Stație meteo WiFi alimentată cu energie solară V1.0: 19 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

În acest instructabil, vă voi arăta cum să construiți o stație meteo WiFi alimentată cu energie solară cu o placă Wemos. Wemos D1 Mini Pro are un factor de formă mic și o gamă largă de scuturi plug-and-play îl fac o soluție ideală pentru a începe rapid programarea SoC ESP8266. Este un mod ieftin de a construi Internetul obiectelor (IoT) și este compatibil Arduino.

Puteți, de asemenea, să vă uitați la noua mea versiune - Stația meteo 3.0.

Puteți, de asemenea, să vă uitați la noua mea versiune-2.0 Stație meteo.

Puteți cumpăra PCB V2.0 de la PCBWay.

Puteți găsi toate proiectele mele pe

Noua stație meteo are următoarele caracteristici:

1. Stația meteo poate măsura: temperatura, umiditatea, presiunea barometrică, altitudinea

2. Puteți monitoriza parametrii meteorologici de mai sus de pe smartphone-ul dvs. sau de pe web (ThingSpeak.com)

3. Întregul circuit împreună cu sursa de alimentare este introdus într-o incintă imprimată 3D.

4. Gama dispozitivului este îmbunătățită prin utilizarea unei antene externe 3dBi. Este în jur de 100 de metri.

Pasul 1: Piese și instrumente necesare

1. Wemos D1 Mini Pro (Amazon / Banggood)

2. Placă de încărcare TP 4056 (Amazon / Aliexpress)

3. Diodă (Aliexpress)

4. Senzor BME 280 (Aliexpress)

5. Panou solar (Banggood)

6. Tablă perforată (Banggood)

7. Terminale cu șurub (Banggood)

8. Standoffs PCB (Banggood)

9. Baterie Li Ion (Banggood)

10. Suport baterie AA (Amazon)

11. Sârmă de 22 AWG (Amazon / Banggood)

12. Super Glue (Amazon)

13. Bandă pentru conducte (Amazon)

14. Filament de imprimare 3D -PLA (GearBest)

Instrumente utilizate:

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

2. Fier de lipit (Amazon)

3. Pistol de lipit (Amazon)

4. Cutter / Stripper (Amazon)

Pasul 2: Alimentare

Planul meu este să implementez stația meteo într-un loc îndepărtat (ferma mea). Pentru a rula stația meteo continuu, trebuie să existe o sursă de alimentare continuă, altfel sistemul nu va funcționa. Cel mai bun mod de a furniza energie continuă circuitului este prin utilizarea unei baterii. Dar, după câteva zile, sucul bateriei se va epuiza și este foarte greu să te duci acolo și să-l încarci. Așadar, a fost propus un circuit de încărcare solară pentru a utiliza energia gratuită de la soare pentru a încărca bateriile și pentru a alimenta placa Wemos. Am folosit o baterie Li-Ion 14450 în loc de o baterie 18650 datorită dimensiunii sale mai mici. Dimensiunea este aceeași ca a unei baterii AA.

Bateria se încarcă de la un panou solar printr-un modul de încărcare TP4056. Modulul TP4056 vine cu cip de protecție a bateriei sau fără cip de protecție. Vă recomand să cumpărați un modul care are inclus un cip de protecție a bateriei.

Despre încărcătorul de baterie TP4056

Modulul TP4056 este perfect pentru încărcarea celulelor LiPo de 3,7 V 1 Ah sau mai mari. Bazat pe IC-ul încărcătorului TP4056 și IC de protecție a bateriei DW01, acest modul va oferi un curent de încărcare de 1000 mA, apoi va fi întrerupt la finalizarea încărcării. Mai mult, când tensiunea bateriei scade sub 2,4 V, IC-ul de protecție va întrerupe sarcina pentru a proteja celula de sub tensiune. De asemenea, protejează împotriva supratensiunii și a conexiunii de polaritate inversă.

Pasul 3: Măsurarea datelor meteo

În zilele anterioare, parametrii vremii precum temperatura ambiantă, umiditatea și presiunea barometrică erau măsurați cu instrumente analogice separate: termometru, higrometru și barometru. Dar astăzi piața este inundată de senzori digitali ieftini și eficienți care pot fi utilizați pentru a măsura o varietate de parametri de mediu. Cele mai bune exemple sunt senzori precum DHT11, DHT 22, BMP180, BMP280 etc.

În acest proiect, vom folosi un senzor BMP 280.

BMP 280:

BMP280 este un senzor sofisticat care măsoară foarte precis presiunea barometrică și temperatura cu o precizie rezonabilă. BME280 este noua generație de senzori de la Bosch și este actualizarea la BMP085 / BMP180 / BMP183 - cu un zgomot de altitudine mică de 0,25 m și același timp de conversie rapid.

