Malina Pi vo voľnej prírode! Predĺžený časový interval s napájaním z batérie: 10 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:56

Motivácia: Chcel som použiť batériu napájanú batériou Raspberry Pi na fotografovanie jedenkrát denne vonku na vytváranie dlhodobých časozberných videí. Mojou konkrétnou aplikáciou je zaznamenať rast rastlín pokrývajúcich pôdu na jar a v lete.

Úloha: Navrhnite slaboprúdové ovládanie napájania Raspberry Pi, aby bola zaistená dlhá životnosť batérie.

Moje riešenie: Používam hacknutý budík, obvod Attiny85 a podložku Pimoroni OnOff na úplné prerušenie napájania Raspberry Pi, keď sa nepoužíva. Kým Attiny85 a budík naďalej bežia v pohotovostnom režime, súčasný odber je iba 5 mikroAmpérov. Dve batérie AAA napájajú Attiny aj budík, zatiaľ čo napájaciu batériu USB napája USB.

Základná operácia: Keď sa budík vypne, prebudí sa spiaci Attiny obvod, ktorý potom signalizuje vloženie Pimoroni OnOff do napájania z USB power banky do Raspberry Pi. Pi vykoná skript run-at-boot (urobte fotografiu). Po uplynutí dostatočného času (60 sekúnd v mojej aplikácii) obvod Attiny opäť signalizuje podložku Pimoroni OnOff a potom Attiny prejde do režimu spánku. Na základe signálu z Attiny vykoná modul Pimoroni OnOff shim príkaz na vypnutie Pi a po dokončení procesu vypnutia Pi preruší napájanie z napájacej banky USB na Raspberry Pi.

Krok 1: Diely a nástroje

Diely:

Raspberry Pi Zero alebo Raspberry Pi Zero W (čerpá viac energie)

Modul kamery Raspberry PI

Nulové puzdro Raspberry Pi

PIMORONI ONOFF SHIM RASP PI NAPÁJACÍ SPÍNAČ, Digikey

OPTOISOLÁTOR Digikey

Cieľový digitálny budík ovládaný batériou

ATtiny85 8 DIP Digikey

(2) CAP ALUM 100UF Digikey

Modul DS3231 RTC AliExpress

(2) odpor 68 ohmov

Krátky (asi 6 palcov) kábel micro USB

Vymazať box Amac SKU#: 60120. 4 "x 4" x 5-1/16 "h Kontajnery

Kmashi 11200 mAh USB power banka # k-mp806 alebo podobná

Dvojitá lepiaca páska

Malá samorezná skrutka

(2) 1 x 8 kolíkové stohovacie záhlavia - bežne predávané stohovacie hlavice Arduino UNO AliExpress

Perférová alebo pásová doska asi 1 1/4 "x 2"

5 1/2 x 5/12 x 3/4 hrubej borovice alebo preglejky

1 1/4 PVC rúrka dlhá asi 15 palcov

1 1/4 spojka z PVC

(2) krátke bungee káble dlhé asi 10 palcov

(4) Drevené kolíky s priemerom 1/4 palca dlhé asi 1 palec

Ochranná prilba UltraDeck s prírodným stĺpikom

Náradie:

Rezačky drôtov a spájkovačka

Arduino UNO alebo iný spôsob programovania ATtiny85

Zapojte drôt a prepojky

Klávesnica, myš, monitor HDMI, port USB a ethernetový rozbočovač, kábel OTG

Mulitmeter

Krok 2: Nainštalujte modul Raspberry Pi OS, modul Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC a modul Pi

Nastavenie Pi Zero. Pripravte si kartu SD pre Raspberry Pi s distribúciou podľa vášho výberu. Počas procesu počiatočného nastavenia nezabudnite aktivovať rozhranie I2C, kameru a spustiť systém CLI pomocou automatického prihlásenia, nastaviť správny miestny čas a zmeniť heslo. Odporúčam tiež nastaviť statickú adresu IP, aby ste si uľahčili cestu. Spájkovacia samčia hlavička k Pi Zero. Môžete použiť buď štandardnú hlavičku 2 x 20, alebo kratšiu hlavičku 2 x 6, pretože pre tento projekt nie je potrebných všetkých 40 pinov - iba prvých 12 pinov.

Inštalácia kamery. Zasuňte Pi Zero do puzdra a pomocou priloženého modulu s krátkym plochým káblom pripojte modul kamery k Pi Zero a nasmerujte koncový otvor kábla do puzdra. Nasaďte vrchný kryt so štrbinou GPIO a pripevnite fotoaparát k krytu dvojitou páskou (pozri fotografiu).

