Stația meteo ESP32 Weathercloud: 16 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

Anul trecut, am publicat cea mai mare versiune instructabilă de până acum, numită Stația meteo Arduino Weathercloud. A fost foarte popular aș spune. A fost prezentat pe pagina de pornire Instructables, blogul Arduino, muzeul Wiznet, Instructables Instagram, Arduino Instagram și, de asemenea, pe Weathercloud Twitter. A fost chiar unul dintre primele 100 de instructabile din 2018! Și asta a fost o afacere foarte mare pentru un mic producător ca mine. Am fost încântat să văd atâtea reacții pozitive și am citit cu atenție fiecare comentariu și sfat. De aproximativ 8 luni lucrez la această nouă stație rafinată. Am reparat și am îmbunătățit diverse lucruri. Am încercat să-l fac mai mic, mai simplu, mai inteligent, mai rece și să las costul acceptabil de 150 € (165 $). Stația este montată la o fermă robotizată lângă Senec, Slovacia. Iată datele actuale.

Voi încerca să explic întregul meu proces de gândire aici, așa că, dacă doriți doar să treceți direct la construcție, treceți direct la pasul 3.

Caracteristici:

• măsurarea a 12 valori meteorologice
• utilizarea a 8 senzori distincti
• IoT - datele sunt publice pe cloud
• Funcționare 5V 500mA
• comunicare prin Wi-Fi
• complet rezistent la intemperii
• arata bine
• este DIY

Mulțumesc foarte mult producătorului Lab Cafe pentru că a oferit spațiu și suport în timp ce construiți această stație. Du-te și verifică-le!

Credit foto: ME (desigur) + Viktor Demčák

ACTUALIZARE 18.07.2020: Bună tuturor! A trecut mult timp. Mulți dintre voi îmi scriați despre mai multe probleme legate de hardware și software. Noul hardware va fi gata în doar câteva săptămâni, dar până atunci lansez un nou firmware. Acest software vă va ajuta să eliminați unele dintre probleme. Continuați cu pasul 12 pentru a afla mai multe. Și cel mai important, bucură-te!

Pasul 1: Proiectare

Proiectarea unei stații meteo este un proces lung și atent. Aveți atât de multe opțiuni din care să alegeți. Acestea sunt principalele lucruri la care ar trebui să vă gândiți atunci când proiectați o stație meteo (sau cel puțin așa am făcut-o):

1) BUGET. Acest lucru se explică de la sine.

2) LOCALIZARE. Acest lucru este foarte important, deoarece afectează atât instalația, cât și tehnologia de comunicație și sursa de alimentare necesară. Stațiile meteo la distanță au nevoie de emițătoare cu rază lungă de acțiune și de o sursă de alimentare autosustenabilă, cum ar fi un panou solar.

3) VARIABILE MĂSURATE. Doriți doar să măsurați temperatura sau umiditatea? Apoi, puteți pune sonda aproape oriunde. Dar dacă doriți să măsurați precipitațiile, vântul, radiația solară, indicele UV sau alte lucruri legate de soare sau precipitații, senzorii nu pot fi în umbră și nu pot fi blocați nici din sus, nici din lateral.

4) EXACTITATE. Doriți ca măsurătorile dvs. să fie calibrate cu precizie și comparabile cu institutul național de vreme sau sunt mai degrabă suficiente valori pentru amatori?

Deci, acum ar trebui să aveți o imagine destul de bună a ceea ce doriți. Deci, să ajungem la planșa de desen! Iată câteva reguli de bază la care m-am gândit:

1) PROTEJAȚI SENZORUL DE TEMPERATURĂ. Ai absolut nevoie să faci asta. Căldura poate circula în atât de multe moduri încât poate radia și conduce prin structura stației în sine. Deci, încercați să acoperiți toate părțile metalice și puneți senzorul de temperatură într-un scut împotriva radiațiilor. Știu, stația mea de radiații nu este perfectă, dar ajută.

