Raspberry Pi luonnossa! Pidennetty aika akkuvirralla: 10 vaihetta (kuvien kanssa)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

Motivaatio: Halusin käyttää paristokäyttöistä Raspberry Pi -kameraa ottaaksesi kerran päivässä valokuvia ulkona ja luomaan pitkäaikaisia aikaviivevideoita. Erityinen sovellukseni on rekisteröidä maaperän kasvien kasvu tänä keväänä ja kesänä.

Haaste: Suunnittele pienvirtainen Raspberry Pi -virtasäädin, jotta akku kestää pitkään.

Ratkaisuni: Käytän hakkeroitua herätyskelloa, Attiny85 -piiriä ja Pimoroni OnOff -levyä katkaistaksesi täysin virran Raspberry Pi: lle, kun sitä ei käytetä. Vaikka Attiny85 ja herätyskello toimivat edelleen valmiustilassa, virrankulutus on vain 5 mikroAmp. Kaksi AAA -paristoa käyttävät sekä Attinyä että herätyskelloa, kun taas USB -virtapankki käyttää Pi: tä.

Perustoiminnot: Kun herätyskello sammuu, se herättää nukkuvan Attiny -piirin, joka sitten ilmoittaa Pimoroni OnOff -levylle virran syöttämisestä USB -virtapankista Raspberry Pi -laitteeseen. Pi suorittaa käynnistyksen yhteydessä suoritettavan komentosarjan (ota valokuva). Riittävän ajan kuluttua (60 sekuntia sovelluksessani) Attiny -piiri antaa jälleen signaalin Pimoroni OnOff -levylle ja sitten Attiny siirtyy lepotilaan. Attiny -signaalin perusteella Pimoroni OnOff -välilevy suorittaa Pi -sammutuskomennon ja Pi -sammutusprosessin päätyttyä katkaisee virran USB -virtapankista Raspberry Pi -laitteeseen.

Vaihe 1: Osat ja työkalut

Osat:

Raspberry Pi Zero tai Raspberry Pi Zero W (lisää tehoa)

Vadelma PI -kameramoduuli

Raspberry Pi Zero -kotelo

Pimoroni ONOFF SHIM RASP PI POWER SWITCH, Digikey

OPTOISOLAATTORI Digikey

Paristokäyttöinen digitaalinen herätyskellokohde

ATtiny85 8 DIP Digikey

(2) CAP ALUM 100UF Digikey

DS3231 RTC -moduuli AliExpress

(2) 68 ohmin vastus

Lyhyt (noin 6 tuumaa) mikro -USB -kaapeli

Clear Box Amac SKU#: 60120. 4 "x 4" x 5-1/16 "h Säiliökauppa

Kmashi 11200 mAh USB-virtapankki # k-mp806 tai vastaava

Kaksinkertainen teippi

Pieni itsekelausruuvi

(2) 1 x 8 -napaiset naaraspinoamispäät - yleisesti myyty Arduino UNO -pinoamisotsikot AliExpress

Perf- tai nauhalevy noin 1 1/4 "2"

5 1/2 x 5/12 x 3/4 paksu mänty tai vaneri

1 1/4 PVC -putki, noin 15 pitkä

1 1/4 PVC -liitin

(2) lyhyet, noin 10 pitkät benji -narut

(4) Halkaisijaltaan 1/4 "puiset tapitapit, noin 1" pitkät

UltraDeck Natural Post Sleeve Cap Menards

Työkalut:

Lankaleikkurit ja juotosraudat

Arduino UNO tai muu tapa ohjelmoida ATtiny85

Liitä lanka ja puserot

Näppäimistö, hiiri, HDMI -näyttö, USB -portti ja Ethernet -keskitin, OTG -kaapeli

Monimittari

Vaihe 2: Asenna Raspberry Pi OS, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC ja Pi Camera Module