Pripravte si podložku Pimoroni OnOff, DS3231 RTC. Napriek tomu, že Pimoroni OnOff Shim je dodávaný s 2 x 6 zásuvkami, namiesto toho som použil dve 1 x 6 samice "stohovacích hlavičiek, ktoré sa bežne predávajú pre Arduino UNO, kolíky záhlavia musia presahovať nad Shim Pimoroni OnOff Shim na miestach pinov Raspberry Pi 1, 3, 5, 7, 9, ostatné kolíky je možné skrátiť na štandardnú dĺžku kolíka. Zatlačte DS3231 RTC na predĺžené kolíky, ako je znázornené na fotografii, a potom zatlačte podzostavu Pimoroni OnOff Shim & DS3231 RTC na kolíky záhlavia Raspberry Pi ako je znázornené.

Nainštalujte softvér Pimoroni OnOff Shim pomocou:

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

Ďalšie informácie o inštalácii Shimu nájdete tu

Nainštalujte softvér DS3231 RTC podľa týchto pokynov

Počiatočné testy - kamera, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC

Pripojte miestnu klávesnicu a monitor k Pi Zero. Uistite sa, že máte sieťové pripojenie (ethernetový kábel alebo Wifi). Pripojte napájací kábel USB Pimoroni OnOff Shim.

a. Na 3 sekundy stlačte tlačidlo Pimoroni OnOff Shim a potom uvoľnite - tým sa zapne alebo vypne Pi Zero. Sledujte proces zavádzania a vypínania na monitore. Váš Pi Zero má teraz pokročilú aktualizáciu technológie - vypínač/vypínač!

b. Nastavte čas DS3231 a overte, či zobrazuje správny čas:

sudo hwclock -w

sudo hwclock -r

c. Otestujte funkciu kamery podľa týchto pokynov.

Krok 3: Nastavte skript a testovaciu kameru Raspberry Pi Run-At-Boot

Vytvorte a presuňte sa do nového podadresára zerocam

mkdir zerocam

cd zerocam

Na vytvorenie nového súboru skriptu použite nano editor

nano photo.sh

Potom skopírujte a prilepte nižšie uvedený kód do nano editora. Zavrieť nano pomocou Ctrl+X, Y a potom Return.

#!/bin/bash

DATE = $ (dátum +"%Y-%m-%d_%H%M") raspistill -o /home/pi/zerocam/$DATE.jpg prevod -veľkosť bodu 80 -vyplniť žlté kreslenie "text 570, 1800 ' $ (date) '"/home/pi/zerocam/$DATE.jpg /home/pi/zerocam/$DATE.jpg

Pretože tento skript používa príkaz convert, musíte si na Raspberry Pi nainštalovať ImageMagick

sudo apt-get aktualizácia

sudo apt-get install imagemagick

Nastaviť súbor ako spustiteľný

chmod +x foto.sh

Otvorte súbor /etc/rc.local (príkazy v tomto súbore sa spúšťajú pri zavádzaní)

sudo nano /etc/rc.local

V spodnej časti súboru, tesne pred príkazom exit 0, pridajte tento nový riadok a potom zavrite nano pomocou klávesov Ctrl+X, Y a potom Return.

sh /home/pi/zerocam/photo.sh

Keď je pripojený miestny monitor, vyskúšajte, či funguje

sudo reštart

Pi by sa mal reštartovať a urobiť fotografiu. V adresári/home/pi/zerocam bude nový súbor.jpg

Skúste tiež zapnúť a vypnúť Pi pomocou tlačidla Pimoroni. Zmerajte a zaznamenajte čas spustenia Pi. Malo by to byť menej ako 60 sekúnd.

Krok 4: Hackujte budík

Sledujte činnosť, ktorá bola vytvorená - Do budíka vložte dve batérie AAA a precvičte si nastavenie času a budíka podľa priložených pokynov. Dávajte pozor najmä na zvuk alarmu - mali by ste vidieť (1) malý symbol alarmu na displeji blikať, (2) bzučiak znie 1 minútu, potom sa vypne a (3) LED podsvietenie sa rozsvieti na 5 sekúnd a potom sa vypne.

Demontáž - Odstráňte štyri skrutky zo zadných hodín, aby ste oddelili dve polovice, potom odstráňte ďalšie štyri skrutky, aby ste uvoľnili hlavnú dosku plošných spojov.

Hack - Odrežte vodiče LED v prednej časti dosky plošných spojov podľa obrázku a spájkujte 5 -palcové vodiče k zostávajúcim vodičom na zadnej strane dosky plošných spojov (pozri obrázok). Odpojte bzučiak podľa obrázku.

