Malina Pi u divljini! Produženi vremenski interval s napajanjem baterije: 10 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Motivacija: Htio sam upotrijebiti Raspberry Pi kameru na baterije za snimanje fotografija jednom dnevno na otvorenom za stvaranje dugoročnih videozapisa s vremenskim odmakom. Moja je posebna primjena bilježenje rasta biljaka prizemlja ovog proljeća i ljeta.

Izazov: Dizajnirajte niskostrujnu kontrolu snage Raspberry Pi kako biste osigurali dugo trajanje baterije.

Moje rješenje: Koristim hakirani budilicu, sklop Attiny85 i Pimoroni OnOff podlogu za potpuno isključivanje napajanja Raspberry Pi -a kada se ne koristi. Dok Attiny85 i budilica nastavljaju raditi u stanju pripravnosti, trenutna potrošnja iznosi samo 5 mikroAmp. Dvije AAA baterije napajaju Attiny i budilicu, dok USB napaja Pi.

Osnovni rad: Kada se alarm oglasi, on budi uspavani Attiny krug, koji zatim signalizira Pimoroni OnOff podlošku za napajanje iz USB napajanja na Raspberry Pi. Pi izvodi skriptu run-at-boot (snimite fotografiju). Nakon što prođe dovoljno vremena (60 sekundi u mojoj aplikaciji), Attiny krug ponovno signalizira Pimoroni OnOff shim, a zatim Attiny prelazi u stanje mirovanja. Na temelju signala iz Attinyja, Pimoroni OnOff podmetač izvršava naredbu za isključivanje Pi, a nakon završetka procesa isključivanja Pi, prekida napajanje iz USB napajanja u Raspberry Pi.

Korak 1: Dijelovi i alati

Dijelovi:

Raspberry Pi Zero ili Raspberry Pi Zero W (crpi više energije)

Modul PI kamere za maline

Raspberry Pi Zero Case

Pimoroni ONOFF SHIM RASP PI PREKIDAČ POWER, Digikey

OPTOISOLATOR Digikey

Ciljak digitalnog budilnika na baterije

ATtiny85 8 DIP Digikey

(2) KAPA ALUM 100UF Digikey

DS3231 RTC modul AliExpress

(2) 68 ohmski otpornik

Kratki (oko 6 inča) mikro USB kabel

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

Kmashi 11200 mAh USB Power Bank # k-mp806 ili slično

Dvostruka ljepljiva traka

Mali samorezni vijak

(2) 1 X 8 -pinska ženska zaglavlja za slaganje - obično se prodaju Arduino UNO zaglavlja za slaganje AliExpress

Perf ili strip ploča oko 1 1/4 "po 2"

5 1/2 x 5/12 x 3/4 debljine bora ili šperploče

1 1/4 PVC cijev duga oko 15"

1 1/4 PVC spojnica

(2) kratki bungee kabeli dugi oko 10"

(4) Drvene igle za tiple promjera 1/4 "duljine oko 1"

UltraDeck prirodni zatvarač s rukavima

Alati:

Rezači žice i lemljeno željezo

Arduino UNO ili drugi način programiranja ATtiny85

Priključite žicu i kratkospojnike

Tipkovnica, miš, HDMI monitor, USB priključak i Ethernet čvorište, OTG kabel

Mulitmetar

Korak 2: Instalirajte Raspberry Pi OS, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC i modul Pi kamere

Postavljanje Pi Zero. Pripremite SD karticu za Raspberry Pi s distribucijom po vašem izboru. Tijekom početnog procesa postavljanja, obavezno omogućite I2C sučelje, kameru i podizanje sustava na CLI s automatskom prijavom, postavite točno lokalno vrijeme i promijenite lozinku. Također preporučujem postavljanje statičke IP adrese kako biste olakšali stvari. Lemljenje muškog zaglavlja na Pi Zero. Možete koristiti standardno zaglavlje 2 x 20 ili kraće zaglavlje 2 x 6 jer za ovaj projekt nije potrebno svih 40 pinova - samo prvih 12 pinova.

Instalacija kamere. Umetnite Pi Zero u kućište i upotrijebite priloženi kratki vrpčani kabel za povezivanje modula kamere s Pi Zero usmjeravanjem kabela vanjskog utora kućišta. Postavite gornji poklopac s prorezom za GPIO i pričvrstite kameru na poklopac dvostrukom ljepljivom trakom (pogledajte fotografiju).

