Малина Пи в дивата природа! Удължен timelapse с мощност на батерията: 10 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Мотивация: Исках да използвам Raspberry Pi камера с батерии, за да правя веднъж дневни снимки на открито, за да създавам дългосрочни видеоклипове с интервал. Моето специално приложение е да записвам растежа на почвопокривните растения през пролетта и лятото.

Предизвикателство: Проектирайте нискотоково управление на мощността на Raspberry Pi, за да осигурите дълъг живот на батерията.

Моето решение: Използвам хакнат будилник, верига Attiny85 и подложка Pimoroni OnOff, за да прекъсна напълно захранването на Raspberry Pi, когато не се използва. Докато Attiny85 и будилникът продължават да работят в режим на готовност, текущото потребление е само 5 микроАмпера. Две батерии AAA захранват както Attiny, така и будилник, докато USB захранваща батерия захранва Pi.

Основни операции: Когато аларменият часовник изгасне, той събужда спяща верига Attiny, която след това сигнализира Pimoroni OnOff подложка за подаване на захранване от USB захранваща банка към Raspberry Pi. Pi изпълнява скрипт за стартиране (направете снимка). След като изтече достатъчно време (60 секунди в моето приложение), веригата Attiny отново сигнализира Pimoroni OnOff подложка и след това Attiny влиза в режим на заспиване. Въз основа на сигнала от Attiny, подложката Pimoroni OnOff изпълнява командата за изключване на Pi и след приключване на процеса на изключване на Pi прекъсва захранването от USB захранващата банка към Raspberry Pi.

Стъпка 1: Части и инструменти

Части:

Raspberry Pi Zero или Raspberry Pi Zero W (черпи повече енергия)

Модул PI Camera на Raspberry

Калъф Raspberry Pi Zero

Pimoroni ONOFF SHIM RASP PI POWER SWITCH, Digikey

ОПТОИЗОЛАТОР Digikey

Цифров алармен часовник, работещ с батерии

ATtiny85 8 DIP Digikey

(2) CAP ALUM 100UF Digikey

DS3231 RTC модул AliExpress

(2) 68 ома резистор

Кратък (около 6 инча) микро USB кабел

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

Kmashi 11200 mAh USB Power Bank # k-mp806 или подобен

Двойна лепяща лента

Малък самонарезен винт

(2) 1 X 8 пинови женски подреждащи заглавки - обикновено се продават Arduino UNO подреждащи заглавки AliExpress

Perf или лента за борда около 1 1/4 "на 2"

5 1/2 на 5/12 на 3/4 дебел бор или шперплат

1 1/4 PVC тръба с дължина около 15"

1 1/4 PVC съединител

(2) къси бънджи кабели с дължина около 10 инча

(4) Дървени щифтове с диаметър 1/4 "с дължина около 1"

UltraDeck Natural Post Sleeve Cap Menards

Инструменти:

Резачки за тел и поялник

Arduino UNO или друг начин за програмиране на ATtiny85

Свържете тел и джъмпери

Клавиатура, мишка, HDMI монитор, USB порт и Ethernet концентратор, OTG кабел

Мултиметър

Стъпка 2: Инсталирайте Raspberry Pi OS, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC и Pi Camera модул

Настройка на Pi Zero. Подгответе SD карта за Raspberry Pi с дистрибуция по ваш избор. По време на процеса на първоначална настройка, като се уверите, че сте активирали I2C интерфейс, камера и зареждане на CLI с автоматично влизане, задайте правилното местно време и променете паролата си. Препоръчвам също да настроите статичен IP адрес, за да улесните нещата по пътя. Спойка мъжка глава към Pi Zero. Можете да използвате или стандартния 2 x 20 хедър или по -къс 2 x 6 хедър, тъй като всички 40 пина не са необходими за този проект - само първите 12 пина.

Инсталиране на камерата. Вкарайте Pi Zero в кутията му и използвайте включения модул на камерата с къс лентов кабел към Pi Zero, като прокарате крайния слот на кабела. Поставете горния капак на прореза GPIO и прикрепете камерата към капака с двойна лента (вижте снимката).

Подгответе Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC. Въпреки че Pimoroni OnOff Shim идва с 2 x 6 женска заглавка, вместо това използвах две 1 x 6 женски "заглавни колонтитули, които обикновено се продават за Arduino UNO, щифтовете на заглавките трябва да се простират над Pimoroni OnOff Shim на местата за закрепване на Raspberry Pi 1, 3, 5, 7, 9, другите щифтове могат да бъдат отрязани до стандартна дължина на щифтовете. Натиснете DS3231 RTC върху удължените щифтове, както е показано на снимката, и след това натиснете Pimoroni OnOff Shim & DS3231 RTC подкомплекта върху щифтовете на заглавката Raspberry Pi както е показано.