Pi Zero -asetus. Valmista SD -kortti Raspberry Pi: lle valitsemallasi jakelulla. Varmista, että otat käyttöön ensimmäisen asennuksen aikana I2C -käyttöliittymän, kameran ja käynnistyksen CLI: ksi automaattisella kirjautumisella, aseta oikea paikallinen aika ja vaihda salasana. Suosittelen myös staattisen IP -osoitteen määrittämistä, jotta asiat helpottuvat. Juotospuolinen otsikko Pi Zeroon. Voit käyttää joko vakiomallista 2 x 20 otsikkoa tai lyhyempää 2 x 6 otsikkoa, koska kaikkia 40 nastaa ei tarvita tässä projektissa - vain ensimmäiset 12 nastaa.

Kameran asennus. Napsauta Pi Zero koteloonsa ja käytä mukana toimitettua lyhyttä nauhakaapelia, joka yhdistää kameramoduulin Pi Zeroon reitittääksesi kaapelin ulostulokotelon pääteaukon. Asenna GPIO -aukkoinen yläkansi ja kiinnitä kamera kanteen kaksoisnauhalla (katso kuva).

Valmistele Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC. Vaikka Pimoroni OnOff Shimissä on 2 x 6 naarasotsikko, käytin sen sijaan kahta 1 x 6 naaraspinoamisotsikkoa, joita myydään yleisesti Arduino UNO -laitteille, otsikkotappien on ulotuttava Pimoroni OnOff Shim -levyn yläpuolelle Raspberry Pi -tapin paikoissa 1, 3, 5, 7, 9, muut tapit voidaan leikata vakiopisteen pituudeksi. Työnnä DS3231 RTC laajennetuille nastoille kuvan osoittamalla tavalla ja työnnä sitten Pimoroni OnOff Shim & DS3231 RTC -alikokoonpano Raspberry Pi -kiskoon kuten on esitetty.

Asenna Pimoroni OnOff Shim -ohjelmisto:

curl https://get.pimoroni.com/onoffshim | lyödä

Katso lisätietoja Shimin asennuksesta täältä

Asenna DS3231 RTC -ohjelmisto näiden ohjeiden mukaisesti

Alkutestit - Kamera, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC

Liitä paikallinen näppäimistö ja näyttö Pi Zeroon. Varmista, että sinulla on verkkoyhteys (ethernet -kaapeli tai Wifi). Liitä USB -virtajohto Pimoroni OnOff Shim.

a. Paina Pimoroni OnOff Shim -painiketta 3 sekunnin ajan ja vapauta sitten - tämä kytkee Pi Zero -laitteen päälle tai pois päältä. Tarkkaile näytön käynnistys- ja sammutusprosessia. Pi Zero -laitteessasi on nyt edistyksellinen tekniikan päivitys - on/off -kytkin!

b. Aseta DS3231 -aika ja varmista, että se lukee oikean ajan:

sudo hwclock -w

sudo hwclock -r

c. Testaa kameran toiminta näiden ohjeiden mukaisesti.

Vaihe 3: Asenna Raspberry Pi Run-At-Boot Script ja testikamera

Luo uusi zerocam -alihakemisto ja siirry siihen

mkdir zerocam

cd -nollakamera

Luo uusi komentotiedosto nanoeditorilla

nano photo.sh

Kopioi ja liitä alla oleva koodi nano -editoriin. Sulje nano painamalla Ctrl+X, Y ja sitten Return.

