Meteorologická stanica WiFi so solárnym napájaním V1.0: 19 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

V tomto návode vám ukážem, ako postaviť solárnu meteorologickú stanicu WiFi s doskou Wemos. Wemos D1 Mini Pro má malý tvarový faktor a širokú škálu štítov typu plug-and-play, čo z neho robí ideálne riešenie pre rýchly začiatok programovania ESC8266 SoC. Je to lacný spôsob, ako vybudovať internet vecí (IoT) a je kompatibilný s Arduino.

Môžete sa tiež pozrieť na moju novú verziu- Meteostanica 3.0.

Môžete sa tiež pozrieť na moju novú meteorologickú stanicu verzie 2.0.

PCB V2.0 si môžete kúpiť na PCBWay.

Všetky moje projekty nájdete na

Nová meteorologická stanica má nasledujúce funkcie:

1. Meteostanica môže merať: teplotu, vlhkosť, barometrický tlak, nadmorskú výšku

2. Vyššie uvedené parametre počasia môžete monitorovať zo svojho smartfónu alebo z webu (ThingSpeak.com)

3. Celý obvod spolu s napájaním je vložený do 3D tlačeného krytu.

4. Dosah zariadenia je vylepšený použitím externej antény 3dBi. Je to asi 100 metrov.

Krok 1: Potrebné súčiastky a nástroje

1. Wemos D1 Mini Pro (Amazon / Banggood)

2. Nabíjacia doska TP 4056 (Amazon / Aliexpress)

3. Dióda (Aliexpress)

4. Snímač BME 280 (Aliexpress)

5. Solárny panel (Banggood)

6. Perforovaná doska (Banggood)

7. Skrutkové svorky (Banggood)

8. Medzery medzi PCB (Banggood)

9. Li Ion batéria (Banggood)

10. Držiak batérie AA (Amazon)

11. 22 AWG drôt (Amazon / Banggood)

12. Super Glue (Amazon)

13. Lepiaca páska (Amazon)

14. Filament pre 3D tlač -PLA (GearBest)

Použité nástroje:

1,3D tlačiareň (Anet A8/ Creality CR-10 Mini)

2. Spájkovačka (Amazon)

3. Lepiaca pištoľ (Amazon)

4. Rezačka / strihačka drôtu (Amazon)

Krok 2: Napájanie

Mojím plánom je nasadiť meteorologickú stanicu na odľahlom mieste (môj statok). Na nepretržitú prevádzku meteorologickej stanice musí byť nepretržité napájanie, inak systém nebude fungovať. Najlepším spôsobom, ako zaistiť nepretržité napájanie obvodu, je použitie batérie. Ale po niekoľkých dňoch sa batéria vybije a je skutočne ťažké ísť tam a nabiť ju. Bol teda navrhnutý solárny nabíjací obvod na používanie bezplatnej slnečnej energie na nabíjanie batérií a napájanie dosky Wemos. Použil som batériu 14450 Li-Ion namiesto batérie 18650 kvôli jej menšej veľkosti. Veľkosť je rovnaká ako pre batériu AA.

Batéria sa nabíja zo solárneho panelu prostredníctvom nabíjacieho modulu TP4056. Modul TP4056 je dodávaný s ochranným čipom batérie alebo bez ochranného čipu. Odporúčam kúpiť modul, ktorý obsahuje čip na ochranu batérie.

O nabíjačke batérií TP4056

Modul TP4056 je ideálny na nabíjanie jednočlánkových batérií 3,7 V 1 Ah alebo vyšších LiPo. Tento modul, založený na integrovanom obvode nabíjačky TP4056 a integrovanom obvode ochrany batérie DW01, ponúkne nabíjací prúd 1 000 mA, ktorý sa po ukončení nabíjania vypne. Okrem toho, keď napätie batérie klesne pod 2,4 V, ochranný integrovaný obvod odpojí záťaž, aby chránil článok pred podpätím. Tiež chráni pred pripojením proti prepätiu a opačnej polarite.

Krok 3: Meranie údajov o počasí

V predchádzajúcich dňoch boli parametre počasia, ako je teplota okolia, vlhkosť a barometrický tlak, merané oddelenými analógovými prístrojmi: teplomerom, vlhkomerom a barometrom. Dnes je však trh zaplavený lacnými a efektívnymi digitálnymi senzormi, ktoré je možné použiť na meranie rôznych parametrov prostredia. Najlepším príkladom sú snímače ako DHT11, DHT 22, BMP180, BMP280 atď.

V tomto projekte použijeme snímač BMP 280.

BMP 280:

BMP280 je prepracovaný snímač, ktorý veľmi presne meria barometrický tlak a teplotu s primeranou presnosťou. BME280 je ďalšou generáciou senzorov od spoločnosti Bosch a je inováciou na BMP085/BMP180/BMP183 - s nízkym výškovým hlukom 0,25 m a rovnako rýchlym časom konverzie.

