Bezdrôtový lunárny sledovač fáz: 6 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Lunárny fázový sledovač je malé, poloprenosné zariadenie, ktoré vám umožňuje zbierať dôležité informácie o Mesiaci. Zariadenie hlási späť parametre, ako je viditeľné osvetlenie, fáza, východ mesiaca, nastavené časy a ďalšie.

Toto zariadenie je nevyhnutné pre každého, kto sa zaujíma o vedu alebo astronómiu a ponúka vynikajúcu ozdobu kancelárskej plochy a určite je aj štartérom konverzácie.

Projekt je pomerne jednoduchý a vyžaduje zariadenie pripojené k internetu, ako napríklad ESP32, kód však môžete vždy prispôsobiť tak, aby fungoval s WiFi štítom, ethernetovým štítom alebo akýmkoľvek iným zariadením pripojeným k internetu. Lunar Phase Tracker bol navrhnutý tak, aby fungoval s lítium-polymérovými batériami a veľmi energeticky efektívnym displejom s E-atramentom, ktorý nielenže ponúka nádhernú obrazovku, ale aj uchováva posledný obrázok, aj keď sa napájanie vypne!

Krok 1: Registrácia na informácie o astronómii

Tento krok je úplne zásadný (aj keď nudný), pretože na zhromažďovanie našich informácií používame online API. Aj keď je možné vypočítať fázy mesiaca, osvetlenie atď., Je to únavná úloha. Rozhranie API, ktoré používame, poskytuje aktuálne informácie zo živých meteorologických staníc a monitorovacích systémov, takže údaje, ktoré dostávame, sú výsledkami skutočného sveta a nie vypočítanými hodnotami.

Choďte do Weather Underground, kliknite na „zaregistrovať sa“a zadajte všetky svoje informácie. Účet je úplne zadarmo, rovnako ako vaše hovory API, pokiaľ nevyžadujete príliš veľa výsledkov za minútu alebo neprekročíte 500 žiadostí za deň. Uistite sa, že si túto stránku uložíte ako záložku. Kedykoľvek sa môžete vrátiť neskôr a používať rozhranie API na štatistiky počasia a ďalšie skvelé informácie. Po vytvorení účtu prejdite na stránku API, kliknite na „kľúč nákupu“a vyberte bezplatný plán, stačí zadať niekoľko podrobností a budete mať problémy s identifikátorom kľúča devoloper. Tento identifikátor je pre vás jedinečný a mal by byť súkromný. Poskytol som svoj kľúč v príklade kódu Arduino, na ktorý sa pozrieme o niečo neskôr. Ste vítaní používať môj Key ID na testovacie účely, ale dôrazne odporúčam zaregistrovať sa pre svoj vlastný.

Akonáhle budete mať svoje jedinečné ID, môžete zamieriť k informáciám o Astronomy API, ktoré sú úprimne veľmi holé. Nájdete jednoduchý príklad, ktorý vyzerá takto:

api.wunderground.com/api/8c6dc2e5c6f36de9/a…

Táto adresa URL je mimoriadne dôležitá, pretože práve to nám spôsobuje všetky informácie, ktoré potrebujeme na realizáciu nášho projektu. Pokračujte, kliknite na odkaz, uvidíte výsledky pre Sydney, ako napríklad fázu mesiaca, osvetlenie a ďalšie dobré informácie. Pozrite sa na URL, uvidíme Sydney, Austráliu a dlhý kód, ktorý začína na „8c6dcwe …“. Tento kód je vaše ID kľúča, ktoré sme vybrali skôr. Zmeňte tento kód pomocou svojho jedinečného ID a zistite, ako to funguje. Mali by ste získať presne rovnaký výsledok. Skúste sa pohrať s miestami. V Južnej Afrike používam Johannesburg a ZA.

Krok 2: Komponenty

Takže teraz k zaujímavostiam. Budeme potrebovať niekoľko komponentov, nie veľa a žiadny z nich nie je extrémne drahý a pre komponenty, ktoré som použil, som poskytol odkazy na Amazon. Majte na pamäti, že ak ste dobrý v programovaní, neváhajte použiť akýkoľvek displej alebo internetové zariadenie, ktoré máte k dispozícii. Pri svojej stavbe som použil nasledujúce:

Displej Waveshare E-Ink SPI 4,2 "SPI

• Vývojová doska ESP32 (všeobecné)
• Adafruit Power Boost 500
• Batéria Lipo s kapacitou 5 000 mAh
• Stripboard (Protoboard)

Budete potrebovať základné nástroje, ako napríklad:

• Spájkovačka
• Spájka
• Multimetr
• Strmene
• Vŕtajte na oddelenie stôp na protoboarde
• Drôt
• Drôtené nožnice
• Lepidlo (horúce lepidlo bude fungovať)
• Notebook s nainštalovaným IDE Arduino

Jediný pokročilý nástroj, ktorý môžete potrebovať, je 3D tlačiareň na výrobu krytu. Ak ho nemáte, je to v poriadku, vyrobte si kryt z dreva a ručných píl alebo z čohokoľvek, čo máte k dispozícii. A áno, moja 3D tlačiareň je stará a zaprášená.