2) PUNEȚI SENSORUL DE VENT ÎN SUS. Senzorii de vânt ar trebui să fie plasați la 10 m înălțime conform standardelor internaționale. Nici măcar nu am bani să cumpăr un stâlp de 10 m, așa că o țeavă de 2 m deasupra unui acoperiș îmi este de ajuns.

3) CURĂȚI ZONA ÎN jurul și deasupra stației. Dacă doriți să măsurați lumina soarelui, nu puteți avea senzorul la umbră. Dacă doriți să măsurați precipitațiile, nu puteți bloca picăturile. Deci, asigurați-vă că zona din jurul și de deasupra stației este degajată.

Hai sa continuăm. Așadar, pentru stația mea am decis că vreau să măsoar aceste variabile: temperatura aerului, temperatura solului, umiditatea relativă, presiunea atmosferică, indicele de căldură, punctul de rouă, răcirea vântului, precipitațiile, radiația solară, indicele UV, viteza vântului și direcția vântului. Este vorba de 8 senzori în total din care există 3 module mici montabile pe PCB și 5 sonde externe. Voi avea nevoie de 2 microcontrolere separate, unul pentru gestionarea doar a măsurătorilor de precipitații și al doilea pentru orice altceva.

Am decis să pun tot ce pot pe un singur PCB. Am pus PCB-ul într-o cutie IP65 cu capac transparent, astfel încât lumina soarelui să poată trece către senzorii de radiație solară și indicatori UV. Toți ceilalți senzori vor fi conectați la cutia principală de control cu un cablu. Deci asta este pentru designul meu.

Pasul 2: Weathercloud

"Stația meteo ESP32 Weathercloud" Ce este Weatherclud? Weathercloud este o rețea mare de stații meteo care raportează date în timp real din întreaga lume. Este gratuit și există mai mult de 10 000 de stații meteo conectate la acesta. În primul rând, am avut propriul meu site web HTML unde au fost trimise toate datele, dar crearea propriului site web și grafică este dificilă și este mult mai ușor să trimiți toate datele pe o platformă cloud mare, care are o grafică frumoasă și servere stabile. Am căutat cum să trimit date către weathercloud și am constatat că puteți realiza acest lucru cu ușurință printr-un simplu apel GET. Singura problemă cu Weathercloud este că, cu un cont gratuit, vă permite să trimiteți date doar la fiecare zece minute, dar asta nu ar trebui să fie o problemă pentru majoritatea utilizărilor. Va trebui să creați un cont Weathercloud pentru a-l face să funcționeze. Apoi, va trebui să creați un profil de stație pe site-ul lor. Când creați profilul stației meteo pe Weathercloud, vi se oferă un ID Weathercloud și o cheie Weathercloud. Păstrați-le, deoarece Arduino va avea nevoie de ele pentru a ști unde să trimită date.

Pasul 3: Lista pieselor

OK, deci pentru acest proiect veți avea nevoie de toate lucrurile care sunt listate în mod corect în BOM Docs Google chiar aici.

COSTUL ESTIMAT AL PROIECTULUI: 150 € / 165 $

Pasul 4: Instrumente

Aceste instrumente ar putea fi utile (deși majoritatea sunt absolut necesare):

Cutter cu laser

Sudor

Ferăstrău de oțel

Dispozitiv de sârmă

Burghiu electric

Burghiu de baterie

Ciocan de lipit

Cleşte

Șurubelnițe

Pistol de lipit

Multimetru

Burghie de copac

Pasul 5: Proiectarea plăcii de control

Am mers cu o arhitectură foarte centralizată. Aceasta înseamnă că tot ce poate fi nu este doar într-o singură cutie, ci pe o singură placă de circuit. Recent am învățat cum să proiectez PCB-uri, care este o abilitate foarte valoroasă și utilă. Toate proiectele sunt mult mai îngrijite și mai precise și chiar elegante într-un fel. Este, de asemenea, foarte convenabil: pur și simplu trimiteți fișierele în China și acestea fac toate lucrările de cablare și vă expediază placa completă. Apoi, doar lipiți componentele la locul lor și ați terminat.

