Aurinkovoimalla toimiva WiFi -sääasema V1.0: 19 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Tässä ohjeessa näytän sinulle, kuinka rakentaa aurinkovoimalla toimiva WiFi -sääasema Wemos -kortilla. Wemos D1 Mini Prossa on pieni muoto ja laaja valikoima plug-and-play-kilpiä, joten se on ihanteellinen ratkaisu ESP8266 SoC: n ohjelmoinnin nopeaan aloittamiseen. Se on edullinen tapa rakentaa esineiden internet (IoT) ja on Arduino -yhteensopiva.

Voit myös katsoa uutta versiota- 3.0 Weather Station.

Voit myös katsoa uutta versiota 2.0 Weather Station.

Voit ostaa V2.0 -piirilevyn PCBWaysta.

Löydät kaikki projektini osoitteesta

Uudessa sääasemassa on seuraavat ominaisuudet:

1. Sääasema voi mitata: lämpötila, kosteus, ilmanpaine, korkeus

2. Voit seurata yllä olevia sääparametreja älypuhelimestasi tai verkosta (ThingSpeak.com)

3. Koko piiri virtalähteen kanssa sijoitetaan 3D -tulostettuun koteloon.

4. Laitteen kantamaa parannetaan käyttämällä ulkoista 3dBi -antennia. Se on noin 100 metriä.

Vaihe 1: Tarvittavat osat ja työkalut

1. Wemos D1 Mini Pro (Amazon / Banggood)

2. TP 4056 -latauskortti (Amazon / Aliexpress)

3. Diodi (Aliexpress)

4. BME 280 -anturi (Aliexpress)

5. aurinkopaneeli (Banggood)

6. Rei'itetty lauta (Banggood)

7. Ruuviliittimet (Banggood)

8. PCB -erotukset (Banggood)

9. Li -ion -akku (Banggood)

10. AA -paristopidike (Amazon)

11. 22 AWG -lanka (Amazon / Banggood)

12. Superliima (Amazon)

13. Kanavateippi (Amazon)

14. 3D -tulostuslanka -PLA (GearBest)

Käytetyt työkalut:

1.3D-tulostin (Anet A8/ Creality CR-10 Mini)

2. Juotin (Amazon)

3. Liimapistooli (Amazon)

4. Wire Cutter / Stripper (Amazon)

Vaihe 2: Virtalähde

Suunnitelmani on ottaa sääasema käyttöön syrjäisessä paikassa (maalaistaloni). Sääaseman jatkuva käyttö edellyttää jatkuvaa virtalähdettä, muuten järjestelmä ei toimi. Paras tapa antaa virtapiirille jatkuvaa virtaa on käyttää akkua. Mutta muutaman päivän kuluttua akun mehu loppuu, ja on todella vaikeaa mennä sinne ja ladata sitä. Joten aurinkopaneelilatauspiiriä ehdotettiin, jotta käyttäjä voisi vapauttaa auringosta energiaa akkujen lataamiseen ja Wemos -levyn virran saamiseen. Olen käyttänyt 14450 litiumioniakkua 18650 akun sijaan sen pienemmän koon vuoksi. Koko on sama kuin AA -paristolla.

Akku ladataan aurinkopaneelista TP4056 -latausmoduulin kautta. TP4056 -moduulin mukana toimitetaan akun suojapiiri tai ilman suojapiiriä. Suosittelen ostamaan moduulin, joka sisältää akun suojapiirin.

Tietoja TP4056 -laturista

TP4056 -moduuli sopii täydellisesti yksikennoisten 3,7 V: n 1 Ah: n tai sitä korkeampien LiPo -kennojen lataamiseen. Tämä moduuli perustuu TP4056 -laturin IC- ja DW01 -akun suojapiireihin, ja se tarjoaa 1000 mA: n latausvirran ja katkaisee sen, kun lataus on valmis. Lisäksi, kun akun jännite laskee alle 2,4 V: n, suoja -IC katkaisee kuorman suojatakseen kennoa alijännitteeltä. Se suojaa myös ylijännitteeltä ja käänteiseltä napaisuudelta.