#!/bin/bash

DATE = $ (päivämäärä +"%Y-%m-%d_%H%M") raspistill -o /home/pi/zerocam/$DATE-j.webp

Koska tämä komentosarja käyttää muunnoskomentoa, sinun on asennettava ImageMagick Raspberry Pi -laitteeseen

sudo apt-get päivitys

sudo apt-get install imagemagick

Tee tiedostosta suoritettava

chmod +x photo.sh

Avaa /etc/rc.local (tämän tiedoston komennot suoritetaan käynnistyksen yhteydessä)

sudo nano /etc/rc.local

Tiedoston alareunassa, juuri ennen exit 0 -lausetta, lisää tämä uusi rivi ja sulje nano painamalla Ctrl+X, Y ja sitten Return.

sh /home/pi/zerocam/photo.sh

Kun paikallinen näyttö on kytketty, testaa sen toiminta

sudo uudelleenkäynnistys

Pi: n pitäisi käynnistyä uudelleen ja ottaa valokuva. Hakemistossa/home/pi/zerocam on uusi-j.webp

Testaa myös Pi: n kytkeminen päälle ja pois päältä Pimoroni -painikkeella. Mittaa ja kirjaa Pi: n käynnistymisaika. Sen pitäisi kestää alle 60 sekuntia.

Vaihe 4: hakata herätyskello

Noudata tuotantotoimintaa - Asenna kaksi AAA -paristoa herätyskelloon ja harjoittele asetusaikaa ja hälytystä mukana tulevien ohjeiden mukaisesti. Tarkkaile erityisesti hälytyksen soimista - sinun pitäisi nähdä (1) näytön pieni hälytyssymboli vilkkuvan, (2) summeri soi 1 minuutin ajan, sitten sammuu ja (3) taustavalon merkkivalo palaa 5 sekuntia ja sammuu sitten.

Irrota - Irrota neljä ruuvia kellosta taaksepäin erottaaksesi molemmat puolikkaat ja irrota sitten vielä neljä ruuvia pääpiirilevyn vapauttamiseksi.

Hakkerointi - Katkaise piirilevyn etuosassa olevat LED -johdot kuvan osoittamalla tavalla ja juota 5 tuuman pituisiksi johtimiksi piirilevyn takaosan jäljellä oleviin johtimiin (katso kuva). Irrota summeri kuvan osoittamalla tavalla.

Lisää paristolokeron liittimiin kaksi lisäjohtoa (punainen ja musta) sekä 100MFD elektrolyyttikondensaattori kuvan mukaisesti (huomioi napaisuus).

Kokoa kello uudelleen varmistaaksesi, että LED ja uusi paristo johtavat takakannen kiinnityspaikoista kuvan osoittamalla tavalla.

Uudelleenkoe - Asenna paristot ja testaa hälytystoiminto - nyt kun hälytys soi, näytön pienen hälytyssymbolin pitäisi vilkkua - mutta ei summeria eikä taustavaloa. Liitä monimittari LED -johtoihin, joiden pitäisi havaita noin 3 VDC, kun hälytys soi noin 5 sekunnin ajan.

Vaihe 5: Rakenna Attiny85 -piirilevy

Viitaten valokuvaan ja Attiny85 Schematic.pdf rakenna piirilevy pieneen palaan perf- tai strip -levyä. Huomautuksia:

• Muista käyttää 8 -nastaista DIP -liitäntää Attiny85 -sirulle, koska se on poistettava ohjelmointia varten.
• Varmista Opton oikea suunta ennen juottamista.
• Jumper johtaa Pimoroni Shim pitäisi olla vähintään 4 tuumaa pitkä naaras otsikot kiinnittää Shims BTN uros nastat.
• Noudata napaisuutta, kun teet liitäntöjä hälytyksen napsautuksella - piirissä ei ole käänteistä napaisuussuojaa

Vaihe 6: Lähetä koodi Attiny 85 -sirulle

Lataa koodi (liitteenä oleva AttinyPiPowerControl.ino -tiedosto) Attiny85 -sirullesi käyttämällä Arduino Unoa tai muuta keinoa. Huomaa - tämä koodi antaa PI: lle 60 sekuntia käynnistyä, ottaa valokuvan ja päästä päätelaitteen komentokehotteeseen ennen sammutusprosessin aloittamista. Tämän jälkeen voit asentaa Attiny85 -sirun piirilevyn pistorasiaan - tarkista suunta.