Na svorky priestoru pre batériu pridajte dva ďalšie vodiče (červený a čierny) plus elektrolytický kondenzátor 100MFD podľa obrázku (dodržte polaritu).

Znovu zostavte hodiny a uistite sa, že smerujú diódy LED a nová batéria von z upevňovacích otvorov zadného krytu, ako je to znázornené.

Opakujte test - vložte batérie a vyskúšajte si funkciu alarmu - teraz, keď sa spustí alarm, by mal na displeji blikať malý symbol alarmu - ale žiadny bzučiak a žiadne podsvietenie. Pripojte mulitmeter k LED káblom, ktoré by mali detekovať asi 3 VDC, keď sa alarm spustí asi na 5 sekúnd.

Krok 5: Zostavte obvodovú dosku Attiny85

S odkazom na fotografiu a Attiny85 Schematic.pdf zostrojte dosku s plošnými spojmi na malom kúsku dosky perf alebo strip. Poznámky:

• Nezabudnite použiť 8 -kolíkový DIP konektor pre čip Attiny85, ktorý je potrebné pri programovaní odstrániť.
• Pred spájkovaním zaistite správnu orientáciu Optosu.
• Propojky vedúce k Pimoroni Shim by mali mať dĺžku najmenej 4 palce so ženskými hlavičkami na pripevnenie kolíkov Shims BTN.
• Pri pripájaní pomocou kliknutia alarmu dodržujte polaritu - obvod nemá ochranu proti prepólovaniu

Krok 6: Nahrajte kód do čipu Attiny 85

Pomocou Arduino Uno alebo iným spôsobom nahrajte kód (priložený súbor AttinyPiPowerControl.ino) na váš čip Attiny85. Poznámka - tento kód umožňuje 60 sekundám spusteniu PI, nasnímanie fotografie a prístup k príkazovému riadku terminálu pred spustením procesu vypínania. Potom môžete čip Attiny85 nainštalovať do jeho zásuvky na doske - dvakrát skontrolujte orientáciu.

Poznámka: Ak potrebujete viac alebo menej runtime Pi, upravte tento riadok v spodnej časti:

oneskorenie (60 000); // nechajte Pi chvíľu nabehnúť a bežať

Krok 7: Zapojenie a počiatočný test a sťahovanie súborov s fotografiami z PI

Elektrické vedenie:

Pripojte USB power banku k mikro USB portu Pimoroni shim. Pripojte prepojovacie vodiče z dosky plošných spojov Attiny85 k podložke Pimoroni a zaistite, aby sa čierny vodič pripojil k kolíku BTN najvzdialenejšieho okraja na podložke Pimoroni.

Test:

Do budíka vložte 2 batérie AAA a nastavte čas. Odporúčam tiež pripojiť port HDMI Pi k miestnemu monitoru.

Zapnite budík a nastavte si budík na niekoľko minút do budúcnosti. Keď sa spustí alarm, mali by ste vidieť:

a. Ikona budíka začne blikať

b. Asi po 5 sekundách sa na 5 sekúnd rozsvieti červená LED dióda Pimoroni Shim

c. Pi sa spustí

d. Asi po 20 sekundách sa rozsvieti LED dióda fotoaparátu a nasníma sa fotografia. Ak máte pripojenie k miestnemu monitoru, zobrazí sa stručný náhľad nasnímanej fotografie.

e. Po ďalších asi 40 sekundách sa Pi spustí až do príkazového riadka terminálu

f. Pi začne proces vypínania, asi po 20 sekundách červená dióda Pimoroni Shim bliká, čo naznačuje prerušenie napájania PI

Sťahovanie súborov fotografií z PI

Pripojím PI k svojej sieti pomocou kábla OTG a adaptéra USB na ethernet, čím napájam Pi z bradavice. Potom použite WinSCP na stiahnutie súborov do môjho počítača.

Krok 8: Zostavte kryt elektroniky

Pomocou malej samoreznej skrutky pripevnite dosku s obvodom Attiny85 k zadnej časti budíka. Pripevnite PI k hodinám pomocou dvojitej lepiacej pásky

Hodiny na ľavej strane pripevnite k spodnej časti vitríny dvojitou páskou

Pripojte napájaciu banku USB k spodnej časti vitríny dvojitou páskou, ako je znázornené na obrázku.

Podľa obrázku umiestnite horný kryt na spodok vitríny.

Krok 9: zostrojte montážny kolík, konečnú montáž a vypustite PI do voľnej prírody

Spodný kus: Do kusu dreva 5 1/2 X 5 1/2 vyrežte 4 drážky 3/4 "dovnútra z každej strany, ako je znázornené na obrázku. Použil som 1/4 frézovací vrták, ale môžete aj vŕtať a píliť. v strede vytvorte otvor pre spojku 1 1/4 PVC. Ideálna veľkosť otvoru je 1 5/8 ", ale keďže som mal iba pílu s otvormi 1 3/4", použil som to a spojku OD som vybudoval pomocou kačacej pásky. Lepidlo spojka na mieste s epoxidom.