Výhodou tohto senzora je, že na komunikáciu s mikrokontrolérom môže využívať buď I2C alebo SPI. Pre jednoduché jednoduché zapojenie navrhnem kúpiť dosku verzie I2C.

Krok 4: Použitie externej antény (3dBi)

Doska Wemos D1 mini Pro má vstavanú keramickú anténu spolu s možnosťou pripojenia externej antény na zlepšenie dosahu. Pred použitím externej antény musíte presmerovať signál antény zo vstavanej keramickej antény do externej zásuvky. To sa dá dosiahnuť otočením rezistora s nulovým ohmom (0603) na povrchovú montáž (0603) (niekedy sa nazýva odkaz).

Môžete sledovať toto video od Alexa Eamesa, ako otáčať odporom 0 ohmov.

Potom zasuňte konektor antény SMA do otvoru pre mini anténu Wemos Pro.

Krok 5: Spájkujte hlavičky

Moduly Wemos sa dodávajú s rôznymi hlavičkami, ale musíte ich spájkovať podľa svojich požiadaviek.

Pre tento projekt, 1. Spájkujte dve mužské hlavičky k mini doske Wemos D1 pro.

2. K modulu BMP 280 spájkujte 4 -kolíkovú zástrčku.

Po spájkovaní záhlaví bude modul vyzerať tak, ako je to znázornené na obrázku vyššie.

Krok 6: Pridanie hlavičiek a koncoviek

Ďalším krokom je spájkovanie záhlaví s perforovanou doskou.

1. Najprv položte dosku Wemos na dierovanú dosku a označte stopu. Potom spájajte dva rady ženských hlavičiek nad označenú pozíciu.

2. Potom spájkujte 4 -kolíkové hlavičky, ako je znázornené na obrázku.

3. Spájkovacie skrutkové svorky na pripojenie batérie.

Krok 7: Namontujte nabíjaciu dosku:

Nalepte malý kúsok obojstrannej pásky na zadnú stranu nabíjacieho modulu a potom ho prilepte na dierovanú dosku, ako je znázornené na obrázku. Pri montáži je potrebné dbať na zarovnanie dosky tak, aby sa spájkovacie otvory zhodovali s otvormi v dierovanej doske.

Pridanie terminálu pre solárny panel

Spájkujte skrutkovaciu svorku hneď vedľa portu micro USB nabíjacej dosky.

Tento terminál môžete tiež spájkovať v predchádzajúcom kroku.

Krok 8: Schéma zapojenia

Najprv odstrihnem malé kúsky rôznych farieb drôtov a odizolujem izoláciu na oboch koncoch.

Potom spájam vodiče podľa schematického diagramu, ako je to znázornené na obrázku vyššie.

Wemos -> BME 280

3,3 V - -> Vin

GND GND

D1 SCL

D2 SDA

Pripojenie TP4056

Terminál solárneho panelu -> + a - v blízkosti portu micro USB

Terminál batérie -> B+ a B-

5V a GND Wemos -> Out+ a Out-

Poznámka: Dióda pripojená k solárnemu panelu (znázornené na schéme) nie je potrebná, pretože modul TP4056 má na vstupe zabudovanú diódu.

Krok 9: Navrhovanie krytu

Toto bol pre mňa časovo najnáročnejší krok. Strávil som asi 4 hodiny návrhom krytu. Na jeho návrh som použil Autodesk Fusion 360. Kryt má dve časti: hlavné telo a predný kryt

Hlavné telo je v zásade navrhnuté tak, aby vyhovovalo všetkým komponentom. Môže pojať nasledujúce komponenty

1. Doska plošných spojov 50x70 mm

2. Držiak batérie AA

3. Solárny panel 85,5 x 58,5 x 3 mm

4. 3dBi externá anténa

Stiahnite si súbory.stl z Thingiverse

Krok 10: 3D tlač

Po dokončení návrhu je čas na 3D tlač krytu. Vo Fusion 360 môžete kliknúť na značku a nakrájať model pomocou softvéru na krájanie. Na krájanie modelu som použil Cura.

Na vytlačenie všetkých častí tela som použil 3D tlačiareň Anet A8 a 1,75 mm zelenú PLA. Vytlačenie hlavného tela mi trvalo asi 11 hodín a tlač predného krytu približne 4 hodiny.

Vrelo odporúčam použiť pre vás inú tlačiareň, ktorou je Creality CR - 10. Teraz je k dispozícii aj mini verzia CR -10. Tlačiarne Creality sú jednou z mojich obľúbených 3D tlačiarní.