Pripremite Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC. Iako Pimoroni OnOff Shim dolazi s ženskim zaglavljem 2 x 6, umjesto toga koristio sam dva 1 x 6 ženska zaglavlja za slaganje koja se obično prodaju za Arduino UNO, igle zaglavlja moraju se proširiti iznad Pimoroni OnOff Shima na mjestima pin -a Raspberry Pi 1, 3, 5, 7, 9, ostale pinove možete smanjiti do standardne duljine pinova. Gurnite DS3231 RTC na produžene pinove kao što je prikazano na fotografiji, a zatim gurnite Pimoroni OnOff Shim & DS3231 RTC podsklop na zaglavlje Raspberry Pi zaglavlja. kao što je prikazano.

Instalirajte softver Pimoroni OnOff Shim sa:

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

Za dodatne informacije o instaliranju Shima pogledajte ovdje

Instalirajte softver DS3231 RTC prema ovim uputama

Početna ispitivanja - Kamera, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC

Spojite lokalnu tipkovnicu i monitor na Pi Zero. Provjerite imate li mrežnu vezu (ethernet kabel ili Wifi). Priključite USB kabel za napajanje Pimoroni OnOff Shim.

a. Pritisnite tipku Pimoroni OnOff Shim 3 sekunde, a zatim je otpustite - ovo uključuje ili isključuje Pi Zero. Promatrajte postupak pokretanja i gašenja na monitoru. Vaš Pi Zero sada ima naprednu tehnološku nadogradnju - prekidač za uključivanje/isključivanje!

b. Postavite vrijeme DS3231 i provjerite čita li točno vrijeme pomoću:

sudo hwclock -w

sudo hwclock -r

c. Testirajte funkciju kamere prema ovim uputama.

Korak 3: Postavite Raspberry Pi skriptu Run-At-Boot i testnu kameru

Izradite i premjestite se u novi podkaptor zerocam

mkdir zerocam

cd zerocam

Pomoću nano uređivača stvorite novu datoteku skripte

nano fotografija.sh

Zatim kopirajte i zalijepite donji kod u nano editor. Zatvorite nano pomoću Ctrl+X, Y, a zatim se vratite.

#!/bin/bash

DATE = $ (datum +"%Y-%m-%d_%H%M") raspistill -o /home/pi/zerocam/$DATE-j.webp

Budući da ova skripta koristi naredbu convert, morat ćete instalirati ImageMagick na Raspberry Pi

sudo apt-get ažuriranje

sudo apt-get install imagemagick

Učinite datoteku izvršnom

chmod +x fotografija.sh

Otvorite /etc/rc.local (naredbe u ovoj datoteci pokreću se pri pokretanju)

sudo nano /etc/rc.local

Pri dnu datoteke, neposredno prije izlaza 0, dodajte ovaj novi redak, a zatim zatvorite nano pomoću Ctrl+X, Y, a zatim vratite.

sh /home/pi/zerocam/photo.sh

S priključenim lokalnim monitorom provjerite radi li

sudo ponovno podizanje sustava

Pi bi se trebao ponovno pokrenuti i snimiti fotografiju. U direktoriju/home/pi/zerocam bit će nova-j.webp

Također testirajte uključivanje i isključivanje Pi pomoću Pimoronijevog gumba. Izmjerite i zabilježite vrijeme pokretanja Pi. To bi trebalo trajati manje od 60 sekundi.

Korak 4: Hakirajte budilicu

Promatrajte kao proizveden rad - umetnite dvije AAA baterije u budilicu i uvježbajte postavljanje vremena i alarma prema priloženim uputama. Posebno promatrajte zvuk alarma - trebali biste vidjeti (1) mali simbol alarma na zaslonu kako treperi, (2) zvučni signal se oglašava 1 minutu, zatim se isključuje i (3) LED pozadinsko svjetlo svijetli 5 sekundi, a zatim se isključuje.

Rastavite - Uklonite četiri vijka sa sata unatrag kako biste odvojili dvije polovice, a zatim uklonite još četiri vijka kako biste oslobodili glavnu PCB.

Hakiranje - Odrežite LED vodiče na prednjoj strani PCB -a kako je prikazano i lemite na 5 dugačke žice do preostalih vodiča na stražnjoj strani PCB -a (pogledajte sliku). Odvalite zujalicu kao što je prikazano.

Priključcima pretinca za baterije dodajte dvije dodatne žice (crvenu i crnu) plus elektrolitički kondenzator od 100 MFD, kako je prikazano (obratite pozornost na polaritet).

Ponovno sastavite sat pazeći da LED i nova baterija izvode stražnje utore na stražnjem poklopcu, kao što je prikazano.

