Stație meteo completă DIY Raspberry Pi cu software: 7 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Înapoi la sfârșitul lunii februarie am văzut această postare pe site-ul Raspberry Pi.

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

Au creat Stații Meteorologice Raspberry Pi pentru Școli. Mi-am dorit în totalitate una! Dar în acel moment (și cred că încă de la scrierea acestui lucru) nu sunt disponibile publicului (trebuie să fiți într-un grup select de testeri). Ei bine, am vrut și nu am avut chef să scoatem sute de dolari pentru un sistem de terțe părți existent.

Așa că, ca un bun utilizator instructabil, am decis să-mi fac propriile mele !!!

Am făcut o mică cercetare și am găsit câteva sisteme comerciale bune pe care să le pot baza. Am găsit câteva instructabile bune pentru a vă ajuta cu unele dintre conceptele senzorului sau Raspberry PI. Am găsit chiar și acest site, care era plătit, au dărâmat un sistem Maplin existent:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Avansează aproximativ o lună și am un sistem de lucru de bază. Acesta este un sistem Raspberry Pi Weather complet, cu hardware-ul de bază Raspberry Pi, cameră foto și câțiva senzori analogici și digitali asortați pentru a face măsurătorile noastre. Fără a cumpăra anemometre prefabricate sau aparate de măsurare a ploii, noi le facem noi! Iată caracteristicile sale:

• Înregistrează informații în RRD și CSV, deci pot fi manipulate sau exportate / importate în alte formate.
• Folosește API-ul Weather Underground pentru a obține informații interesante, cum ar fi maxime și minime istorice, faze lunare și răsărit / apus.
• Folosește camera Raspberry Pi pentru a face o fotografie o dată pe minut (le puteți utiliza apoi pentru a face timelaps-uri).
• Are pagini web care afișează datele pentru condițiile curente și unele istorice (ultima oră, zi, 7 zile, lună, an). Tema site-ului web se schimbă odată cu momentul zilei (4 opțiuni: răsărit, apus, zi și noapte).

Tot software-ul pentru înregistrarea și afișarea informațiilor se află într-un Github, chiar am făcut câteva urmăriri de erori, cereri de caracteristici și acolo:

github.com/kmkingsbury/raspberrypi-weather…

Acest proiect a fost o experiență minunată de învățare pentru mine, am ajuns să mă scufund cu adevărat în capacitățile Raspberry Pi, în special cu GPIO, și am atins și câteva puncte de durere de învățare. Sper că tu, cititorul, poți învăța din unele dintre încercările și necazurile mele.

Pasul 1: Materiale

Electronică:

• 9 comutatoare Reed (8 pentru direcția vântului, 1 pentru ploaia, opțional 1 pentru viteza vântului în locul unui senzor Hall), le-am folosit:
• 1 senzor Hall (pentru viteza vântului, numit anemometru) -
• Temperatura (https://amzn.to/2RIHf6H)
• Umiditate (o mulțime de senzori de umiditate vin cu un senzor de temperatură), am folosit DHT11:
• Presiune (BMP a venit și cu un senzor de temperatură), am folosit BMP180, https://www.adafruit.com/product/1603, acest produs este întrerupt, dar există un echivalent cu BMP280 (https://amzn.to/2E8nmhi)
• Fotorezistor (https://amzn.to/2seQFwd)
• Chip GPS sau GPS USB (https://amzn.to/36tZZv3).
• 4 magneți puternici (2 pentru anemometru, 1 pentru direcție, 1 pentru Rain Gauge), am folosit magneții de pământ rar, foarte recomandat) (https://amzn.to/2LHBoKZ).
• O mână de rezistențe asortate, am acest pachet care s-a dovedit extrem de la îndemână în timp:

• MCP3008 - pentru a converti intrările analogice în digitale pentru Raspberry Pi -

Hardware

• Raspberry Pi - Am folosit inițial 2 cu un adaptor wireless, acum primesc și kitul 3 B + cu adaptor de alimentare. (https://amzn.to/2P76Mop)
• Camera Pi
• Un adaptor de alimentare solid de 5V (s-a dovedit a fi dureros de enervant, în cele din urmă l-am luat pe cel Adafruit, altfel camera trage prea mult suc și poate / va atârna Pi-ul, este aici: https://www.adafruit.com/products / 501)

Materiale:

• 2 Rulmenți reglabili (sau rulmenții pentru skateboard sau rulouri vor funcționa și ei), i-am primit pe Amazon:
• 2 Carcase impermeabile (am folosit o carcasă electrică din magazinul local mare), nu contează prea mult, trebuie doar să găsesc o carcasă de dimensiuni bune, care să aibă suficient spațiu și să protejeze totul).
• Unele țevi din PVC și capace de capăt (diferite dimensiuni).
• Suporturi de montare din PVC
• Cuplu foi de plexiglas subțire (nimic prea elegant).
• distanțe din plastic
• mini șuruburi (am folosit # 4 șuruburi și piulițe).
• 2 Ornament de brad din plastic - folosit pentru anemometru, l-am luat pe al meu la lobby-ul local.
• Diblă mică
• Bucată mică de placaj.