Keďže som v 3D navrhovaní nový, môj návrh nebol optimistický. Som si však istý, že tento kryt je možné vyrobiť s použitím menšieho materiálu (kratší čas tlače). Neskôr sa pokúsim vylepšiť dizajn.

Moje nastavenia sú:

Rýchlosť tlače: 40 mm/s

Výška vrstvy: 0,2

Hustota výplne: 15%

Teplota extrudéra: 195 ° C

Teplota postele: 55 ° C

Krok 11: Inštalácia solárneho panelu a batérie

Pripojte červený vodič 22 AWG na kladný pól a čierny vodič na záporný pól solárneho panelu.

Vložte dva drôty do otvorov v streche hlavného telesa krytu.

Na upevnenie solárneho panelu použite super lepidlo a nejaký čas ho zatlačte, aby došlo k správnemu spojeniu.

Otvory utesnite zvnútra pomocou horúceho lepidla.

Potom vložte držiak batérie do otvoru v spodnej časti krytu.

Krok 12: Inštalácia antény

Odskrutkujte matice a podložky v konektore SMA.

Zasuňte konektor SMA do otvorov v kryte. Pozrite si obrázok vyššie.

Potom utiahnite maticu spolu s podložkami.

Teraz nainštalujte anténu správnym zarovnaním s konektorom SMA.

Krok 13: Inštalácia dosky plošných spojov

Namontujte podpery do 4 rohov dosky plošných spojov.

Na 4 štrbiny v kryte naneste super lepidlo. Pozrite sa na vyššie uvedený obrázok.

Potom zarovnajte podperu so 4 otvormi a umiestnite ju. nechajte niektoré uschnúť.

Krok 14: Zatvorte predný kryt

Po vytlačení predného krytu nemusí úplne vyhovovať hlavnému telu krytu. Ak je to tak, stačí ho po stranách obrúsiť brúsnym papierom.

Zasuňte predný kryt do otvorov v hlavnom tele.

Na zaistenie použite v spodnej časti lepiacu pásku.

Krok 15: Programovanie

Ak chcete používať Wemos D1 s knižnicou Arduino, budete musieť použiť Arduino IDE s podporou dosky ESP8266. Ak ste to ešte neurobili, môžete si do svojho Arduino IDE jednoducho nainštalovať podporu ESP8266 Board podľa tohto tutoriálu od Sparkfun.

Uprednostňujú sa nasledujúce nastavenia:

PU frekvencia: 80MHz 160MHz

Veľkosť blesku: 4M (3M SPIFFS) - 3M Veľkosť súborového systému 4M (1M SPIFFS) - 1M Veľkosť súborového systému

Rýchlosť nahrávania: 921 600 bps

Kód Arduino pre aplikáciu Blynk:

Režim spánku:

ESP8266 je zariadenie, ktoré potrebuje veľa energie. Ak chcete, aby sa vášmu projektu vybíjala batéria viac ako niekoľko hodín, máte dve možnosti:

1. Získajte obrovskú batériu

2. Vecne uspať Vec.

Najlepšia voľba je druhá možnosť. Pred použitím funkcie hlbokého spánku musí byť kolík Wemos D0 zapojený do kolíka Reset.

Kredit: Toto navrhol jeden z používateľov „tim Rowledge“z Instructables.

Viac možností úspory energie:

Wemos D1 Mini má malú diódu LED, ktorá sa rozsvieti, keď je doska napájaná. To spotrebuje veľa energie. Jednoducho vytiahnite LED diódu z dosky pomocou klieští. Drasticky to zníži prúd spánku.

Teraz môže zariadenie dlho fungovať s jedinou batériou Li-Ion.

#define BLYNK_PRINT Sériové // Zanechajte komentáre, ak chcete zakázať výtlačky a ušetriť miesto #zahrnúť #include