PCB deține ambele microcontrolere din această stație: ESP32 (unitatea principală de control) și Arduino NANO (procesorul de precipitații). De asemenea, conține unii dintre senzorii care includ: BME280, BHT1750 și ML8511. Apoi, este modulul DS3231 RTC. Nu în ultimul rând, există unele rezistențe și conectori cu șurub.

Mi-am proiectat placa în Autodesk Eagle. Doar descărcați fișierul Gerber inclus numit „ESP32 weather station.zip” și încărcați-l pe JLC PCB. Sau dacă doriți să îl editați, puteți descărca fișierele „ESP32 weather station schematic.sch” și „ESP32 weather station board.brd” și le puteți edita în Eagle. Vă recomandăm să înscrieți mai întâi clasa de proiectare a circuitelor de la Instructables.

Pasul 6: lipire

Bine, toată lumea, probabil că ați făcut acest lucru înainte. Această frumoasă placă pe care am proiectat-o are imprimate amprente frumoase pe serigrafie. Când aveți asta, lipirea ar trebui să fie o bucată de tort, pentru că vedeți exact unde merge ce. Există doar componente THT cu spațiul standard de 0,1 . Deci, continuați și lipiți placa pentru că sunteți inteligent și o puteți face singur! Nu ar trebui să vă ia mai mult de o jumătate de oră.

ACTUALIZARE 18.07.2020: Modulul RTC nu mai este necesar. Nu este nevoie să-l montați pe tablă. Puteți afla mai multe la pasul 12.

Pasul 7: Realizarea scutului împotriva radiațiilor

Când construiam asta, mi-am spus: „Bine, ai făcut deja asta de două ori, nu există șanse să o încurci acum”. Și nu am făcut-o.

Un scut împotriva radiațiilor solare este un lucru foarte frecvent utilizat în stațiile meteo pentru a bloca radiațiile solare directe și, prin urmare, pentru a reduce erorile de temperatură măsurate. De asemenea, acționează ca un suport pentru senzorul de temperatură. Scuturile împotriva radiațiilor sunt foarte utile, dar de obicei sunt fabricate din oțel și sunt scumpe, așa că am decis să construiesc un scut al meu. Am făcut un Instructable care arată cum să faci un scut împotriva radiațiilor ca acesta.

Pasul 8: Caseta de control

Partea principală a acestei stații este evident cutia de control. Deține microcontrolerele primare și secundare, unii dintre senzori, RTC și unele componente pasive. Toate acestea într-un pachet IP65 convenabil. Cutia are un capac translucid, astfel încât lumina soarelui să poată trece către senzorii de radiații UV și solare.

Înainte de a putea monta PCB, trebuie să pregătim cutia pentru cabluri. Există cinci cabluri de alimentare și date care intră în cutie. Pentru a menține proprietățile impermeabile ale stației, vom avea nevoie de presetupe impermeabile. Mai exact, un PG7 pentru cablul de alimentare, al doilea PG7 pentru senzorii de vânt și ploi și al treilea PG11 pentru ambii senzori de temperatură. Am pus glanda mai mare (PG11) în centrul unui perete al cutiei și cele două glande mai mici (PG7) în peretele opus. Deci procesul de modificare a casetei este după cum urmează:

1) Marcați centrul pentru fiecare gaură cu un marker.

2) Găuriți o gaură mică cu un burghiu subțire.

3) Măriți încet dimensiunea găurii cu un burghiu de copac.

4) Ștergeți găurile.

5) Introduceți și fixați o presetupă în fiecare dintre găuri.

Pasul 9: Montare PCB

Deoarece am doar versiunea de încercare a studentului a Autodesk Eagle, nu pot proiecta PCB mai mari de 8cm. Totul se potrivește acestui tablou, deci este bine. Singura problemă este cu cutia de control. Găurile de montare a plăcii incluse în cutie sunt la 14 cm distanță. Aceasta înseamnă că vom avea nevoie de un suport pentru PCB. Aceasta poate fi o placă (din lemn / plastic / metal) pe care vom monta PCB-ul. Apoi vom atașa placa suportului la cutia de control. În acest fel PCB va fi fixat la cutia de control.

