WiFi meteorološka stanica na solarni pogon V1.0: 19 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

U ovom Instructable -u ću vam pokazati kako izgraditi WiFi meteorološku stanicu na solarni pogon sa Wemos pločom. Wemos D1 Mini Pro ima mali faktor oblika i širok raspon plug-and-play štitova čine ga idealnim rješenjem za brzi početak programiranja ESP8266 SoC-a. To je jeftin način za izgradnju Interneta stvari (IoT) i kompatibilan je s Arduinom.

Takođe možete pogledati moju novu verziju- 3.0 Weather Station.

Također možete pogledati moju novu verziju-2.0 Weather Station.

V2.0 PCB možete kupiti na PCBWay -u.

Sve moje projekte možete pronaći na

Nova meteorološka stanica ima sljedeće karakteristike:

1. Meteorološka stanica može mjeriti: temperaturu, vlažnost, barometarski pritisak, nadmorsku visinu

2. Gore navedene vremenske parametre možete pratiti sa svog pametnog telefona ili s weba (ThingSpeak.com)

3. Cijeli krug zajedno s napajanjem nalazi se unutar 3D štampanog kućišta.

4. Domet uređaja se povećava upotrebom 3dBi vanjske antene. To je oko 100 metara.

Korak 1: Potrebni dijelovi i alati

1. Wemos D1 Mini Pro (Amazon / Banggood)

2. TP 4056 ploča za punjenje (Amazon / Aliexpress)

3. Dioda (Aliexpress)

4. BME 280 senzor (Aliexpress)

5. Solarni panel (Banggood)

6. perforirana daska (Banggood)

7. Vijčani terminali (Banggood)

8. Odstupanja od PCB -a (Banggood)

9. Li -Ion baterija (Banggood)

10. AA držač baterije (Amazon)

11. 22 AWG žica (Amazon / Banggood)

12. Super ljepilo (Amazon)

13. Ljepljiva traka (Amazon)

14. Filament za 3D štampanje -PLA (GearBest)

Alati koji se koriste:

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

2. Lemilica (Amazon)

3. Pištolj za ljepilo (Amazon)

4. Rezač / skidač žice (Amazon)

Korak 2: Napajanje

Moj plan je da postavim meteorološku stanicu na udaljeno mjesto (moju seosku kuću). Za neprekidno pokretanje meteorološke stanice mora postojati kontinuirano napajanje, inače sistem neće raditi. Najbolji način za osiguravanje stalnog napajanja strujnog kruga je upotreba baterije. Ali nakon nekoliko dana baterija će se isprazniti, pa je zaista teško otići tamo i napuniti je. Tako je predloženo solarno kolo za punjenje za besplatnu energiju sunca za punjenje baterija i napajanje Wemos ploče. Koristio sam 14450 Li-Ion bateriju umjesto baterije 18650 zbog njene manje veličine. Veličina je ista kao i AA baterija.

Baterija se puni sa solarne ploče preko modula za punjenje TP4056. Modul TP4056 dolazi sa zaštitnim čipom za bateriju ili bez zaštitnog čipa. Preporučujem kupovinu modula sa uključenim čipom za zaštitu baterije.

O punjaču baterija TP4056

Modul TP4056 savršen je za punjenje pojedinačnih ćelija 3,7 V 1 Ah ili više LiPo ćelija. Zasnovan na IC punjaču TP4056 i IC za zaštitu baterije DW01, ovaj modul će ponuditi struju punjenja od 1000 mA, a zatim će se prekinuti po završetku punjenja. Nadalje, kada napon baterije padne ispod 2,4 V, zaštitna IC će prekinuti opterećenje kako bi zaštitila ćeliju od podnapona. Također štiti od prenapona i veze obrnutog polariteta.

Korak 3: Mjerenje vremenskih podataka

U ranijim danima, vremenski parametri poput temperature okoline, vlažnosti i barometarskog tlaka mjereni su zasebnim analognim instrumentima: termometrom, higrometrom i barometrom. Ali danas je tržište preplavljeno jeftinim i efikasnim digitalnim senzorima koji se mogu koristiti za mjerenje različitih parametara okoliša. Najbolji primjeri su senzori poput DHT11, DHT 22, BMP180, BMP280 itd.

U ovom projektu ćemo koristiti BMP 280 senzor.

BMP 280:

BMP280 je sofisticirani senzor koji vrlo precizno mjeri barometarski pritisak i temperaturu sa razumnom tačnošću. BME280 je sljedeća generacija Boschevih senzora i nadogradnja je na BMP085/BMP180/BMP183 - s niskom bukom od 0,25 m i istim brzim vremenom konverzije.

