Dovršite DIY Raspberry Pi meteorološku stanicu sa softverom: 7 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Krajem veljače vidio sam ovaj post na web stranici Raspberry Pi.

www.raspberrypi.org/school-weather-station-…

Oni su stvorili Raspberry Pi meteorološke stanice za škole. Potpuno sam ga želio! No, u to vrijeme (i vjerujem da je još u vrijeme pisanja ovoga) oni nisu javno dostupni (morate biti u odabranoj skupini testera). Pa, htio sam i nije mi se dalo prodati stotine dolara za postojeći sustav treće strane.

Stoga sam, kao dobar korisnik Instructablea, odlučio napraviti svoj vlastiti !!!

Malo sam istraživao i otkrio neke dobre komercijalne sustave na kojima bih se mogao osloniti. Pronašao sam neke dobre instruktore koji će pomoći u nekim od koncepata senzora ili maline PI. Čak sam pronašao i ovu web stranicu koja je bila prljava, morali su srušiti postojeći Maplin sustav:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Premotajte unaprijed oko mjesec dana i imam osnovni radni sustav. Ovo je potpuni Raspberry Pi Weather sustav sa samo osnovnim Raspberry Pi hardverom, kamerom i nekim odabranim analognim i digitalnim senzorima za mjerenje. Ne kupujemo već izrađene anemometre ili mjerače kiše, mi ih radimo sami! Evo njegovih značajki:

• Bilježi podatke u RRD i CSV pa se njima može manipulirati ili izvesti/uvesti u druge formate.
• Koristi API Weather Underground API za dobivanje sjajnih informacija poput povijesnih uspona i padova, faza Mjeseca i izlaska/zalaska sunca.
• Koristi Raspberry Pi kameru za snimanje slike jednom u minuti (zatim ih možete koristiti za isticanje vremena).
• Ima web stranice koje prikazuju podatke o trenutnim uvjetima i nekim povijesnim (posljednji sat, dan, 7 dana, mjesec, godina). Tema web stranice mijenja se s doba dana (4 mogućnosti: izlazak, zalazak sunca, dan i noć).

Sav softver za snimanje i prikazivanje informacija nalazi se na Githubu, čak sam i tamo radio neke greške, zahtjeve za značajkama:

github.com/kmkingsbury/raspberrypi-weather…

Ovaj projekt za mene je bio veliko iskustvo učenja, morao sam zaista zaroniti u mogućnosti Raspberry Pi -a, posebno s GPIO -om, a pogodio sam i neke bolne točke učenja. Nadam se da ćete, čitatelju, naučiti iz nekih mojih iskušenja i nevolja.

Korak 1: Materijali

Elektronika:

• 9 sklopki s trstikom (8 za smjer vjetra, 1 za mjerač kiše, opcionalno 1 za brzinu vjetra umjesto Hall senzora), koristio sam ove:
• 1 Hall senzor (za brzinu vjetra, nazvan anemometar) -
• Temperatura (https://amzn.to/2RIHf6H)
• Vlažnost (mnogo senzora vlažnosti dolazi s temperaturnim senzorom), koristio sam DHT11:
• Tlak (BMP je imao i senzor temperature), koristio sam BMP180, https://www.adafruit.com/product/1603, ovaj proizvod je sada ukinut, ali postoji ekvivalent s BMP280 (https://amzn.to/2E8nmhi)
• Fotootpornik (https://amzn.to/2seQFwd)
• GPS čip ili USB GPS (https://amzn.to/36tZZv3).
• 4 jaka magneta (2 za anemometar, 1 za smjer, 1 za mjerač kiše), koristio sam magnete za rijetke zemlje, visoko preporučeno) (https://amzn.to/2LHBoKZ).
• Nekoliko različitih otpornika, imam ovaj paket koji se s vremenom pokazao izuzetno korisnim:

• MCP3008 - za pretvaranje analognih u digitalne ulaze za Raspberry Pi -

Hardver

• Raspberry Pi - Prvotno sam koristio 2 s bežičnim adapterom, sada dobivam i 3 B+ komplet s adapterom za napajanje. (https://amzn.to/2P76Mop)
• Pi kamera
• Čvrsti 5V adapter za napajanje (ovo se pokazalo bolno dosadnim, na kraju sam dobio Adafruit, inače kamera izvlači previše soka i može/će objesiti Pi, ovdje je: https://www.adafruit.com/products /501)

Materijali:

• 2 potisna ležaja (ili će raditi i ležajevi za skejtbord ili koturaljke), nabavio sam ih na Amazonu:
• 2 vodootporna kućišta (koristio sam električno kućište iz lokalne velike kutije), nije važno, samo je potrebno pronaći kućište dobre veličine koje će imati dovoljno prostora i zaštititi sve).
• Neke PVC cijevi i završni zatvarači (različitih veličina).
• PVC nosači za montažu
• Par listova tankog pleksiglasa (ništa previše otmjeno).
• plastični nosači
• mini vijci (koristio sam #4 vijke i matice).
• 2 Plastični ukras za božićno drvce - korišten za anemometar, ja sam ga nabavio u lokalnom hobby lobbyju.
• Mali klin
• Mali komad šperploče.