Puteți face titularul oricum doriți. O puteți face manual dintr-o placă de lemn sau oțel, o puteți tăia cu laser (ca mine) sau chiar o puteți imprima 3D. Includ dimensiunile plăcii, astfel încât alegerea să fie a ta. Dacă aveți acces la un dispozitiv de tăiat cu laser, atunci tăierea cu laser este cea mai simplă opțiune. Aici puteți găsi fișierele de tăiere laser atât în format.pdf, cât și în format.svg.

După cum puteți vedea, am trecut prin multiple variante ale titularului. În cele din urmă, am mers cu cel acrilic, deoarece nu este afectat de umiditate (ca lemn) și nu atrage căldură (ca oțel).

Pasul 10: Asamblare + Cablare

Acesta va fi unul destul de ușor de făcut, dar destul de greu de explicat, deoarece există mulți pași mici. Să trecem direct la el atunci:

1) Introduceți toate cablurile în orificiul lor desemnat. Nu fixați încă presetupele.

2) Conectați toate firele de la senzorii de vânt, senzorul de precipitații și de la cablul de alimentare conform schemei de cabluri incluse. Nu conectați încă cablurile de la senzorii de temperatură.

3) Dacă este montat, scoateți suportul PCB. Apoi răsturnați PCB-ul astfel încât cablurile să treacă de-a lungul părții inferioare. Fixați suportul PCB astfel încât cablurile să fie fixate într-un sandwich între PCB și suport.

4) Introduceți și înșurubați suportul PCB cu PCB.

5) Fixați cele două presetupe mai mici (PG7). Nu-l asigurați încă pe cel mai mare.

6) Introduceți și conectați cablurile de la senzorii de temperatură conform schemei de cabluri incluse.

7) Puneți capacul superior și înșurubați-l în poziție.

Pasul 11: Fii fericit

Acest pas este un fel de punct de control. În acest moment, ar fi trebuit să vă faceți ceva care seamănă cu ceea ce vedeți în imagine. Dacă este corect, fii fericit. Continuați, luați-vă o gustare și odihniți-vă, deoarece acesta nu este doar un mic pas pentru un om, ci un salt uriaș pentru omenire. Dacă nu, consultați pașii anteriori și localizați problema. Dacă asta nu ajută, comentează-mi sau trimite-mi un mesaj.

Deci, atunci când sunteți sănătos și din nou în formă, puteți merge mai departe la partea de codare și depanare.

Pasul 12: Codificare și depanare

Yaaaaay, tuturor le place codificarea! Și chiar dacă nu, nu contează, deoarece puteți descărca și utiliza codul meu.

În primul rând, trebuie să adăugați modulul ESP32 dev în managerul dvs. de plăci. Pentru a face acest lucru, va trebui să descărcați un pachet JSON și să îl instalați prin intermediul managerului de plăci. Vedeți acest tutorial de Random Nerd Tutorials.

Acum trebuie să descărcați toate bibliotecile esențiale. Am creat arhiva ZIP „Libraries.zip” pentru a o simplifica. Nu importați arhiva în Arduino IDE ca o bibliotecă clasică. În schimb, extrageți arhiva și mutați toate fișierele în Documente / Arduino / biblioteci. Acum puteți descărca toate cele patru programe: „Wi-Fi_Weathercloud_API_test.ino”, „System_test.ino”, „ESP32_Weathercloud_Weather_Station.ino”.

Deschideți „Wi-Fi_Weathercloud_API_test.ino”. Va trebui să schimbați câteva lucruri. În primul rând, va trebui să înlocuiți „SSID” și „KEY” cu SSID-ul (numele) și parola rețelei Wi-Fi. În al doilea rând, va trebui să înlocuiți „WID” și „KEY” cu ID-ul dvs. Weathercloud și KEY pe care ar trebui să le aveți de la pasul 2. De asemenea, va trebui să faceți același lucru cu „ESP32_Weathercloud_Weather_Station.ino”. Continuați și încărcați codul în ESP32. Ar trebui să vedeți datele predefinite care apar pe site-ul Weathercloud. Dacă este corect, continuați.