Prednost ovog senzora je to što može koristiti I2C ili SPI za komunikaciju s mikrokontrolerom. Za jednostavno i jednostavno ožičenje predlažem da kupite ploču s verzijom I2C.

Korak 4: Korištenje vanjske antene (3dBi)

Ploča Wemos D1 mini Pro ima ugrađenu keramičku antenu zajedno s mogućnošću povezivanja vanjske antene radi poboljšanja dometa. Prije korištenja vanjske antene morate preusmjeriti signal antene iz ugrađene keramičke antene u vanjsku utičnicu. To se može postići rotiranjem otpornika na nuli oma za malu površinu (0603) (ponekad se naziva i veza).

Možete pogledati ovaj video koji je napravio Alex Eames za rotiranje otpornika nula ohma.

Zatim umetnite SMA konektor antene u utor za mini antenu Wemos Pro.

Korak 5: Lemite zaglavlja

Wemos moduli dolaze s različitim zaglavljima, ali morate ih lemiti prema vašim potrebama.

Za ovaj projekat, 1. Lemite dva muška zaglavlja na Wemos D1 pro mini ploču.

2. Lemite 4 -polno muško zaglavlje na BMP 280 modul.

Nakon lemljenja zaglavlja modul će izgledati kao što je prikazano na gornjoj slici.

Korak 6: Dodavanje zaglavlja i terminala

Sljedeći korak je lemljenje zaglavlja na perforiranu ploču.

1. Prvo postavite ploču Wemos preko perforirane ploče i označite njen otisak. Zatim lemite dva reda ženskih zaglavlja preko označenog položaja.

2. Zatim zalemite 4 -pinske ženske zaglavlje kao što je prikazano na slici.

3. Lemljeni vijčani priključci za spajanje akumulatora.

Korak 7: Montirajte ploču za punjenje:

Zalijepite mali komad dvostrane trake na stražnju stranu modula za punjenje, a zatim ga zalijepite na perforiranu ploču kao što je prikazano na slici. Tijekom montaže treba voditi računa da se ploča poravna tako da se rupe za lemljenje podudaraju s rupama na perforiranoj ploči.

Dodavanje terminala za solarnu ploču

Lemite vijčani terminal blizu mikro USB priključka na ploči za punjenje.

Ovaj terminal možete lemiti i u ranijem koraku.

Korak 8: Shema ožičenja

Prvo izrežem male komade žica različitih boja i skinem izolaciju s oba kraja.

Zatim sam lemio žice prema shematskom dijagramu kako je prikazano na gornjoj slici.

Wemos -> BME 280

3,3 V - -> Vin

GND GND

D1 SCL

D2 SDA

TP4056 Veza

Terminal solarne ploče -> + i - u blizini mikro USB priključka

Terminali baterije -> B+ i B-

5V i GND Wemosa -> Out+ i Out-

Napomena: Dioda spojena na solarni panel (prikazana na shemi) nije potrebna jer modul TP4056 ima ugrađenu diodu na ulazu.

Korak 9: Dizajniranje kućišta

Ovo je bio korak koji mi je oduzimao najviše vremena. Potrošio sam oko 4 sata na dizajn kućišta. Za dizajn sam koristio Autodesk Fusion 360. Kućište ima dva dijela: glavno tijelo i prednji poklopac

Glavno tijelo je u osnovi dizajnirano da stane na sve komponente. Može primiti sljedeće komponente

1. Ploča 50x70mm

2. AA držač baterije

3. 85,5 x 58,5 x 3 mm solarna ploča

4. 3dBi vanjska antena

Preuzmite.stl datoteke iz Thingiverse -a

Korak 10: 3D štampanje

Nakon završetka dizajna, vrijeme je za 3D ispis kućišta. U Fusion 360 možete kliknuti na marku i izrezati model pomoću softvera za rezanje. Koristio sam Cura za rezanje modela.

Koristio sam Anet A8 3D štampač i 1,75 mm zeleni PLA za štampanje svih dijelova tijela. Trebalo mi je oko 11 sati za štampanje glavnog kućišta i oko 4 sata za štampanje prednje korice.

Toplo vam preporučujem da za vas koristite drugi štampač, a to je Creality CR - 10. Sada je dostupna i mini verzija CR -10. Štampači Creality jedan su od mojih omiljenih 3D štampača.