Vycentrujte kryt elektroniky nad dreveným blokom a označte jeho obrys. Potom vyvŕtajte štyri 1/4 otvory pozdĺž každej strany, ako je znázornené na obrázku. Do týchto dier prilepte štyri 1 "dlhé 1/4" drevené hmoždinky v priemere - to pomôže udržať kryt v strede.

Horný diel: vyvŕtajte štyri 3/16 palcové otvory v blízkosti spodného okraja každej veľkosti a do každého otvoru vložte 3/4 palcové dlhé háčiky S, pričom konce ohnite tak, aby nespadli. Na vnútorné hrany prilepte horúce 4 štyri 1/2 hrubé úlomky dreva - tie pomôžu udržať vrchný kus v strede nad krytom.

Konečné zostavenie: Zasuňte kryt elektroniky medzi horný a dolný diel a zaistite dvoma káblami bungee podľa obrázku

Uvoľnite PI do divočiny: Vytvorte montážny stĺpik tak, že odrežete 1 1/4 PVC rúrku dĺžky vhodnej pre vaše účely, jeden koniec odrežete pod uhlom 45 stupňov, aby bolo jednoduchšie vraziť do zeme. V mojom prípade ja ' Tento rok na jar ma zaujíma pôdopokryvný rast rastlín (Vinea minor), a preto je môj podiel z PVC dlhý iba 15 palcov. Dvakrát skontrolujte, či sú batérie AAA čerstvé, napájacia banka USB je úplne nabitá a budík je správne nastavený - potom zatlačte kolík do zeme a zasuňte zostavu na vrch montážneho kolíka - pozri fotografiu.

Krok 10: Merania prúdu a test zrýchlenej životnosti batérie

Prúd som meral pomocou multimetra Radio Shack RS-232 (22-812) a sprievodného softvéru Meter View. Nie je to voľba pre zviera, ale ja to mám.

Meranie odberu prúdu z dvoch batérií AAA napájajúcich dosku Attiny85 a budík

Na multimetr „sériového pripojenia“som použil atrapy atramentu a stolný napájací zdroj 3 VDC (viď foto). Pozrite si graf prúdu nameraného počas „aktívnej“periódy (začína alarmovou udalosťou - končí tým, že sa Attiny85 vráti do režimu spánku). Odber bez poplachu bol konštantný 0,0049 mA. Zhrnutie -

Aktívne obdobie = 78 sekúnd

Priem. Aktívne obdobie Prúd = 4,85 mA

Nealarmový prúd = 4,9 mikroA (0,0049 mA)

Vypočítal som priemerný denný odber prúdu 0,0093 mA z dvoch AAA (750 mAh/každý) vzhľadom na spánkový a aktívny režim a teoretickú životnosť batérie> 8 rokov pomocou tejto metódy.

Meranie odberu prúdu PI z powerbanky USB. Na multimetr „sériového pripojenia“som použil upravený kábel USB (pozri fotografiu). Pozrite si graf prúdu nameraného počas "aktívnej" periódy (spustenie PI - vypnutie PI). Počas neaktívneho obdobia podložka Pimoroni ONOFF úplne preruší napájanie Pi, takže odber prúdu ~ nulový. Zhrnutie -

Aktívne obdobie = 97 sekúnd

Priem. Aktívne obdobie Prúd = 137 mA

Za predpokladu powerbanky 11200 mAh je teoretický počet cyklov aktívnej periódy> 3000.

Zrýchlený test výdrže batérie

Dočasne som ovládal PI pomocou Arduino UNO naprogramovaného na rýchle cyklovanie - čas medzi alarmmi bol 2 minúty oproti normálnym 24 hodinám.

Test č. 1: Energetická banka 11 200 mAh. Začalo sa o 22:00 a nasledujúci deň som sa zastavil o 13:00. Výsledky: Nasnímaných 413 fotografií, 3 zo 4 LED diód úrovne nabitia stále svieti na konci testu.

Test č. 2: Power banka 7200 mAh. Začínalo sa o 19:30 a nasledujúci deň som sa zastavil o 16:30. Výsledky: nasnímaných 573 fotografií, 2 zo 4 diód LED úrovne nabitia stále svietia na konci testu.

Záver: Verím, že vyššie uvedené výsledky naznačujú, že je pravdepodobné, že bude vykonaná najmenej jedna ročná operácia na jednu fotografiu.