burasıdır. Algılama devresi artık devre tahtasından protoboard'a aktarılır. Şimdi biraz lehimleme yapmanız gerekecek. Bir havyayı güvenli bir şekilde kullanma konusunda rahat olduğunuzdan emin olun. Emin değilseniz, yetkili bir lehimci olan birinden yardım isteyin.

Beni bu devrenin gerçek bir karmasını yapmaktan kurtaran laboratuardaki Patrick'e çok teşekkürler. Dakikalar içinde bir araya getirmeyi başardı! Benim gibi, en iyi bina devreleri değilseniz ve Patrick gibi size yardım etmeye hazır bir dehanız yoksa, elektrik kutunuza sığdığı sürece devreyi her zaman bir devre tahtası üzerinde bırakabilirsiniz..

Adım 6: Konut Birimlerinin Hazırlanması

Bu kısım gerçekten eğlenceli hale geldiği yer. Her kutudaki halkaları fark etmiş olabilirsiniz. Bunlar, kutuların elektrik için bağlantı noktaları haline gelebilmesi için devrilmek üzere tasarlanmıştır. Bunları, güneş paneline bağlanmak için algılama ünitesi ile bilgi işlem ünitesi arasında bağlantı kurmak için ve ayrıca hava sirkülasyonu sağlamak için algılama ünitesi için havalandırma olarak kullanacağız.

İlk olarak, resimlerde görüldüğü gibi, ikisi arasındaki bağlantı için her bir kutuya bir delik açın. Delikleri açmak, düzgün bir şekilde yapmak zor olabilir, ancak pürüzlü bir kenar önemli değildir. En iyi yöntemin, önce her deliğin etrafındaki girintili halkayı delmek için bir tornavida kullanmak ve ardından bir teneke boya kapağı gibi kaldırmak olduğunu buldum. Su geçirmez kablo konektörü daha sonra iki kutuyu bağlamak için kullanılır.

Ardından, güneş paneli kablosu için bilgisayar muhafazasında başka bir delik açmanız gerekecek. Bu delik daha sonra yarı kör kablo rondelalarınızdan biri ile tıkanır. Halkayı takmadan önce, kablonun geçmesi için bir delik açın. Bu, su geçirmez tutmak için mümkün olduğunca küçük olmalıdır, ardından mikro usb ucunu delikten geçirin (bu, PiJuice'a bağlanan uçtur).

Son olarak, havanın içeri ve dışarı çıkmasına izin vermek için algılama ünitesinde ekstra bir delik açılması gerekir. İki kutu arasındaki kavşağın tam karşısındaki bütüne gitmeye karar verdim. İkinci bir delik eklemek gerekebilir. Sanırım bir süre sonra hava istasyonunu kullandıktan sonra öğreneceğiz.

Adım 7: Hava İstasyonunu Kablolama ve Bitirme

Doğru, neredeyse orada. Son aşama, her şeyi kablolamak.

Bilgi işlem birimiyle başlayarak. Bu kutuda Raspberry Pi, Raspberry Pi GPIO'ya bağlanan The PiJuice ve dişi-dişi jumper kablolar aracılığıyla PiJuice'deki GPIO çıkışına bağlanan GSM modülü var. Güzel ve rahat! Bu aşamada, muhtemelen güneş panelinin USB kablosunun giriş noktasının etrafına bir çeşit kapatıcı koymanızı tavsiye ederim. Bir çeşit reçine veya süper yapıştırıcı muhtemelen işe yarayabilir.

Ardından algılama ünitesine geçin. Fotoğrafta yukarıdan aşağıya teller; gri, beyaz, mor ve mavi SPI veri hatlarıdır, siyah topraktır, turuncu 3.3V, kırmızı 5V ve yeşil GPIO 4'tür. Bunlara bağlanmak için jumper kabloları bulmanız ve ardından bunları su geçirmez kabloyla beslemeniz gerekecektir. Fotoğraflarda görüldüğü gibi konektör. Daha sonra her bir kablo ilgili GPIO'ya bağlanabilir ve konektör sıkılabilir. Bu aşamada tasarımın nasıl geliştirilebileceğini görmek kolaydır; LDR çok fazla ışığa maruz kalmayacak (göreceli değerleri bilmek yine de yararlı olabilir ve fazladan bir delik açmak yardımcı olabilir), bilgisayar birimiyle aynı boyutu kullanmanın daha iyi olacağını düşünüyorum Algılama ünitesi için de bir kutu olsaydı, devre kartını kutuya yerleştirmek daha kolay olurdu ve farklı düzenlemelerle oynamak için yer olurdu.

Fotoğraflarda gördüğünüz gibi şimdi bahçeye koydum. Umarım önümüzdeki birkaç gün içinde ben de bazı sonuçlar yayınlayabileceğim! Daha önce de söylediğim gibi, harika projeler için herhangi bir fikriniz varsa, bana bildirin!