Budući da sam tek počeo s 3D dizajnom, moj dizajn nije bio optimističan. Ali siguran sam da se ovo kućište može napraviti pomoću manjeg materijala (manje vremena za štampanje). Kasnije ću pokušati poboljšati dizajn.

Moje postavke su:

Brzina štampe: 40 mm/s

Visina sloja: 0,2

Gustoća punjenja: 15%

Temperatura ekstrudera: 195 ° C

Temperatura kreveta: 55 ° C

Korak 11: Ugradnja solarne ploče i baterije

Lemite crvenu žicu od 22 AWG na pozitivni priključak i crnu žicu na negativni terminal solarne ploče.

Umetnite dvije žice u rupe na krovu kućišta glavnog kućišta.

Za pričvršćivanje solarne ploče upotrijebite super ljepilo i pritisnite ga neko vrijeme za pravilno lijepljenje.

Zatvorite rupe iznutra vrućim ljepilom.

Zatim umetnite držač baterije u otvor na dnu kućišta.

Korak 12: Instaliranje antene

Odvrnite matice i podloške u SMA konektoru.

Umetnite SMA konektor u otvore predviđene na kućištu. Pogledajte gornju sliku.

Zatim pritegnite maticu zajedno s podloškama.

Sada instalirajte antenu ispravnim poravnavanjem sa SMA konektorom.

Korak 13: Instaliranje ploče

Montirajte odvojke na 4 ugla ploče.

Nanesite super ljepilo na 4 utora u kućištu. Pogledajte gornju sliku.

Zatim poravnajte držač sa 4 utora i postavite ga. ostavite malo da se osuši.

Korak 14: Zatvorite prednji poklopac

Nakon ispisa prednjeg poklopca možda neće savršeno pristajati uz tijelo glavnog kućišta. U tom slučaju samo ga izbrusite sa strane pomoću brusnog papira.

Gurnite prednji poklopac u proreze na glavnom kućištu.

Da biste ga učvrstili, upotrijebite ljepljivu traku na dnu.

Korak 15: Programiranje

Da biste koristili Wemos D1 s Arduino bibliotekom, morat ćete koristiti Arduino IDE sa podrškom za ESP8266 ploču. Ako to već niste učinili, možete jednostavno instalirati podršku za ESP8266 Board na svoj Arduino IDE slijedeći ovaj vodič Sparkfun.

Poželjne su sljedeće postavke:

PU frekvencija: 80MHz 160MHz

Veličina blica: 4M (3M SPIFFS) - 3M Veličina sistema datoteka 4M (1M SPIFFS) - 1M Veličina sistema datoteka

Brzina otpremanja: 921600 bps

Arduino kôd za aplikaciju Blynk:

Način spavanja:

ESP8266 je prilično gladan uređaj. Ako želite da vaš projekt radi na bateriji duže od nekoliko sati, imate dvije mogućnosti:

1. Nabavite ogromnu bateriju

2. Pametno uspavajte Stvar.

Najbolji izbor je druga opcija. Prije korištenja značajke dubokog sna, Wemos D0 pin mora biti spojen na pin za resetiranje.

Zasluge: Ovo je predložio jedan od korisnika instructablesa "tim Rowledge".

Više opcija za uštedu energije:

Wemos D1 Mini ima malu LED lampicu koja svijetli kada se ploča napaja. Potroši mnogo energije. Zato samo izvucite tu LED diodu s kliještima. To će drastično smanjiti struju spavanja.

Sada uređaj može dugo raditi s jednom Li-Ion baterijom.

#define BLYNK_PRINT Serial // Komentirajte ovo kako biste onemogućili ispis i uštedjeli prostor #include #include

#include "Seeed_BME280.h" #include BME280 bme280; // Trebali biste dobiti Auth Token u aplikaciji Blynk. // Idite na Postavke projekta (ikona oraha). char auth = "3df5f636c7dc464a457a32e382c4796xx"; // Vaši WiFi vjerodajnice. // Postavite lozinku na "" za otvorene mreže. char ssid = "SSID"; char pass = "PROLAZNA RIJEČ"; void setup () {Serial.begin (9600); Blynk.begin (auth, ssid, pass); Serial.begin (9600); if (! bme280.init ()) {Serial.println ("Greška uređaja!"); }} void loop () {Blynk.run (); // temperature dobijanja i ispisa float temp = bme280.getTemperature (); Serial.print ("Temp:"); Serial.print (temp); Serial.println ("C"); // Jedinica za Celsius jer originalni arduino ne podržava speical simbole Blynk.virtualWrite (0, temp); // virtualni pin 0 Blynk.virtualWrite (4, temp); // virtualni pin 4 // dobijte i ispišite podatke o atmosferskom pritisku float pressure = bme280.getPressure (); // pritisak u Pa plovku p = pritisak/100,0; // tlak u hPa Serial.print ("Pritisak:"); Serial.print (p); Serial.println ("hPa"); Blynk.virtualWrite (1, p); // virtualni pin 1 // dobivanje i ispis podataka o visini float altitude = bme280.calcAltitude (pressure); Serial.print ("Visina:"); Serial.print (nadmorska visina); Serial.println ("m"); Blynk.virtualWrite (2, nadmorska visina); // virtualni pin 2 // dobivanje i ispis podataka o vlažnosti zraka float Vlažnost = bme280.getHumidity (); Serial.print ("Vlažnost:"); Serial.print (vlažnost); Serial.println ("%"); Blynk.virtualWrite (3, vlažnost); // virtualni pin 3 ESP.deepSleep (5 * 60 * 1000000); // vrijeme dubokog sna je definirano u mikrosekundama. }