Încărcați „System_test.ino” pe ESP32 și „I2C_rainfall_sender” pe Arduino NANO. Deschideți consola serială a ESP32 la 115200 baud. Acum ar trebui să vedeți datele senzorului care vin la fiecare 15 secunde pe ecran. Joacă-te cu senzorii. Străluciți o lumină în senzorul de radiație solară, suflați în senzorul de viteză al vântului, încălziți sonda de temperatură … Astfel puteți testa dacă totul funcționează. Dacă ajungeți la concluzia că totul este așa cum ar trebui, continuați.

Încărcați „ESP32_Weathercloud_Weather_Station.ino” în ESP32. Dacă ați făcut totul corect, ar trebui să vedeți datele reale de la stația care intră pe pagina Weathercloud la fiecare 10 minute. Dacă acest lucru funcționează, înseamnă că stația dvs. este acum pe deplin operațională și singurul lucru rămas de făcut este să îl instalați undeva frumos.

ACTUALIZARE 18.07.2020: Toate programele secundare / de testare rămân aceleași. Dar programul principal al stației meteo a fost actualizat. Structura codului este mult mai clară decât înainte. Puteți seta toți parametrii necesari la începutul codului. ESP32 primește acum timp de la un server NTP, astfel încât modulul RTC nu mai este necesar. Nu în ultimul rând, ESP32 rulează acum o procedură de somn profund atunci când nu măsoară și nu trimite date. Acest lucru va reduce consumul de energie și va contribui, de asemenea, la prelungirea duratei de viață a stației meteo. Pentru a utiliza noul cod, trebuie doar să descărcați codul „ESP32_Weathercloud_Weather_Station.ino” actualizat și fișierul ZIP actualizat cu biblioteci (Instructables nu îl acceptă, deci aici este un link Google Drive). Bucurați-vă!

Pasul 13: Montare stație

Deci, după ce ați confirmat că stația dvs. funcționează, trebuie să proiectați și să faceți o montură pentru aceasta. Va trebui să fie puternic, durabil, compact și nu în ultimul rând va trebui să fie frumos. Faceți acest pas mai mult dintr-o recomandare sau inspirație decât instrucțiuni precise. Nu știu cum arată unde îl vei monta. Trebuie să devii puțin mai creativ. Dar dacă aveți un acoperiș plat cu o țeavă metalică cu diametrul de 5 cm care iese, continuați și faceți așa cum am făcut. Această stație are două cutii. Așa că am decis să le pun pe amândouă una lângă alta pe un panou metalic. Trebuie montat pe o țeavă metalică cu diametrul de 5cm. Așa că am pus o țeavă cu diametrul interior de 5cm pe fundul panoului. Ambii senzori de vânt trebuie să fie departe de restul stației. Așa că puneți două țevi lungi de 40 cm pe fiecare parte a stației și două țevi lungi de 10 cm pe capătul fiecăreia. Ecranul împotriva radiațiilor trebuie montat sub panou pentru a oferi o umbră suplimentară. Pentru aceasta, am pus un suport de 7 x 15 cm L pe țeava groasă de metal.

Iată toate piesele metalice necesare una câte una [dimensiuni în mm]:

1x țeavă, diametru interior 50, lungime 300

1x panou, 250 x 300, grosime 3

1x consolă L, 75 și 150 brațe

2x țeavă, diametru exterior 12, lungime 400

2x țeavă, diametru interior 17, lungime 100

Când aveți toate aceste piese metalice, le puteți sudura în poziție conform modelului 3D pe care l-am furnizat. Apoi, va trebui să găuriți toate găurile pentru cutii și pentru protecția împotriva radiațiilor. Apoi, doar pictează-l cu vopsea pentru metal. Vă recomand să mergeți cu alb, deoarece absoarbe cea mai mică căldură din toate culorile. Gata, aveți voi înșivă o stație de montare pe care vă puteți monta stația!