Krok 3: Počítačový softvér

Predtým, ako začneme pracovať na obvode a programovaní, budeme najskôr potrebovať najnovšiu verziu Arduino IDE, ktorú nájdete tu.

Pretože používame ESP32 s jadrom Arduino, budeme musieť nainštalovať toto jadro na Arduino IDE. Postupujte podľa tohto jednoduchého sprievodcu od Githubu, ktorý vám ukáže, aký softvér a konfiguráciu budete potrebovať, aby ste mohli používať svoju dosku ESP32 dev v rámci Arduino IDE.

Na fungovanie systému budeme potrebovať aj dve ďalšie knižnice. Prvá je knižnica Arduino JSON, ktorá nám umožňuje čítať a analyzovať požiadavky JSON, čo je presne to, čo získavame z Weather Underground. Tieto dve knižnice si môžete stiahnuť z môjho osobného Dropboxu alebo nižšie. Akonáhle máte súbory, extrahujte ich a umiestnite do priečinka knižnice Arduino. Spravidla sa nachádza v knižniciach C: / Users / YOUR_NAME / Documents / Arduino \. Uistite sa, že reštartujete IDE, inak Arduino nové prírastky nevyberie. V tomto priečinku je aj hlavný kód Arduino SRC. Knižnica tiež obsahuje upravenú verziu vzorky poskytnutej z displejov Waveshare. Súbory boli zmenené tak, aby bežali na module ESP32 s ich GPIO a implementoval som nové „písmo“, ktoré obsahuje všetky obrázky pre rôzne fázy mesiaca.

Krok 4: Okruh

Ok, obvod je veľmi jednoduchý a vyžaduje iba niekoľko komponentov a vodičov.

Všeobecne platí, že máme obvod nabíjačky Lipo, zosilňovač na zvýšenie napätia na 5 V a potom súpravu ESP32 Dev Kit, ktorá znižuje napätie na 3,3 V. Tento 3,3 V sa používa aj pre displej Waveshare E-Ink. Áno, je to trochu neefektívne kvôli zvýšeniu a potom zníženiu pomocou lineárneho regulátora, ale ESP32 pracuje vo veľmi strašnom rozsahu napätia. Niekde okolo 2,5 - 3,6V. To nie je vhodné pre batériové projekty, najmä pre tie, ktoré používajú lítium -polymérové články.

Základné zapojenie je nasledovné:

• Posilnite prevodník 5 V na výstupe Vin a GND v súprave ESP32 Dev Kit
• E-atramentový displej ESP32 3,3 V 3,3 V a GND
• E-atramentový displej ESP32 PIN 18 CLK
• E-atramentový displej ESP32 PIN 23 DIN/MOSI
• E-atramentový displej ESP32 PIN 5 CS/SS
• E-atramentový displej ESP32 PIN 32 DC
• E-atramentový displej ESP32 PIN 33 RST
• E-atramentový displej ESP32 PIN34 BUSY

Môžete vidieť, že zapojenie je veľmi jednoduché a výroba mojich DIY dosiek trvala len asi 15 minút. Pred napájaním skontrolujte, či nie sú skraty pomocou multimetra.

Tiež som odstránil diódy LED z dosky ESP32 a Lipo boost, aby som v režime spánku ušetril asi 40 mA energie. Vďaka tomu vydržia batérie o niečo dlhšie. Ak chcete, môžete implementovať vypínač, obvod úspory energie, automatické odpojenie atď. Tento projekt môžete rozšíriť a urobiť ho tak komplexným, ako chcete.

Krok 5: Kód

Kód nájdete v dodanom priečinku v kroku 3 alebo si môžete stiahnuť súbor.ino nižšie. Aby všetko fungovalo spoločne, budete musieť nainštalovať súvisiace knižnice, ako je uvedené v kroku 3. K tomuto kroku nie je veľa čo povedať, pretože kód je dodávaný v pracovnom stave. Pred testovaním programu zadajte SSID a sieťové heslo. Vždy môžete spustiť skenovanie ESP32 WiFi, aby ste zistili akékoľvek bezdrôtové siete v okolí, ale v mojom programe sú informácie o sieti nastavené iba na kód a kód. Možno ho môžete upraviť a opýtať sa, k akej sieti sa chcete pripojiť:)

Kód je pomerne jednoduchý a v nasledujúcich týždňoch strávim nejaký čas jeho komentovaním a vylepšovaním. V zásade sa pripájame k sieti, v mojom prípade k mojej domácej sieti. Potom sa pokúsime pripojiť k Weather Underground a prijať text JSON z webovej stránky. Na extrakciu sa potom použije knižnica ArduinoJSON. alebo analyzujte kód JSON na pole alebo reťazce znakov, ktoré nám umožňujú manipulovať s hodnotami pred ich zobrazením používateľovi. Posledný bit kódu je výlučne na programovanie grafického používateľského rozhrania a bol vykonaný metódou pokusu a omylu. Pozrel som sa na displej, zvýšil alebo znížil pozíciu majetku a znova spustil kód, kým som nebol spokojný s tým, ako vyzerá veľkosť písma, rozloženie a obrázky.