#include "Seeed_BME280.h" #include BME280 bme280; // V aplikácii Blynk by ste mali dostať Auth Token. // Prejdite na Nastavenia projektu (ikona orecha). char auth = "3df5f636c7dc464a457a32e382c4796xx"; // Vaše poverenia WiFi. // Pre otvorené siete nastavte heslo na „“. char ssid = "SSID"; char pass = "HESLO SLOVO"; void setup () {Serial.begin (9600); Blynk.begin (auth, ssid, pass); Serial.begin (9600); if (! bme280.init ()) {Serial.println ("Chyba zariadenia!"); }} prázdna slučka () {Blynk.run (); // načítanie a tlač teplôt float temp = bme280.getTemperature (); Serial.print ("Teplota:"); Serial.print (temp); Serial.println ("C"); // Jednotka pre stupne Celzia, pretože pôvodné arduino nepodporuje konkrétne symboly Blynk.virtualWrite (0, temp); // virtuálny pin 0 Blynk.virtualWrite (4, temp); // virtuálny kolík 4 // získajte a vytlačte údaje o atmosférickom tlaku plávajúci tlak = bme280.getPressure (); // tlak v Pa float p = tlak/100,0; // tlak v hPa Serial.print ("Tlak:"); Serial.print (p); Serial.println ("hPa"); Blynk.virtualWrite (1, s); // virtuálny pin 1 // získať a vytlačiť údaje o nadmorskej výške float nadmorská výška = bme280.calcAltitude (tlak); Serial.print ("Nadmorská výška:"); Serial.print (nadmorská výška); Serial.println ("m"); Blynk.virtualWrite (2, nadmorská výška); // virtuálny pin 2 // získajte a vytlačte údaje o vlhkosti float vlhkosť = bme280.getHumidity (); Serial.print ("Vlhkosť:"); Sériový tlač (vlhkosť); Serial.println ("%"); Blynk.virtualWrite (3, vlhkosť); // virtuálny pin 3 ESP.deepSleep (5 * 60 * 1000000); // Doba hlbokého spánku je definovaná v mikrosekundách. }

Krok 16: Nainštalujte aplikáciu a knižnicu Blynk

Blynk je aplikácia, ktorá umožňuje plnú kontrolu nad hardvérom Arduino, Rasberry, Intel Edison a oveľa viac. Je kompatibilný s Androidom aj iPhone. Práve teraz je aplikácia Blynk k dispozícii zadarmo.

Aplikáciu si môžete stiahnuť z nasledujúceho odkazu

1. Pre Android

2. Pre Iphone

Po stiahnutí si aplikáciu nainštalujte do svojho smartfónu.

Potom musíte importovať knižnicu do svojho Arduino IDE.

Stiahnite si Knižnicu

Pri prvom spustení aplikácie sa musíte prihlásiť - zadať e -mailovú adresu a heslo. Nový projekt vytvoríte kliknutím na „+“v pravom hornom rohu obrazovky. Potom to pomenujte.

Vyberte cieľový hardvér „ESP8266“Potom kliknutím na „E-mail“odošlite tento autorizačný token sebe-budete ho potrebovať v kóde

Krok 17: Vytvorte palubnú dosku

Hlavný panel pozostáva z rôznych miniaplikácií. Ak chcete pridať miniaplikácie, postupujte takto:

Kliknutím na „Vytvoriť“vstúpite na hlavnú obrazovku informačného panela.

Potom znova stlačte „+“, aby ste získali „Widget Box“

Potom potiahnite 4 meradlá.

Kliknutím na grafy sa otvorí ponuka nastavení, ako je uvedené vyššie.

Musíte zmeniť názov „Teplota“, vybrať virtuálny kolík V1 a potom zmeniť rozsah od 0 do 50. Podobne to urobte pre ďalšie parametre.

Nakoniec presuňte graf a zopakujte rovnaký postup ako v nastaveniach meradla. Konečný obrázok palubnej dosky je zobrazený na obrázku vyššie.

Farbu môžete zmeniť aj kliknutím na ikonu kruhu na pravej strane mena.

Krok 18: Nahranie údajov senzora do ThingSpeak

Najprv si vytvorte účet na ThingSpeak.

Potom vytvorte nový kanál vo svojom účte ThingSpeak. Zistite, ako vytvoriť nový kanál

Vyplňte pole 1 ako teplotu, pole 2 ako vlhkosť a pole 3 ako tlak.

Vo svojom účte ThingSpeak vyberte „Kanál“a potom „Môj kanál“.

Kliknite na názov svojho kanála.

Kliknite na kartu „Kľúče API“a skopírujte „Napíšte kľúč API“

Otvorte kód Solar_Weather_Station_ThingSpeak. Potom napíšte svoje SSID a heslo.

„WRITE API“nahraďte skopírovaným „Write API Key“.

Požadovaná knižnica: BME280

Kredit: Tento kód nie som napísaný ja. Získal som to z odkazu uvedeného vo videu YouTube od plukas.

Krok 19: Záverečný test

Umiestnite zariadenie na slnečné svetlo, rozsvieti sa červená kontrolka na module nabíjačky TP 4056.

1. Monitorovanie aplikácií Blynk:

Otvorte projekt Blynk. Ak je všetko v poriadku, všimnete si, že meradlo bude fungovať a graf začne vykresľovať údaje o teplote.

2. Monitorovanie ThingSpeak:

Najprv otvorte svoj program Thingspeak Chanel.

Potom prejdite na kartu „Súkromné zobrazenie“alebo „Verejné zobrazenie“a pozrite sa na grafy údajov.

Ďakujem, že ste si prečítali môj návod.

Ak sa vám môj projekt páči, nezabudnite ho zdieľať.

Prvá cena v súťaži o mikrokontrolér 2017