Avantajul acestui senzor este că poate utiliza fie I2C, fie SPI pentru comunicarea cu microcontrolerul. Pentru o conexiune simplă și ușoară, vă voi sugera să cumpărați versiunea I2C.

Pasul 4: Utilizarea unei antene externe (3dBi)

Placa Wemos D1 mini Pro are o antenă ceramică încorporată împreună cu dispozitive pentru conectarea unei antene externe pentru a îmbunătăți autonomia. Înainte de a utiliza antena externă, trebuie să redirecționați semnalul antenei de la antena ceramică încorporată, la priza externă. Acest lucru se poate face prin rotirea rezistorului de 0 Ohm (0603) de suprafață mică (uneori numit link).

Puteți viziona acest videoclip realizat de Alex Eames pentru a roti rezistorul de zero ohmi.

Apoi fixați conectorul SMA al antenei în slotul pentru antenă mini Wemos Pro.

Pasul 5: lipiți anteturile

Modulele Wemos vin cu o varietate de anteturi, dar trebuie să le lipiți în funcție de cerințele dvs.

Pentru acest proiect, 1. Lipiți cele două anteturi masculine pe placa mini Wemos D1 pro.

2. Lipiți un antet tată cu 4 pini la modulul BMP 280.

După lipirea anteturilor, modulul va arăta așa cum se arată în imaginea de mai sus.

Pasul 6: Adăugarea de antete și terminale

Următorul pas este lipirea anteturilor pe placa perforată.

1. Mai întâi, așezați placa Wemos peste placa perforată și marcați amprenta. Apoi lipiți cele două rânduri de anteturi feminine peste poziția marcată.

2. Apoi lipiți un antet feminin cu 4 pini, așa cum se arată în imagine.

3. Terminale cu șurub de lipit pentru conectarea bateriei.

Pasul 7: Montați placa de încărcare:

Lipiți o bucată mică de bandă dublă pe partea din spate a modulului de încărcare și apoi lipiți-o pe placa perforată așa cum se arată în imagine. În timpul montării, trebuie să aveți grijă să aliniați placa astfel încât găurile de lipit să se potrivească cu găurile perforate ale plăcii.

Adăugarea terminalului pentru panoul solar

Lipiți un terminal cu șurub chiar lângă portul micro USB al plăcii de încărcare.

Puteți lipi acest terminal și în pasul anterior.

Pasul 8: Schema de cablare

Mai întâi am tăiat bucăți mici de fire de diferite culori și am dezlipit izolația de la ambele capete.

Apoi am lipit firele conform schemei schematice așa cum se arată în imaginea de mai sus.

Wemos -> BME 280

3,3 V - -> Vin

GND GND

D1 SCL

D2 SDA

Conexiune TP4056

Terminalul panoului solar -> + și - lângă portul micro USB

Terminal baterie -> B + și B-

5V și GND de Wemos -> Out + și Out-

Notă: Dioda conectată la panoul solar (prezentată în schemă) nu este necesară deoarece modulul TP4056 are diodă încorporată la intrare.

Pasul 9: Proiectarea incintei

Acesta a fost cel mai consumator de pas pentru mine. Am petrecut aproximativ 4 ore pentru a proiecta incinta. Am folosit Autodesk Fusion 360 pentru a-l proiecta. Carcasa are două părți: corpul principal și capacul frontal

Corpul principal este conceput practic pentru a se potrivi tuturor componentelor. Poate găzdui următoarele componente

1. Placă de circuit de 50x70mm

2. Suport baterie AA

3. Panou solar de 85,5 x 58,5 x 3 mm

4. Antena externă 3dBi

Descărcați fișierele.stl din Thingiverse

Pasul 10: Imprimare 3D

După finalizarea proiectării, este timpul să imprimați carcasa 3D. În Fusion 360 puteți face clic pe marcă și tăiați modelul utilizând un software pentru tăiere. Am folosit Cura pentru a tăia modelul.

Am folosit o imprimantă 3D Anet A8 și un PLA verde de 1,75 mm pentru a imprima toate părțile corpului. Mi-a luat aproximativ 11 ore să imprim corpul principal și aproximativ 4 ore să imprim imprimarea copertei.

Vă recomand cu încredere să utilizați o altă imprimantă pentru dvs., care este Creality CR - 10. Acum este disponibilă și o versiune mini a CR-10. Imprimantele Creality sunt una dintre imprimantele mele 3D preferate.