Vaihe 3: Säätietojen mittaaminen

Aikaisemmin sääparametrit, kuten ympäristön lämpötila, kosteus ja ilmanpaine, mitattiin erillisillä analogisilla laitteilla: lämpömittari, kosteusmittari ja barometri. Mutta nykyään markkinat ovat täynnä halpoja ja tehokkaita digitaalisia antureita, joita voidaan käyttää erilaisten ympäristöparametrien mittaamiseen. Parhaita esimerkkejä ovat anturit, kuten DHT11, DHT 22, BMP180, BMP280 jne.

Tässä projektissa käytämme BMP 280 -anturia.

BMP 280:

BMP280 on hienostunut anturi, joka mittaa erittäin tarkasti ilmanpaineen ja lämpötilan kohtuullisella tarkkuudella. BME280 on Boschin seuraavan sukupolven antureita, ja se on päivitetty BMP085/BMP180/BMP183 -malliin - matalalla korkeudella 0,25 m kohinaa ja sama nopea muuntamisaika.

Tämän anturin etuna on, että se voi käyttää joko I2C: tä tai SPI: tä kommunikointiin mikro -ohjaimen kanssa. Yksinkertaisen ja helpon johdotuksen vuoksi ehdotan I2C -versiokortin ostamista.

Vaihe 4: Ulkoisen antennin (3dBi) käyttäminen

Wemos D1 mini Pro -kortissa on sisäänrakennettu keraaminen antenni sekä mahdollisuus kytkeä ulkoinen antenni kantaman parantamiseksi. Ennen kuin käytät ulkoista antennia, sinun on reititettävä antennisignaali sisäänrakennetusta keraamisesta antennista ulkoiseen pistorasiaan. Tämä voidaan tehdä kääntämällä pientä pinta -asennusta (0603) nollaohmin vastusta (joskus kutsutaan linkiksi).

Voit katsoa tämän Alex Eamesin tekemän videon kiertääksesi nollaohmin vastusta.

Napsauta sitten antennin SMA -liitin Wemos Pro -miniantennipaikkaan.

Vaihe 5: Juottaa otsikot

Wemos -moduuleissa on erilaisia otsikoita, mutta sinun on juotettava se tarpeidesi mukaan.

Tätä hanketta varten

1. Juottaa kaksi urosliitintä Wemos D1 pro mini -levylle.

2. Juotos 4 -napainen urosliitin BMP 280 -moduuliin.

Otsikoiden juottamisen jälkeen moduuli näyttää yllä olevan kuvan mukaiselta.

Vaihe 6: Otsikoiden ja päätelaitteiden lisääminen

Seuraava vaihe on otsikoiden juottaminen rei'itetylle levylle.

1. Aseta ensin Wemos -levy rei'itetyn levyn päälle ja merkitse jalanjälki. Juotos sen jälkeen kaksi naaraspuolisten riviä merkityn kohdan päälle.

2. Juotos sitten 4 -napainen naarasliitin kuvan mukaisesti.

3. Juotosruuviliittimet akun liitäntää varten.

Vaihe 7: Asenna latauslevy:

Kiinnitä pieni pala kaksipuolista teippiä latausmoduulin takapuolelle ja liitä se rei'itetylle levylle kuvan osoittamalla tavalla. Asennuksen aikana on huolehdittava levyn kohdistamisesta siten, että juotosreiät vastaavat rei'itettyjä levyreikiä.

Lisää terminaali aurinkopaneelille

Juotos ruuviliitin aivan latauslevyn mikro -USB -portin lähellä.

Voit juottaa tämän päätelaitteen myös aiemmassa vaiheessa.

Vaihe 8: Kytkentäkaavio

Ensin leikkasin pieniä paloja erivärisiä johtoja ja poistin eristyksen molemmista päistä.