Instrumente:

• Dremel
• Pistol de lipit
• Ciocan de lipit
• Multimetru
• Burghiu

Pasul 2: Carcasă principală - Pi, GPS, cameră, lumină

Carcasa principală găzduiește PI, camera, GPS-ul și senzorul de lumină. Este proiectat pentru a fi impermeabil, deoarece găzduiește toate componentele critice, măsurătorile sunt luate de la carcasa de la distanță și acesta este conceput pentru a fi expus / deschis elementelor.

Pași:

Alegeți o incintă, am folosit o cutie de joncțiune electrică, diverse cutii de proiect și carcase impermeabile vor funcționa la fel de bine. Punctul cheie este că are suficient spațiu pentru a ține totul.

Carcasa mea conține:

• Raspberry pi (pe standoffs) - Are nevoie de un cip WIFI, nu doriți să rulați Cat5e în curtea din spate!
• Camera (de asemenea, la standoffs)
• Cipul GPS, conectat prin USB (utilizând un cablu sparkfun FTDI: https://www.sparkfun.com/products/9718) - GPS-ul oferă latitudine și longitudine, ceea ce este frumos, dar mai important, pot obține timp precis de la GPS-ul!
• două mufe ethernet / cat 5 pentru a conecta incinta principală la cealaltă incintă care găzduiește ceilalți senzori. Acesta a fost doar un mod convenabil de a avea cabluri între cele două cutii, am aproximativ 12 fire, iar cele două cat5 oferă 16 conexiuni posibile, așa că am spațiu pentru a extinde / schimba lucrurile în jur.

Există o fereastră în partea din față a incintei mele pe care Camera să o poată vedea. Carcasa cu această fereastră protejează camera, dar am avut probleme în care ledul roșu al camerei (când face o fotografie) se reflectă în plexiglas și apare în fotografie. Am folosit niște bandă neagră pentru a atenua acest lucru și a încerca să îl blochez (și alte LED-uri de la Pi și GPS), dar încă nu este 100%.

Pasul 3: „Carcasă la distanță” pentru temperatură, umiditate, presiune

Aici am stocat senzorii de temperatură, umiditate și presiune, precum și „agățăturile” pentru senzorii de ploaie, direcția vântului și viteza vântului.

Totul este foarte simplu, pinii se conectează aici prin cablurile Ethernet la pinii necesari de pe Raspberry Pi.

Am încercat să folosesc senzori digitali acolo unde am putut și apoi orice analog este adăugat la MCP 3008 este nevoie de până la 8 analog, ceea ce a fost mai mult decât suficient pentru nevoile mele, dar oferă spațiu pentru îmbunătățire / extindere.

Această incintă este deschisă aerului (trebuie să fie pentru temperatură, umiditate și presiune precise). Găurile de jos sunt scoase la iveală, așa că am oferit unora dintre circuite un spray de silicon Conformal Coating spray (îl puteți obține online sau într-un loc ca Fry's Electronics). Sperăm că ar trebui să protejeze metalul de orice umezeală, deși trebuie să fii atent și să nu-l folosești pe unii senzori.

Partea superioară a incintei este, de asemenea, locul în care se potrivește senzorul de viteză a vântului. A fost o aruncare în sus, aș fi putut pune viteza vântului sau direcția vântului deasupra, nu am văzut avantaje majore ale uneia față de cealaltă. În general, doriți ambii senzori (direcția vântului și viteza) suficient de mari acolo unde clădirile, gardurile, obstacolele nu interferează cu măsurătorile.

Pasul 4: Pluviometru

Am urmat cel mai mult acest instructable pentru a face ecartamentul real:

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

Am făcut asta din plexiglas, ca să văd ce se întâmplă și m-am gândit că va fi grozav. În general, plexiglasul a funcționat bine, dar combinat cu Gluegun, etanșant din cauciuc și tăierea și găurirea generală nu rămâne atât de curat, chiar și cu folia de protecție.