Deoarece sunt nou în proiectarea 3D, designul meu nu a fost optimist. Dar sunt sigur că această incintă poate fi realizată folosind material mai mic (mai puțin timp de imprimare). Voi încerca să îmbunătățesc designul mai târziu.

Setările mele sunt:

Viteza de imprimare: 40 mm / s

Înălțimea stratului: 0,2

Densitate umplere: 15%

Temperatura extruderului: 195 grade C

Temperatura patului: 55 ° C

Pasul 11: Instalarea panoului solar și a bateriei

Lipiți un fir roșu de 22 AWG la terminalul pozitiv și fir negru la terminalul negativ al panoului solar.

Introduceți cele două fire în orificiile din acoperișul corpului carcasei principale.

Folosiți super-adeziv pentru a fixa panoul solar și apăsați-l ceva timp pentru o lipire adecvată.

Sigilați găurile din interior folosind adeziv fierbinte.

Apoi introduceți suportul bateriei în fanta din partea inferioară a carcasei.

Pasul 12: Instalarea antenei

Deșurubați piulițele și șaibele din conectorul SMA.

Introduceți conectorul SMA în orificiile prevăzute în carcasă. Vezi imaginea de mai sus.

Apoi strângeți piulița împreună cu șaibele.

Acum instalați antena prin alinierea corectă la conectorul SMA.

Pasul 13: Instalarea plăcii de circuit

Montați distanțele la 4 colțuri ale plăcii de circuit.

Aplicați lipici super la cele 4 fante din incintă. Consultați imaginea de mai sus.

Apoi aliniați distanța cu cele 4 fante și plasați-o. lăsați unii să-l usuce.

Pasul 14: Închideți capacul frontal

După imprimarea capacului frontal, este posibil să nu se potrivească perfect corpului carcasei principale.

Glisați capacul frontal în sloturile din corpul principal.

Pentru a-l asigura, utilizați bandă adezivă în partea de jos.

Pasul 15: Programare

Pentru a utiliza Wemos D1 cu biblioteca Arduino, va trebui să utilizați Arduino IDE cu suport pentru placa ESP8266. Dacă nu ați făcut deja acest lucru, puteți instala cu ușurință suportul pentru placa ESP8266 pe IDE-ul dvs. Arduino urmând acest tutorial de Sparkfun.

Sunt preferabile următoarele setări:

Frecvența PU: 80MHz 160MHz

Dimensiune bliț: 4M (3M SPIFFS) - 3M Dimensiune sistem de fișiere 4M (1M SPIFFS) - 1M Dimensiune sistem de fișiere

Viteza de încărcare: 921600 bps

Cod Arduino pentru aplicația Blynk:

Modul de somn:

ESP8266 este un dispozitiv destul de puternic. Dacă doriți ca proiectul dvs. să descarce o baterie mai mult de câteva ore, aveți două opțiuni:

1. Obțineți o baterie uriașă

2. Aduceți inteligent Lucrul la culcare.

Cea mai bună alegere este a doua opțiune. Înainte de a utiliza funcția de somn profund, pinul Wemos D0 trebuie conectat la pinul Reset.

Credit: Acest lucru a fost sugerat de unul dintre utilizatorii Instructables „tim Rowledge”.

Mai multe opțiuni de economisire a energiei:

Wemos D1 Mini are un LED mic care se aprinde când placa este alimentată. Consumă multă energie. Deci, scoateți LED-ul de pe tablă cu o clește. Va scădea drastic curentul de somn în jos.

Acum dispozitivul poate funcționa mult timp cu o singură baterie Li-Ion.

#define BLYNK_PRINT Serial // Comentează acest lucru pentru a dezactiva tipăririle și a economisi spațiu # include #include