Huomautus: Jos tarvitset enemmän tai vähemmän Pi -ajonaikaa, muokkaa vain tätä riviä alareunassa:

viive (60000); // anna Pi käynnistyä ja ajaa jonkin aikaa

Vaihe 7: Johdotus ja alkutesti sekä kuvatiedostojen lataaminen PI: ltä

Johdotus:

Liitä USB -virtapankki Pimoroni -välilevyn mikro -usb -porttiin. Kytke hyppyjohdot Attiny85 -piirilevystä Pimoroni -säätölevyyn ja varmista, että musta johto yhdistyy Pimoroni -säätölevyn ulkoreunan BTN -nastaan.

Testata:

Aseta herätyskelloon 2 AAA -paristoa ja aseta kellonaika. Suosittelen myös Pi: n HDMI -portin liittämistä paikalliseen näyttöön.

Kytke hälytys päälle ja aseta hälytys muutaman minuutin kuluttua tulevaisuuteen. Kun hälytys soi, sinun pitäisi nähdä:

a. Kellon hälytyskuvake alkaa vilkkua

b. Noin 5 sekunnin kuluttua Pimoroni Shim punainen LED syttyy 5 sekunniksi

c. Pi alkaa käynnistyä

d. Noin 20 sekunnin kuluttua kameran LED -valo syttyy ja valokuva otetaan. Jos sinulla on paikallinen näyttöyhteys, näet lyhyen esikatselun otetusta valokuvasta.

e. Noin 40 sekunnin kuluttua Pi käynnistyy päätelaitteen komentokehotteeseen asti

f. Pi aloittaa sammutusprosessin, noin 20 sekunnin kuluttua Pimoroni Shim -punainen LED -valo vilkkuu osoittaen, että virta katkeaa

Valokuvatiedostojen lataaminen PI: stä

Liitän PI -verkon verkkoon OTG -kaapelilla ja USB -ethernet -sovittimella, jolloin Pi saa virtaa seinäsyövästä. Käytä sitten WinSCP: tä tiedostojen lataamiseen tietokoneelleni.

Vaihe 8: Kokoa elektroniikkakotelo

Kiinnitä Attiny85-piirilevy herätyskellon taakse pienellä itsekelausruuvilla. Kiinnitä PI kelloon kaksoisteipillä kuvan mukaisesti

Kiinnitä kello vasemmalle näyttökotelon pohjaan kaksoisnauhalla

Kiinnitä USB -virtapankki näyttökotelon pohjaan kaksoisnauhalla kuvan mukaisesti.

Aseta yläkotelo näytön kotelon pohjan päälle kuvan osoittamalla tavalla.

Vaihe 9: Rakenna kiinnityspanos, lopullinen kokoonpano ja päästä PI luontoon

Alaosa: Leikkaa 5 1/2 X 5 1/2 puukappaleessa 4 rakoa 3/4 "sisäänpäin kummaltakin puolelta kuvan osoittamalla tavalla. Käytin 1/4 jyrsinterää, mutta voit myös porata ja sahata. keskelle tehdään reikä 1 1/4 PVC -liittimelle. Ihanteellinen reiän koko on 1 5/8 ", mutta koska minulla oli vain 1 3/4" reikäsaha, käytin sitä ja rakensin kytkimen OD ankan teipillä. kytkentä paikallaan epoksin kanssa.

Keskitä elektroniikkakotelo puupalkin yläpuolelle ja merkitse sen ääriviivat. Poraa sitten neljä 1/4 reikää kummallekin puolelle kuvan mukaisesti. Liimaa näihin reikiin neljä 1 tuuman pitkää, 1/4 tuuman puutappia - tämä auttaa pitämään kotelon keskellä.

Yläosa: poraa neljä 3/16 "reikää kunkin koon alareunan lähelle ja aseta 3/4" pitkät S-koukut jokaiseen reikään taivuttamalla päät kiinni, jotta ne eivät putoa. Sisäreunoilla kuumaa liimaa 4 neljä 1/2 paksuista puupalaa - nämä auttavat pitämään yläosan keskellä kotelon yläpuolella.