Ponovno testiranje - Umetnite baterije i isprobajte funkciju alarma - sada kada se alarm oglasi, trebali biste vidjeti kako mali simbol alarma na zaslonu treperi - ali nema zujalice i nema pozadinskog osvjetljenja. Spojite multimetar na LED vodiče trebali biste otkriti oko 3 VDC kad se alarm oglasi u razdoblju od oko 5 sekundi.

Korak 5: Izgradite ploču Attiny85

Pozivajući se na fotografiju i Attiny85 Schematic.pdf konstruirajte pločicu na malom komadu perf ploče ili trake. Bilješke:

• Svakako upotrijebite 8 -polnu DIP utičnicu za čip Attiny85 jer ga je potrebno ukloniti za programiranje.
• Prije lemljenja osigurajte ispravnu orijentaciju Optosa.
• Jumper vodi do Pimoronija. Shim bi trebao biti dugačak najmanje 4 inča sa ženskim zaglavljima za pričvršćivanje muških iglica Shims BTN.
• Pazite na polaritet prilikom povezivanja s alarmom klik - krug nema zaštitu od obrnutog polariteta

Korak 6: Prenesite kôd na Attiny 85 čip

Pomoću Arduino Uno ili na neki drugi način prenesite kôd (priložena datoteka AttinyPiPowerControl.ino) na svoj čip Attiny85. Napomena - ovaj kôd omogućuje 60 sekundi da se PI podigne, fotografira i dođe do naredbenog retka terminala prije pokretanja procesa gašenja. Zatim možete instalirati čip Attiny85 u utičnicu na ploči - provjerite orijentaciju.

Napomena: Ako vam je potrebno više ili manje vremena izvođenja Pi, samo uredite ovaj redak pri dnu:

kašnjenje (60000); // neka se Pi pokrene i pokrene neko vrijeme

Korak 7: Ožičenje i početno testiranje i preuzimanje foto datoteka s PI -a

Ožičenje:

Spojite USB power bank na mikro usb priključak Pimoroni shim. Spojite kratkospojnike s pločice Attiny85 na Pimoronijevu podlošku, pazite da se crni kabel spoji s vanjskim rubnim BTN pinom na Pimoronijevoj podlošci.

Test:

U budilicu umetnite 2 AAA baterije i postavite vrijeme sata. Preporučujem i spajanje Pi -jevog HDMI priključka na lokalni monitor.

Uključite alarm i postavite alarm nekoliko minuta u budućnosti. Kad se alarm oglasi, trebali biste vidjeti:

a. Ikona alarma sata počinje treperiti

b. Nakon otprilike 5 sekundi, crvena LED dioda Pimoroni Shim svijetli 5 sekundi

c. Pi se počinje podizati

d. Nakon otprilike 20 sekundi LED lampica kamere svijetli i snima se fotografija. Ako imate priključeni lokalni monitor, vidjet ćete kratki pregled snimljene fotografije.

e. Nakon otprilike 40 sekundi, Pi se podiže sve do naredbenog retka terminala

f. Pi započinje postupak gašenja, nakon otprilike 20 sekundi crvena LED dioda Pimoroni Shim treperi označavajući da je napajanje isključeno na PI

Preuzimanje datoteka fotografija s PI -a

PI povezujem na svoju mrežu pomoću OTG kabela, a USB na Ethernet adapter, napajajući Pi iz zidne bradavice. Zatim upotrijebite WinSCP za preuzimanje datoteka na moje računalo.

Korak 8: Sastavite elektroničko kućište

Pričvrstite ploču Attiny85 na stražnju stranu budilice malim vijkom za samoprezanje. Prikačite PI na sat pomoću dvostruke ljepljive trake kao što je prikazano

Pričvrstite lijevu stranu sata na dno vitrine dvostrukom ljepljivom trakom

Pričvrstite USB bateriju za napajanje na dno vitrine dvostrukom ljepljivom trakom kao što je prikazano.

Gornje kućište postavite na dno vitrine, kao što je prikazano.

Korak 9: Konstruirajte nosač za montažu, završnu montažu i pustite PI u divljinu

Donji dio: U komadu drveta 5 1/2 X 5 1/2 izrežite 4 utora 3/4 "prema unutra sa svake strane, kao što je prikazano. Koristio sam glodalicu za glodanje 1/4, ali možete i bušiti i piliti. središte napravite rupu za 1 1/4 PVC spojnicu. Idealna veličina rupe je 1 5/8 ", ali budući da sam imao samo pilu za rupe od 1 3/4", to sam upotrijebio i izgradio spojnu vanjsku spojnicu patkastom trakom. spoj na mjestu s epoksidom.