#include "Seeed_BME280.h" #include BME280 bme280; // Ar trebui să obțineți Auth Token în aplicația Blynk. // Accesați Setările proiectului (pictograma piuliță). char auth = "3df5f636c7dc464a457a32e382c4796xx"; // acreditările dvs. WiFi. // Setați parola la „” pentru rețelele deschise. char ssid = "SSID"; char pass = "PASS WORD"; void setup () {Serial.begin (9600); Blynk.begin (auth, ssid, pass); Serial.begin (9600); if (! bme280.init ()) {Serial.println ("Eroare dispozitiv!"); }} void loop () {Blynk.run (); // obțineți și tipăriți temperaturile plutitoare temp = bme280.getTemperature (); Serial.print ("Temp:"); Serial.print (temp); Serial.println ("C"); // Unitatea pentru Celsius deoarece arduino original nu acceptă simboluri speciale Blynk.virtualWrite (0, temp); // pin virtual 0 Blynk.virtualWrite (4, temp); // pinul virtual 4 // obțineți și tipăriți date despre presiunea atmosferică float pressure = bme280.getPressure (); // presiunea în plutitor Pa p = presiunea / 100,0; // presiune în hPa Serial.print ("Presiune:"); Serial.print (p); Serial.println ("hPa"); Blynk.virtualWrite (1, p); // pinul virtual 1 // obțineți și tipăriți date despre altitudine float altitude = bme280.calcAltitude (presiune); Serial.print ("Altitudine:"); Serial.print (altitudine); Serial.println ("m"); Blynk.virtualWrite (2, altitudine); // pinul virtual 2 // obțineți și tipăriți date despre umiditate float umiditate = bme280.getHumidity (); Serial.print ("Umiditate:"); Serial.print (umiditate); Serial.println ("%"); Blynk.virtualWrite (3, umiditate); // pinul virtual 3 ESP.deepSleep (5 * 60 * 1000000); // deepSleep time este definit în microsecunde. }

Pasul 16: Instalați aplicația și biblioteca Blynk

Blynk este o aplicație care permite controlul complet asupra Arduino, Rasberry, Intel Edison și mult mai mult hardware. Este compatibilă atât cu Android, cât și cu iPhone. Chiar acum aplicația Blynk este disponibilă gratuit.

Puteți descărca aplicația de pe următorul link

1. Pentru Android

2. Pentru Iphone

După descărcarea aplicației, instalați-o pe smartphone.

Apoi, trebuie să importați biblioteca pe ID-ul dvs. Arduino.

Descărcați Biblioteca

Când rulați aplicația pentru prima dată, trebuie să vă conectați - pentru a introduce o adresă de e-mail și o parolă. Faceți clic pe „+” în partea dreaptă sus a ecranului pentru a crea un proiect nou. Apoi numește-l.

Selectați hardware-ul țintă „ESP8266” Apoi faceți clic pe „E-mail” pentru a vă trimite acel token de autentificare - veți avea nevoie de acesta în cod

Pasul 17: Faceți tabloul de bord

Tabloul de bord este format din diferite widgeturi. Pentru a adăuga widgeturi, urmați pașii de mai jos:

Faceți clic pe „Creați” pentru a accesa ecranul principal al tabloului de bord.

Apoi, apăsați din nou „+” pentru a obține „Widget Box”

Apoi trageți 4 Calibre.

Faceți clic pe grafice, va apărea un meniu de setări așa cum se arată mai sus.

Trebuie să schimbați numele „Temperatură”, să selectați pinul virtual V1, apoi să schimbați intervalul de la 0 la 50. În mod similar, faceți pentru alți parametri.

În cele din urmă, trageți un grafic și repetați aceeași procedură ca în setările de calibrare. Imaginea finală a tabloului de bord este prezentată în imaginea de mai sus.

Puteți schimba culoarea și făcând clic pe pictograma cerc din partea dreaptă a numelui.

Pasul 18: Încărcarea datelor senzorului în ThingSpeak

Mai întâi, creați un cont pe ThingSpeak.

Apoi, creați un canal nou în contul dvs. ThingSpeak. Găsiți cum să creați un canal nou

Completați câmpul 1 ca temperatură, câmpul 2 ca umiditate și câmpul 3 ca presiune.

În contul dvs. ThingSpeak, selectați „Canal” și apoi „Canalul meu”.

Faceți clic pe numele canalului dvs.

Faceți clic pe fila „Chei API” și copiați „Scrieți cheia API”

Deschideți codul Solar_Weather_Station_ThingSpeak. Apoi scrieți SSID-ul și parola.

Înlocuiți „WRITE API” cu „Write API Key” copiat.

Bibliotecă obligatorie: BME280

Credit: Acest cod nu este scris de mine. L-am obținut de la link-ul dat de un video pe YouTube de plukas.

Pasul 19: Test final

Plasați dispozitivul în lumina soarelui, ledul roșu de pe modulul încărcătorului TP 4056 se va aprinde.

1. Monitorizarea aplicației Blynk:

Deschideți proiectul Blynk. Dacă totul este în regulă, veți observa că indicatorul va funcționa și graficul începe să traseze datele despre temperatură.

2. Monitorizarea ThingSpeak:

Mai întâi, deschideți-vă Thingspeak Chanel.

Apoi accesați fila „Vizualizare privată” sau fila „Vizualizare publică” pentru a vedea diagramele de date.

Mulțumesc că mi-ai citit instructabilul.

Dacă îți place proiectul meu, nu uita să-l împărtășești.

Premiul I la concursul de microcontrolere 2017