Alati:

• Dremel
• Pištolj za ljepilo
• Lemilica
• Multimetar
• Bušilica

Korak 2: Glavno kućište - Pi, GPS, kamera, svjetlo

U glavnom kućištu nalaze se PI, kamera, GPS i svjetlosni senzor. Dizajniran je tako da bude vodootporan jer sadrži sve kritične komponente, mjerenja se vrše s udaljenog kućišta, a jedan je dizajniran tako da bude izložen/otvoren elementima.

Koraci:

Odaberite kućište, koristio sam električnu razvodnu kutiju, razne projektne kutije i vodootporne futrole jednako će dobro funkcionirati. Ključna stvar je da ima dovoljno mjesta za sve.

Moje kućište sadrži:

• Raspberry pi (na zastojima) - Potreban je WIFI čip, ne želite pokrenuti Cat5e u stražnje dvorište!
• Kamera (također u stanju mirovanja)
• GPS čip, povezan putem USB -a (pomoću sparkfun FTDI kabela: https://www.sparkfun.com/products/9718) - GPS pruža zemljopisnu širinu i dužinu, što je lijepo, ali što je još važnije, mogu dobiti točno vrijeme iz GPS!
• dvije utičnice ethernet/cat 5 za povezivanje glavnog kućišta s drugim kućištem u kojemu se nalaze drugi senzori. Ovo je bio samo prikladan način da kablovi prolaze između dvije kutije, imam otprilike 12 žica, a dva cat5 pružaju 16 mogućih veza, tako da imam prostora za proširenje/promjenu stvari.

Ispred mog kućišta postoji prozor iz kojeg Kamera može vidjeti. Slučaj s ovim prozorom štiti kameru, ali imao sam problema u kojima se crvena LED dioda na kameri (prilikom snimanja fotografije) reflektira od pleksiglasa i prikazuje se na fotografiji. Koristio sam crnu traku kako bih to ublažio i pokušao blokirati (i ostale LED diode s Pi i GPS -a), ali još nije 100%.

Korak 3: 'Daljinsko kućište' za temperaturu, vlažnost i tlak

Ovdje sam pohranio senzore temperature, vlažnosti i tlaka, kao i "povezivanje" za senzore za mjerenje kiše, smjer vjetra i brzinu vjetra.

Sve je vrlo jednostavno, pinovi se ovdje spajaju putem Ethernet kabela na potrebne pinove na Raspberry Pi.

Pokušao sam koristiti digitalne senzore gdje sam mogao, a zatim se bilo koji analogni dodaju na MCP 3008. Potrebno je do 8 analognih, što je bilo više nego dovoljno za moje potrebe, ali daje prostora za poboljšanje / proširenje.

Ovo kućište je otvoreno za zrak (mora biti radi točne temperature, vlažnosti i tlaka). Donje rupe su iskočene pa sam nekim krugovima dao sprej u obliku spreja za silikonski premaz (možete ga nabaviti na mreži ili na mjestu poput Fry's Electronics). Nadajmo se da bi trebao zaštititi metal od vlage, iako morate biti oprezni i ne koristiti ga na nekim od senzora.

Na vrhu kućišta nalazi se i senzor brzine vjetra. Bilo je to uzdizanje, mogao sam staviti brzinu vjetra ili smjer vjetra na vrh, nisam vidio neke veće prednosti jednoga nad drugim. Sve u svemu, želite da oba senzora (smjer vjetra i brzina) budu dovoljno visoki gdje zgrade, ograde, prepreke ne ometaju mjerenja.

Korak 4: Mjerač kiše

Uglavnom sam slijedio ove upute kako bih napravio stvarni mjerač:

www.instructables.com/id/Arduino-Weather-St…

Napravio sam ovo od pleksiglasa kako bih mogao vidjeti što se događa i mislio sam da će biti super. Općenito, pleksiglas je dobro funkcionirao, ali u kombinaciji s ljepilom, gumenim brtvilom i cjelokupnim rezanjem i bušenjem ne izgleda tako netaknuto, čak ni sa zaštitnom folijom.