Korak 16: Instalirajte Blynk aplikaciju i biblioteku

Blynk je aplikacija koja omogućuje potpunu kontrolu nad Arduinom, Rasberryjem, Intel Edisonom i još mnogo više hardvera. Kompatibilan je s Androidom i iPhoneom. Trenutno je aplikacija Blynk dostupna besplatno.

Aplikaciju možete preuzeti sa sljedeće veze

1. Za Android

2. Za iPhone

Nakon preuzimanja aplikacije, instalirajte je na svoj pametni telefon.

Zatim morate uvesti biblioteku u svoj Arduino IDE.

Preuzmite biblioteku

Prilikom prvog pokretanja aplikacije morate se prijaviti - da biste unijeli adresu e -pošte i lozinku. Pritisnite “+” u gornjem desnom kutu zaslona za kreiranje novog projekta. Onda daj ime.

Odaberite ciljni hardver "ESP8266" Zatim kliknite "E-pošta" da biste sebi poslali autorizacijski token-trebat će vam u kodu

Korak 17: Napravite kontrolnu tablu

Nadzorna ploča sastoji se od različitih widgeta. Za dodavanje widgeta slijedite korake u nastavku:

Pritisnite „Kreiraj“za ulazak na glavni ekran nadzorne ploče.

Zatim ponovo pritisnite “+” da biste dobili “Widget Box”

Zatim povucite 4 mjerača.

Kliknite na grafikone i otvoriće se meni sa postavkama kao što je prikazano gore.

Morate promijeniti naziv "Temperatura", Odaberite virtualni pin V1, a zatim promijeniti raspon od 0 -50. Slično, učinite za ostale parametre.

Na kraju, povucite grafikon i ponovite isti postupak kao u postavkama mjerača. Konačna slika nadzorne ploče prikazana je na gornjoj slici.

Boju možete promijeniti i klikom na ikonu kruga s desne strane imena.

Korak 18: Prijenos podataka senzora u ThingSpeak

Prvo stvorite račun na ThingSpeak -u.

Zatim stvorite novi kanal na svom ThingSpeak računu. Saznajte kako stvoriti novi kanal

Popunite polje 1 kao temperaturu, polje 2 kao vlažnost i polje 3 kao pritisak.

Na svom ThingSpeak računu odaberite "Kanal", a zatim "Moj kanal".

Kliknite na naziv kanala.

Kliknite karticu "API Keys" i kopirajte "Write API Key"

Otvorite kôd Solar_Weather_Station_ThingSpeak. Zatim upišite svoj SSID i lozinku.

Zamijenite "WRITE API" kopiranim "Write API Key".

Potrebna biblioteka: BME280

Kredit: Ovaj kod nisam napisao ja. Dobio sam ga sa veze koju je u videu na YouTubeu dao plukas.

Korak 19: Završni test

Postavite uređaj na sunčevu svjetlost, svijetlit će crvena LED dioda na modulu punjača TP 4056.

1. Nadzor aplikacije Blynk:

Otvorite projekat Blynk. Ako je sve u redu, primijetit ćete da mjerač živi i grafikon počinje iscrtavati podatke o temperaturi.

2. Nadgledanje ThingSpeak -a:

Prvo otvorite svoj Thingspeak Chanel.

Zatim idite na karticu „Privatni prikaz“ili „Javni prikaz“da biste vidjeli grafikone podataka.

Hvala što ste pročitali moj Instructable.

Ako vam se sviđa moj projekt, ne zaboravite ga podijeliti.

Prva nagrada na takmičenju za mikrokontrolere 2017