Lopullinen kokoonpano: Levitä elektroniikkakotelo ylä- ja alaosien väliin ja kiinnitä kahdella benji -narulla kuvan mukaisesti

Vapauta PI luontoon: Tee kiinnityspylväs leikkaamalla tarkoitukseen sopivan pituinen 1 1/4 "PVC -putki, leikkaa toinen pää 45 asteen kulmassa, jotta on helpompi lyödä maahan. Minun tapauksessani Olen kiinnostunut maaperän kasvien kasvusta (Vinea minor) tänä keväänä, joten PVC -panokseni on vain 15 "pitkä. Tarkista vielä kerran, että AAA -paristot ovat tuoreita, USB -varavirtalähde on ladattu täyteen ja herätyskello on asetettu oikein - sitten lyö panos maahan ja liu'uta kokoonpano kiinnityspylvään päälle - katso kuva.

Vaihe 10: Nykyiset mittaukset ja nopeutettu akun käyttöikä

Mittasin virran Radio Shack RS-232 -yleismittarilla (22-812) ja Meter View -ohjelmistolla. Ei pedon valinta, mutta minulla on se.

Virrankulutuksen mittaus kahdesta AAA -paristosta, Attiny85 -kortista ja herätyskellosta

"Sarjakytkentä" -yleismittariin käytin tyhjiä paristoja ja 3 VDC: n virtalähdettä (katso kuva). Katso "aktiivisen" jakson aikana mitatun virran kaavio (alkaa hälytystapahtumasta - päättyy, kun Attiny85 palaa lepotilaan). Ei-hälytysveto oli vakio 0,0049 mA. Yhteenveto -

Aktiivinen jakso = 78 sekuntia

Aktiivisen ajan keskim. Virta = 4,85 mA

Ei-hälytysvirta = 4,9 mikroA (0,0049 mA)

Laskin keskimääräisen päivittäisen virrankulutuksen 0,0093 mA kahdesta AAA: sta (750 mAh/kpl) ottaen huomioon nukkumis- ja aktiivitilat sekä teoreettisen akun käyttöiän> 8 vuotta tällä menetelmällä.

PI -virrankulutuksen mittaus USB -varavirtalähteestä. "Sarjayhteyden" yleismittariin käytin modifioitua USB -kaapelia (katso kuva). Katso kaavio "aktiivisen" jakson aikana mitatusta virrasta (PI -käynnistys - PI -sammutus). Ei-aktiivisena aikana Pimoroni ONOFF -levy katkaisee virran kokonaan Pi: hen, joten virrankulutus on nolla. Yhteenveto -

Aktiivinen jakso = 97 sekuntia

Aktiivisen ajan keskim. Virta = 137 mA

Jos oletetaan 11200 mAh: n virtapankki, teoreettinen aktiivisten jaksojen määrä on> 3000.

Nopeutettu akun käyttöikä

Ohjasin väliaikaisesti PI: tä Arduino UNO -ohjelmalla, joka oli ohjelmoitu nopeaan pyöräilyyn - hälytysten välinen aika oli 2 minuuttia verrattuna normaaliin 24 tuntiin.

Testi #1: 11200 mAh: n virtapankki. Aloitin kello 22 ja lopetin seuraavana päivänä kello 13. Tulokset: 413 otettua valokuvaa, 3/4 lataustason merkkivaloa palaa testin lopussa.

Testi #2: 7200 mAh: n virtapankki. Aloitin klo 19.30 ja lopetin seuraavana päivänä klo 16.30. Tulokset: 573 otettua valokuvaa, 2/4 lataustilan LED -merkkivalo palaa vielä testin lopussa.

Johtopäätös: Uskon, että yllä olevat tulokset osoittavat, että vähintään vuoden operaatio ottaa 1 kuva.