Pasul 14: Instalare

Luați stația meteo, suportul și toate instrumentele, deoarece veți avea nevoie de toate. Intrați într-o mașină (sau într-un autobuz care nu-mi pasă) și ajungeți la locația viitoare a stației dvs. În cele din urmă, puteți monta stația.

A face ca stația meteo să funcționeze în atelierul dvs. este un lucru, dar să o funcționați în condiții dure din lumea reală este un alt lucru. Procedura de instalare depinde foarte mult de clădirea pe care vă montați stația. Dar dacă aveți suportul de la pasul anterior și un burghiu puternic, ar trebui să fie bine. Trebuie doar să lipiți conducta groasă de pe suport pe conducta ușor mai subțire de pe acoperiș. Apoi, forați ambele conducte și fixați-le cu un șurub lung. Montați toate cutiile și senzorii. Asta e. Stația dvs. este acum instalată cu succes.

Am făcut asta într-o zi ploioasă. A fost foarte greu, dar nu am avut altă opțiune din cauza termenului limită al concursului.

Pasul 15: alimentare, configurare legătură în sus și depanare

Stația dvs. este instalată fizic, dar încă nu este online. Să facem asta acum. Trebuie să alimentezi stația cumva. Trebuie să fii puțin creativ aici. Puteți pune un adaptor în interiorul casei și trageți un cablu prin fereastră. Puteți îngropa cablul sub pământ. O puteți alimenta printr-un panou solar. Tot ceea ce contează este că există 5V 500mA pe pinii cablului de alimentare care provin din cutia de control. Amintiți-vă, totul trebuie să fie rezistent la intemperii! Când aveți stația alimentată, puteți trece la configurarea și depanarea legăturii în sus.

Configurarea legăturii ascendente face ca ESP32 să se conecteze la rețeaua dvs. Wi-Fi. Dacă este pe casa ta, ar trebui să fie bine. Dacă se află într-un garaj sau mai departe, este posibil să aveți nevoie de un extender Wi-Fi sau chiar de o rețea Wi-Fi personalizată. Apoi urmează faza de depanare. Puteți pur și simplu să încărcați codul final și să sperați la cele mai bune, dar vă recomand cu adevărat să testați fiecare senzor unul câte unul doar pentru a vă asigura că totul funcționează corect. Practic același lucru ca la pasul 12. Dacă totul funcționează așa cum ar trebui, puteți apăsa butonul UPLOAD, deconectați cablul USB și închideți caseta de control.

Pasul 16: Trăiește fericit pentru totdeauna

Doamne, a fost atât de mult băieții din ultimul moment. Am observat concursul de senzori cu doar 10 zile înainte de a se încheia. În aceeași seară, trebuia să fac 10 telefoane pentru a aranja tot ce era necesar pentru finalizarea stației. Nu era încă terminat. În ziua în care trebuia să instalăm stația, a venit o furtună uriașă care ne perturbă planurile. Trebuia să finalizez tot textul înainte ca stația să fie finalizată. Stația a fost instalată în sfârșit chiar astăzi, în aceeași zi în care am publicat acest Instructable.

Există cu siguranță multe lucruri care s-ar fi putut face mai bine aici, dar există multe lucruri utile pe care le poți învăța aici și le poți folosi atunci când îți construiești propria stație. Dacă ați făcut toți pașii corect, aveți acum o stație meteo cloud ESP32 complet operațională. Și asta e ceva! Toată munca grea a dat roade (sper că a făcut-o). Puteți vedea datele de la stația mea aici. Dacă aveți întrebări sau sugestii, aș fi bucuros să le aud în secțiunea de comentarii de mai jos.

Da și, de asemenea, dacă ți-ar plăcea acest proiect, aș aprecia foarte mult dacă m-ai vota în concursul Senzori. Multumesc mult si bucurati-va !!!

Premiul I la Concursul de senzori