Sitten juotan johdot kaavion mukaisesti yllä olevan kuvan mukaisesti.

Wemos -> BME 280

3,3 V - -> Vin

GND GND

D1 SCL

D2 SDA

TP4056 -liitäntä

Aurinkopaneeliliitin -> + ja - lähellä mikro -USB -porttia

Akun napa -> B+ ja B-

5 V ja GND of Wemos -> Out+ ja Out-

Huomautus: Aurinkopaneeliin liitettyä diodia (esitetty kaaviossa) ei tarvita, koska TP4056 -moduulissa on sisäänrakennettu diodi.

Vaihe 9: Kotelon suunnittelu

Tämä oli minulle aikaa vievin vaihe. Olen käyttänyt noin 4 tuntia kotelon suunnitteluun. Suunnittelussa käytin Autodesk Fusion 360: tä. Kotelossa on kaksi osaa: päärunko ja etukansi

Päärunko on periaatteessa suunniteltu sopimaan kaikkiin komponentteihin. Se mahtuu seuraaviin osiin

1. 50x70mm piirilevy

2. AA -paristopidike

3. 85,5 x 58,5 x 3 mm aurinkopaneeli

4. ulkoinen 3dBi -antenni

Lataa.stl -tiedostot Thingiversestä

Vaihe 10: 3D -tulostus

Suunnittelun valmistuttua on aika tulostaa kotelo 3D -muodossa. Fusion 360: ssa voit napsauttaa mallia ja leikata malli viipalointiohjelmistolla. Olen käyttänyt Curaa mallin leikkaamiseen.

Käytin Anet A8 3D -tulostinta ja 1,75 mm vihreää PLA: ta kaikkien kehon osien tulostamiseen. Kesti noin 11 tuntia päärungon tulostamiseen ja noin 4 tuntia etukannen tulostamiseen.

Suosittelen lämpimästi toisen tulostimen käyttöä, joka on Creality CR - 10. Nyt on saatavana myös miniversio CR -10: stä. Creality -tulostimet ovat yksi suosikkini 3D -tulostimista.

Koska olen uusi 3D -suunnittelussa, suunnitteluni ei ollut optimistinen. Mutta olen varma, että tämä kotelo voidaan tehdä käyttämällä vähemmän materiaalia (vähemmän tulostusaikaa). Yritän parantaa muotoilua myöhemmin.

Asetukseni ovat:

Tulostusnopeus: 40 mm/s

Kerroksen korkeus: 0,2

Täyttötiheys: 15%

Puristimen lämpötila: 195 astetta

Sängyn lämpötila: 55 astetta

Vaihe 11: Aurinkopaneelin ja akun asentaminen

Juotos 22 AWG punainen johto plusnapaan ja musta johto aurinkopaneelin negatiiviseen napaan.

Työnnä kaksi johtoa pääkotelon katon reikiin.

Kiinnitä aurinkopaneeli superliimalla ja paina sitä jonkin aikaa, jotta se kiinnittyy kunnolla.

Tiivistä reiät sisäpuolelta kuumaliimalla.

Aseta sitten paristopidike kotelon alaosassa olevaan aukkoon.

Vaihe 12: Antennin asennus

Ruuvaa SMA -liittimen mutterit ja aluslevyt irti.

Työnnä SMA -liitin kotelon reikiin. Katso yllä oleva kuva.

Kiristä mutteri yhdessä aluslevyjen kanssa.

Asenna nyt antenni kohdistamalla se oikein SMA -liittimeen.

Vaihe 13: Piirilevyn asennus

Kiinnitä seisokit piirilevyn 4 kulmaan.

Levitä superliimaa kotelon 4 rakoon. Katso yllä olevaa kuvaa.

Kohdista se sitten 4 aukkoon ja aseta se paikalleen. anna joidenkin kuivua.