Puncte cheie:

• Senzorul este un simplu comutator Reed și magnet tratat ca o apăsare de buton în codul RaspberryPi, contorizez simplu gălețile în timp și apoi fac conversia mai târziu în „centimetri de ploaie”.
• Faceți-l suficient de mare pentru a ține suficientă apă pentru a răsturna, dar nu atât de mult încât să aibă nevoie de mult pentru a răsturna. Prima mea trecere am făcut ca fiecare tavă să nu fie suficient de mare, astfel încât să se umple și să înceapă să se scurgă peste margine înainte de a se răsturna.
• De asemenea, am constatat că apa reziduală poate adăuga o eroare la măsurare. Adică, complet uscat, a fost nevoie de X picături pentru a umple o parte și a-l răsturna, odată udat, a fost nevoie de Y picături (care este mai puțin de X) pentru a umple și a răsturna. Nu este o cantitate uriașă, dar a intrat în vigoare atunci când încercați să calibrați și să obțineți o măsură bună „1 este egală cu cât”.
• Echilibrați-l, puteți înșela adăugând lipici lipit la capetele de dedesubt dacă o parte este mult mai grea decât cealaltă, dar aveți nevoie de el cât mai aproape de echilibrat.
• Puteți vedea în fotografia Am configurat o mică instalație de testare folosind niște bureți și un suport pentru lemn pentru a testa și a-l echilibra corect înainte de instalare.

Pasul 5: direcția vântului

Aceasta a fost o simplă velină. Am bazat electronica de pe sistemul Maplin:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Puncte cheie:

Acesta este un senzor analogic. Cele opt comutatoare reed combinate cu diverse rezistențe împart ieșirea în bucăți, astfel încât să pot identifica în ce coordonată este senzorul în funcție de valoare. (Conceptul este explicat în acest instructable:

• După înșurubarea părții palete, trebuie să o calibrați astfel încât „această direcție este cea care indică nordul”.
• Am făcut o instalație de testare cu lemn, astfel încât să pot comuta și ieși cu ușurință rezistențele care acopereau întreaga gamă de valori pentru mine, a fost foarte util!
• Am folosit un rulment axial, a funcționat bine, sunt sigur că un rulment obișnuit de skateboard sau rulou ar fi fost la fel de bine.

Pasul 6: Viteza vântului

Pe acesta l-am apelat încă o dată la comunitatea Instructable și am găsit și urmat acest instructable:

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

Puncte cheie:

• Puteți utiliza senzorul de hol sau puteți comuta la un senzor de reed. Senzorul de sală este mai mult un senzor analogic, deci dacă îl utilizați într-un mod digital, cum ar fi apăsarea unui buton, trebuie să vă asigurați că citirea / tensiunea este suficient de mare încât să acționeze ca o apăsare adevărată pe buton, mai degrabă decât să nu fie suficientă.
• Dimensiunea cupei este crucială, la fel și lungimea bățului! Inițial am folosit mingi de ping pong și erau prea mici. Le-am pus și pe bețe lungi, care nici nu au funcționat. M-am simțit foarte frustrat și apoi am dat peste acel instructibil, Ptorelli a făcut o treabă excelentă explicând și m-a ajutat când designul meu original nu a funcționat la fel de bine.

Pasul 7: Software

Software-ul este scris în Python pentru a înregistra datele de la senzori. Am folosit alte biblioteci Git terță parte de la Adafruit și altele pentru a obține informații de la senzori și GPS. Există, de asemenea, câteva joburi cron care extrag și unele informații API. Cele mai multe sunt explicate / prezentate în documentația Git la docs / install_notes.txt

Software-ul web este în PHP pentru al afișa pe pagina web, utilizând în același timp YAML pentru fișierele de configurare și, bineînțeles, instrumentul RRD pentru stocarea și graficarea datelor.

Utilizează API-ul Weather Underground pentru a obține unele dintre datele interesante pe care senzorii nu le pot extrage: Înregistrați Hi și Lows, Faza lunii, apusul și răsăritul soarelui, există, de asemenea, Tides disponibile în API-ul lor, ceea ce am crezut că este foarte îngrijit, dar locuiesc în Austin TX, care este foarte departe de apă.

Toate acestea sunt disponibile pe Github și sunt întreținute în mod activ și sunt utilizate în prezent, deoarece îmi perfecționez și calibrez propriul sistem, astfel încât să puteți trimite cereri de caracteristici și rapoarte de erori.

Software-ul trece printr-o schimbare de temă în funcție de ora din zi, există 4 etape. Dacă ora curentă este de + sau - 2 ore de la răsărit sau apus, atunci veți obține temele de răsărit și apus, respectiv (chiar acum un fundal diferit, probabil că voi face diferite culori de font / chenar în viitor). De asemenea, în afara acestor intervale oferă tema zilei sau a nopții.

Vă mulțumim că ați citit, dacă doriți să vedeți mai multe fotografii și videoclipuri ale proiectelor mele decât verificați canalul meu Instagram și YouTube.

Premiul III în concursul Pi / e Day