Centrirajte kućište elektronike iznad drvenog bloka i označite njegove obrise. Zatim izbušite četiri rupe od 1/4 sa svake strane kao što je prikazano. Zalijepite četiri 1 "dugačka 1/4" klina od drva u ove rupe - to će pomoći da se kućište drži u sredini.

Gornji dio: izbušite četiri rupe od 3/16 "blizu donjeg ruba svake veličine i umetnite 3/4" dugačke S-kuke u svaku rupu savijajući krajeve tako da ne padnu. Na unutarnjim rubovima vruće ljepilo 4 četiri 1/2 debljine komada drveta - oni će pomoći da gornji dio ostane centriran iznad kućišta.

Završna montaža: Zatvorite kućište elektronike između gornjeg i donjeg dijela i učvrstite s dva bungee kabela kao što je prikazano

Pustite PI u divljinu: Napravite kolac za montažu rezanjem 1 1/4 "PVC cijevi duljine koja odgovara vašim potrebama, odrežite jedan kraj pod kutom od 45 stupnjeva kako biste lakše udarili u zemlju. U mom slučaju ja ću Mene zanima ovo proljeće rast biljaka pokrivača tla (Vinea minor), pa je moj PVC ulog dug samo 15 ". Dvaput provjerite jesu li AAA baterije svježe, USB banka je potpuno napunjena i je li budilica ispravno postavljena - zatim utisnite kolac u tlo i gurnite sklop na vrh montažnog kolčića - pogledajte fotografiju.

Korak 10: Trenutna mjerenja i test ubrzanog vijeka trajanja baterije

Mjerio sam struju pomoću Radio Shack RS-232 multimetra (22-812) i pratećeg softvera Meter View. Nije izbor zvijeri, ali to je ono što imam.

Mjerenje potrošnje struje iz dvije AAA baterije napajanja Attiny85 ploče i budilice

Za "serijsko povezivanje" multimetra koristio sam lažne baterije i napajanje za 3 VDC stola (vidi fotografiju). Pogledajte grafikon struje izmjerene tijekom "aktivnog" razdoblja (počinje alarmnim događajem - završava Attiny85 se vraća u stanje mirovanja). Povlačenje bez alarma bilo je konstantno 0,0049 mA. Sažetak -

Aktivno razdoblje = 78 sekundi

Prosj. Razdoblje u aktivnom razdoblju Struja = 4,85 mA

Ne-alarmna struja = 4,9 mikroA (0,0049 mA)

Izračunao sam prosječno dnevno trošenje struje od 0,0093 mA iz dva AAA (750 mAh/svaki) uzimajući u obzir spavanje i aktivni način rada te teoretsko trajanje baterije> 8 godina korištenjem ove metode.

Mjerenje strujnog napona PI iz USB powerbank -a. Za "serijsko povezivanje" multimetra koristio sam modificirani USB kabel (vidi fotografiju). Pogledajte grafikon struje izmjerene tijekom "aktivnog" razdoblja (PI podizanje sustava - PI isključivanje). Tijekom neaktivnog razdoblja Pimoroni ONOFF podmetač potpuno prekida napajanje Pi, pa struja vuče ~ nulu. Sažetak -

Aktivno razdoblje = 97 sekundi

Prosj. Razdoblje u aktivnom razdoblju Struja = 137 mA

Uz pretpostavku da banka za napajanje ima kapacitet od 11200 mAh, teoretski broj ciklusa aktivnog razdoblja je> 3000.

Test ubrzanog vijeka trajanja baterije

Privremeno sam kontrolirao PI pomoću Arduina UNO programiranog za brzu vožnju bicikla - vrijeme između alarma bilo je 2 minute u odnosu na normalna 24 sata.

Test #1: Banka napajanja 11200mAh. Počelo je u 22 sata, a sutradan sam stao u 13 sati. Rezultati: 413 snimljenih fotografija, 3 od 4 LED diode napunjenosti još su uključene na kraju testa.

Test #2: Banka napajanja kapaciteta 7200 mAh. Počelo je u 19:30, a ja sam stao sljedećeg dana u 16:30. Rezultati: 573 snimljenih fotografija, 2 od 4 LED razine napunjenosti još su uključene na kraju testa.

Zaključak: Vjerujem da gornji rezultati ukazuju na to da je vjerojatna barem jedna godina snimanja 1 po fotografiji.