Vaihe 14: Sulje etukansi

Etukannen tulostamisen jälkeen se ei ehkä sovi täydellisesti kotelon päärunkoon, jos näin on, hio se vain sivuilta hiekkapaperilla.

Liu'uta etukansi kiinni rungon aukkoihin.

Kiinnitä se käyttämällä teippiä alareunassa.

Vaihe 15: Ohjelmointi

Jos haluat käyttää Wemos D1: tä Arduino -kirjaston kanssa, sinun on käytettävä Arduino IDE: tä ja ESP8266 -levytukea. Jos et ole vielä tehnyt sitä, voit helposti asentaa ESP8266 Board -tuen Arduino IDE -laitteeseesi noudattamalla tätä Sparkfunin opetusohjelmaa.

Seuraavat asetukset ovat suositeltavia:

PU -taajuus: 80MHz 160MHz

Salaman koko: 4M (3M SPIFFS) - 3M Tiedostojärjestelmän koko 4M (1M SPIFFS) - 1M Tiedostojärjestelmän koko

Latausnopeus: 921600 bps

Arduino -koodi Blynk -sovellukselle:

Nukkumismoodi:

ESP8266 on melko voimakas nälkäinen laite. Jos haluat projektisi kuluvan akusta yli muutaman tunnin, sinulla on kaksi vaihtoehtoa:

1. Hanki valtava akku

2. Nosta asia taitavasti nukkumaan.

Paras vaihtoehto on toinen vaihtoehto. Ennen syvän lepotilan käyttöä Wemos D0 -tappi on kytkettävä nollausnastaan.

Luotto: Tätä ehdotti yksi Instructables -käyttäjän "tim Rowledge".

Lisää virransäästövaihtoehtoa:

Wemos D1 Mini -laitteessa on pieni LED -valo, joka syttyy, kun levylle syötetään virta. Se kuluttaa paljon virtaa. Joten vedä se LED irti levyltä pihdeillä. Se pudottaa univirran jyrkästi.

Nyt laite voi toimia pitkään yhdellä litiumioniakulla.

#define BLYNK_PRINT Serial // Poista tämä käytöstä ja säästä tilaa kommentoimalla tämä #include #include

#include "Seeed_BME280.h" #include BME280 bme280; // Sinun pitäisi saada todennustunnus Blynk -sovelluksessa. // Siirry projektiasetuksiin (mutterikuvake). char auth = "3df5f636c7dc464a457a32e382c4796xx"; // WiFi -tunnuksesi. // Aseta salasana "" avoimille verkoille. char ssid = "SSID"; char pass = "SALASANA"; void setup () {Serial.begin (9600); Blynk.begin (auth, ssid, pass); Sarja.alku (9600); if (! bme280.init ()) {Serial.println ("Laitevirhe!"); }} void loop () {Blynk.run (); // hankinta- ja tulostuslämpötilat float temp = bme280.getTemperature (); Serial.print ("Lämpötila:"); Sarjajälki (lämpötila); Serial.println ("C"); // Celsius -yksikkö, koska alkuperäinen arduino ei tue erityisiä symboleja Blynk.virtualWrite (0, temp); // virtuaalinen nasta 0 Blynk.virtualWrite (4, temp); // virtuaalinen nasta 4 // saada ja tulostaa ilmakehän paineen tiedot float pressure = bme280.getPressure (); // paine Pa -uimurissa p = paine/100,0; // paine hPa Serial.print ("Paine:"); Sarjanjälki (p); Serial.println ("hPa"); Blynk.virtualWrite (1, p); // virtuaalinen nasta 1 // korkeusdatan hakeminen ja tulostaminen float altitude = bme280.calcAltitude (paine); Serial.print ("Korkeus:"); Sarjajälki (korkeus); Sarja.println ("m"); Blynk.virtualWrite (2, korkeus); // virtuaalinen nasta 2 // saada ja tulostaa kosteustiedot float kosteus = bme280.getHumidity (); Serial.print ("Kosteus:"); Sarjajälki (kosteus); Serial.println ("%"); Blynk.virtualWrite (3, kosteus); // virtuaalinen nasta 3 ESP.deepSleep (5 * 60 * 1000000); // deepSleep -aika määritellään mikrosekunneissa. }