Ključne točke:

• Senzor je jednostavni trstični prekidač i magnet koji se u RaspberryPi kodu tretira poput pritiska tipke, jednostavno brojim kante s vremenom, a zatim kasnije pretvaram u "inče kiše".
• Neka bude dovoljno velika da zadrži dovoljno vode za prevrtanje, ali ne toliko da joj treba mnogo da bi se prevrnula. Prilikom prvog prolaska učinio sam da svaki pladanj nije dovoljno velik da bi se napunio i počeo cijediti preko ruba prije nego što se prevrnuo.
• Također sam otkrio da bi zaostala voda mogla dodati pogrešku mjerenju. Znači, potpuno suho trebalo je X kapi da napuni stranu i prevrne je, nakon što je namočeno trebalo je Y kapi (što je manje od X) da napuni i prevrne. Nije velika količina, ali je utjecala pri pokušaju kalibriranja i dobivanja dobrog mjerenja "1 opterećenje jednako je koliko".
• Uravnotežite ga, možete varati dodavanjem ljepila za pištolj na donje krajeve ako je jedna strana znatno teža od druge, ali trebate je što je moguće bliže uravnoteženoj.
• Na fotografiji možete vidjeti kako postavljam malu opremu za testiranje koristeći neke spužve i drveni držač za testiranje i pravilno uravnoteženje prije instaliranja.

Korak 5: Smjer vjetra

Ovo je bio jednostavan vjetrokaz. Elektroniku sam bazirao na Maplin sustavu:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Ključne točke:

Ovo je analogni senzor. Osam trskastih prekidača u kombinaciji s različitim otpornicima dijeli izlaz na komade tako da po vrijednosti mogu identificirati u kojoj je koordinati senzor. (Koncept je objašnjen u ovom uputstvu:

• Nakon što ste pričvrstili dio vjetrometine, morate ga kalibrirati tako da "ovaj smjer pokazuje sjever".
• Napravio sam probnu opremu s drvom kako bih mogao jednostavno uključivati i isključivati otpornike koji su za mene pokrivali cijeli raspon vrijednosti, to mi je bilo od velike pomoći!
• Koristio sam potisni ležaj, bio je u redu, siguran sam da bi običan ležaj za skejtbord ili koturaljke bio jednako dobar.

Korak 6: Brzina vjetra

Ovaj sam se još jednom obratio zajednici Instructable i pronašao i slijedio ovo uputstvo:

www.instructables.com/id/Data-Logging-Anemo…

Ključne točke:

• Također možete upotrijebiti Hall senzor ili se prebaciti na senzor trske. Hall -ov senzor više je analogni senzor pa ako ga koristite na digitalni način, poput pritiska na gumb, morate se pobrinuti da očitanje/napon bude dovoljno visok da djeluje kao pravi pritisak na gumb, a ne nedovoljno.
• Veličina čaše je ključna, pa tako i duljina štapića! U početku sam koristio loptice za ping pong i bile su premale. Također sam ih stavio na dugačke štapove koji također nisu uspjeli. Bio sam jako frustriran, a onda sam naišao na instruktivnog, Ptorelli je odlično obavio objašnjenje i pomoglo mi je kad moj originalni dizajn nije tako dobro funkcionirao.

Korak 7: Softver

Softver je napisan na Pythonu za snimanje podataka sa senzora. Koristio sam neke druge Git knjižnice trećih strana iz Adafruit -a i druge za dobivanje informacija od senzora i GPS -a. Postoje i neki cron poslovi koji povlače i neke API informacije. Većina je objašnjena/opisana u Git dokumentaciji na adresi docs/install_notes.txt

Web softver je u PHP -u za prikaz na web stranici, a također koristi YAML za konfiguracijske datoteke i naravno RRD alat za pohranu i grafički prikaz podataka.

Koristi API Weather Underground API za dobivanje nekih zanimljivih podataka koje senzori ne mogu izvući: Snimite Hi i Lows, Fazu Mjeseca, vrijeme zalaska i izlaska Sunca, na njihovom API -ju su dostupni i Tides, za koje sam mislio da su zaista uredni, ali živim u Austinu u Teksasu koji je jako udaljen od vode.

Sve je to dostupno na Githubu i aktivno se održava i trenutno se koristi dok dodatno usavršavam i kalibriram svoj sustav, tako da možete podnositi i zahtjeve za značajke i izvješća o greškama.

Softver prolazi kroz promjenu teme ovisno o dobu dana, postoje 4 faze. Ako je trenutno vrijeme + ili - 2 sata od izlaska ili zalaska sunca, tada ćete dobiti teme izlaska i zalaska sunca (trenutno samo drugačija pozadina, vjerojatno ću ubuduće raditi različite boje fonta/obruba). Isto tako izvan tih raspona daje dnevnu ili noćnu temu.

Hvala vam na čitanju. Ako želite vidjeti više fotografija i videozapisa mojih projekata nego pogledati moj Instagram i YouTube kanal.

Treća nagrada na Pi/e Day natjecanju