Na úsporu energie som pre ESP32 implementoval rutinu hlbokého spánku. Predvolená hodnota je 60 sekúnd, ale navrhujem, aby ste zmenili hodnotu na niečo ako hodinu alebo dve, pretože aktualizácie sa nevyskytujú najmenej niekoľko hodín. Príklad akceptuje sekundy, preto sa uistite, že ste prevody vykonali správne.

Na generovanie hexadecimálnych polí pre nové písmo som použil aj program The Dot Factory. Toto písmo sa používa na generovanie „obrazov“pre fázy mesiaca. Ak chcete upraviť súbor písem, uistite sa, že na generovanie použijete vyššie uvedený program. Je to trochu mätúce, pretože knižnica E-Ink nie je dobre zdokumentovaná a väčšina môjho úspechu bola vďaka pokusom a omylom. Keď budem s týmto kódom tráviť viac času, zaktualizujem Instructable, aby poskytol viac informácií o mojich zisteniach.

Písmo použité pre fázy mesiaca musí byť urobené podľa štandardného rozloženia ASCII. Ak otvoríte font24 v priečinku EPD-master, uvidíte rozloženie, kde je 1. grafika označená bielym priestorom, druhá je „!“(výkričník) a pod. Uvidíte, že vytiahnem súvisiace písmo pomocou čísla 3 alebo symbolu hashtag v poslednom kúte kódu (funkcia getLunarChar). Dôvodom je, že Arduino očakáva štandard ASCII od 32 do 127. Pretože používame písma, ktoré nemajú nič spoločné so skutočnými písmami, a skôr s grafickou maticou vo fáze mesiaca, musíme zaistiť, aby znak ASCII odkazoval na nami zvolený obrázok fázy mesiaca. To znamená, že pomocou! znak, naše písmo lunárnej fázy nám ukazuje druhú grafiku fázy mesiaca v tomto zozname. Ak sa pozriete na písmo lunárnej fázy, uvidíte celý rad fáz mesiaca, všetky s rôznymi úrovňami osvetlenia. V budúcnosti pridám ďalší kód, aby som využil všetku grafiku, ktorú sme implementovali. V súčasnosti používame iba niekoľko, ale grafika je už implementovaná vo fonte lunárnej fázy a stačí ju implementovať v kóde, aby sme to mohli využiť.

Krok 6: Konečná montáž

Poslednou a najuspokojivejšou časťou stavby je proces montáže. Navrhol som a 3D vytlačil kryt, ktorý sa hodí k mojej doske. Projekt je veľmi DIY, neexistujú žiadne profesionálne DPS ani jediné štandardné rozloženie. Box, ktorý som použil, je z väčšej časti dostatočne veľký na to, aby sa do neho zmestila akákoľvek lipo nabíjačka alebo zosilňovač, ktoré sa rozhodnete použiť. Pokiaľ poskytujú rovnakú základnú funkciu, ako je uvedené v tomto návode, mali by ste byť v poriadku.

Použil som 4 skrutky, ktoré držali hornú a dolnú polovicu krytu dohromady, a horúce lepidlo na montáž obvodov pre domácich majstrov. Na uchytenie batérie som použil niekoľko veľmi malých kvapiek lepidla, ale keby som mal viac času, vyrobil by som vlastný držiak pre všetku elektroniku.

Tiež som sa rozhodol urobiť na zadnej strane otvor pre západkové tlačidlo. To odpojí batériu od zosilňovača, čo je užitočné, ak neplánujete zariadenie používať 24/7. Boost Converter bohužiaľ stále používa energiu, aj keď je váš ESP32 v režime hlbokého spánku.

Celkovo som s výsledkom veľmi spokojný. Pri používaní ESP32 som sa veľa naučil a vidím, že ho v budúcnosti budem používať na rôzne projekty.

Ak máte akékoľvek otázky, pokojne sa pýtajte, rád vám pomôžem a ak nájdete v tomto návode nejaké chyby, dajte mi prosím vedieť.

ÚPRAVA: V skutočnosti som namiesto 3D tlačenej verzie CNC stroje strojil malé puzdro, čo vidíte na odporúčaných obrázkoch.

EDIT: Na zobrazených obrázkoch vidíme spln v mesiaci s 99% osvetlením. Preto biely kruh, keď mesiac prechádza svojimi typickými fázami, obraz mesiaca sa podľa toho zmení. Ako mesiac postupuje vo svojich fázach, budú nahrané ďalšie obrázky, aby ste mohli získať reprezentáciu grafiky.

Runner Up in the Space Challenge