Vaihe 16: Asenna Blynk -sovellus ja kirjasto

Blynk on sovellus, jonka avulla voit hallita Arduinoa, Rasberrya, Intel Edisonia ja paljon muuta laitteistoa. Se on yhteensopiva sekä Androidin että iPhonen kanssa, ja nyt Blynk -sovellus on saatavilla maksutta.

Voit ladata sovelluksen alla olevasta linkistä

1. Androidille

2. Iphone

Kun olet ladannut sovelluksen, asenna se älypuhelimeesi.

Sitten sinun on tuotava kirjasto Arduino IDE -laitteeseen.

Lataa kirjasto

Kun käytät sovellusta ensimmäistä kertaa, sinun on kirjauduttava sisään - syöttääksesi sähköpostiosoitteen ja salasanan. Luo uusi projekti napsauttamalla "+" näytön oikeassa yläkulmassa. Nimeä se sitten.

Valitse kohdelaitteisto "ESP8266" ja napsauta sitten "Sähköposti" lähettääksesi todennustunnuksen itsellesi-tarvitset sitä koodissa

Vaihe 17: Tee kojelauta

Hallintapaneeli koostuu eri widgeteistä. Voit lisätä widgettejä seuraavasti:

Napsauta "Luo" päästäksesi hallintapaneelin päänäyttöön.

Seuraavaksi paina "+" uudelleen saadaksesi "Widget Box"

Vedä sitten 4 mittaria.

Napsauta kaavioita, se tuo esiin asetusvalikon yllä olevan kuvan mukaisesti.

Sinun on vaihdettava nimi "Lämpötila", valittava virtuaalinen pin V1 ja muutettava sitten alue 0-50. Tee samoin muille parametreille.

Vedä lopuksi kuvaajaa ja toista sama toimenpide kuin mittarin asetuksissa. Viimeinen kojelaudan kuva näkyy yllä olevassa kuvassa.

Voit vaihtaa väriä myös napsauttamalla nimen oikealla puolella olevaa ympyräkuvaketta.

Vaihe 18: Anturitietojen lataaminen ThingSpeakiin

Luo ensin tili ThingSpeakiin.

Luo sitten uusi kanava ThingSpeak -tilillesi

Täytä kenttä 1 lämpötilaksi, kenttä 2 kosteudeksi ja kenttä 3 paineeksi.

Valitse ThingSpeak -tililläsi "Kanava" ja sitten "Oma kanava".

Napsauta kanavasi nimeä.

Napsauta "API -avaimet" -välilehteä ja kopioi "Kirjoita API -avain"

Avaa Solar_Weather_Station_ThingSpeak -koodi. Kirjoita sitten SSID ja salasana.

Korvaa "WRITE API" kopioidulla "Write API Key" -merkinnällä.

Vaadittu kirjasto: BME280

Luotto: Tämä koodi ei ole minun kirjoittamani. Sain sen plukasin YouTube -videon linkistä.

Vaihe 19: Lopullinen testi

Aseta laite auringonvaloon, TP 4056 -laturimoduulin punainen LED -valo syttyy.

1. Blynk -sovelluksen seuranta:

Avaa Blynk -projekti. Jos kaikki on ok, huomaat, että mittari toimii ja kaavio alkaa piirtää lämpötilatietoja.

2. ThingSpeakin valvonta:

Avaa ensin Thingspeak Chanel.

Siirry sitten Yksityinen näkymä- tai Julkinen näkymä -välilehteen nähdäksesi tietokaaviot.

Kiitos, että luit Instructable -teokseni.

Jos pidät projektistani, älä unohda jakaa sitä.

Ensimmäinen palkinto mikrokontrollerikilpailussa 2017