Инсталирайте софтуера Pimoroni OnOff Shim с:

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

За допълнителна информация относно инсталирането на Shim вижте тук

Инсталирайте софтуера DS3231 RTC съгласно тези инструкции

Първоначални тестове - камера, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC

Свържете локалната клавиатура и монитора към Pi Zero. Уверете се, че имате мрежова връзка (Ethernet кабел или Wi -Fi). Свържете USB захранващ кабел Pimoroni OnOff Shim.

а. Натиснете бутона Pimoroni OnOff Shim за 3 секунди и след това отпуснете - това включва или изключва Pi Zero. Наблюдавайте процеса на стартиране и изключване на монитора. Вашият Pi Zero вече има усъвършенствана технология - превключвател за включване/изключване!

б. Задайте време на DS3231 и се уверете, че отчита правилното време с:

sudo hwclock -w

sudo hwclock -r

° С. Тествайте функцията на камерата съгласно тези инструкции.

Стъпка 3: Настройте Raspberry Pi Run-At-Boot скрипт и тестова камера

Създайте и се преместете в нова поддиректория zerocam

mkdir zerocam

cd нулева камера

Използвайте nano редактор, за да създадете нов скриптов файл

nano photo.sh

След това копирайте и поставете кода по -долу в нано редактора. Затворете нано с Ctrl+X, Y и след това се върнете.

#!/bin/bash

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

Тъй като този скрипт използва командата convert, ще трябва да инсталирате ImageMagick на Raspberry Pi

sudo apt-get update

sudo apt-get install imagemagick

Направете файла изпълним

chmod +x photo.sh

Отворете /etc/rc.local (командите в този файл се изпълняват при зареждане)

sudo nano /etc/rc.local

В долната част на файла, точно преди изхода 0, добавете този нов ред и след това затворете nano с Ctrl+X, Y и след това се върнете.

sh /home/pi/zerocam/photo.sh

При свързан локален монитор проверете дали работи

sudo рестартиране

Pi трябва да се рестартира и да направи снимка. Ще има нов-j.webp

Също така тествайте включването и изключването на Pi с бутон Pimoroni. Измерете и запишете времето за стартиране на Pi. Трябва да е по -малко от 60 секунди.

Стъпка 4: Хакване на будилник

Наблюдавайте като произведена операция - Поставете две батерии AAA в будилника и практикувайте настройката на времето и алармата съгласно приложените инструкции. По -специално наблюдавайте звука на алармата - трябва да видите (1) малкият алармен символ на дисплея да мига, (2) звуковият сигнал да звучи за 1 минута, след това да се изключи и (3) светодиодът за задното осветление свети за 5 секунди, след което се изключва.

Разглобяване - Отстранете четирите винта от часовника назад, за да разделите двете половини, след това отстранете още четири винта, за да освободите основната платка.

Хакване - Изрежете светодиодните проводници в предната част на печатната платка, както е показано, и запоявайте до 5 дълги проводници към останалите проводници от задната страна на печатната платка (вижте илюстрацията). Разпаяйте зумера, както е показано.

Към клемите на отделението за батериите добавете два допълнителни проводника (червен и черен) плюс електролитен кондензатор от 100MFD, както е показано (спазвайте полярността).

Сглобете отново часовника, като се уверите, че насочвате LED и новата батерия извежда зад задните капаци, както е показано.

Повторно тестване - Поставете батерии и тествайте функцията за аларма - сега, когато алармата изгасне, трябва да видите малкия алармен символ на дисплея да мига - но без зумер и без подсветка. Свържете мултиметър към LED проводници, трябва да откриете около 3 VDC, когато алармата изгасне за период от около 5 секунди.

Стъпка 5: Изградете платка Attiny85

Позовавайки се на снимката и Attiny85 Schematic.pdf конструирайте платката върху малко парче перф или лента. Бележки:

• Не забравяйте да използвате 8 -пинов DIP гнездо за чип Attiny85, тъй като той трябва да бъде премахнат за програмиране.
• Осигурете правилна ориентация на Optos преди запояване.
• Джъмперът води към Pimoroni Shim трябва да е с дължина поне 4 инча с женски заглавки за закрепване на мъжки щифтове на Shims BTN.
• Спазвайте полярността, когато правите връзки с алармен щракване - веригата няма защита срещу обратна полярност

Стъпка 6: Качете код на чип Attiny 85

Използвайки Arduino Uno или друго средство, качете кода (прикачен файл AttinyPiPowerControl.ino) към вашия чип Attiny85. Забележка - този код позволява на 60 секунди PI да се зареди, да направи снимка и да стигне до командния ред на терминала, преди да започне процеса на изключване. След това можете да инсталирате чипа Attiny85 в гнездото на неговата платка - проверете двойно ориентацията.

Забележка: Ако имате нужда от повече или по -малко време на изпълнение на Pi, просто редактирайте този ред в долната част:

забавяне (60000); // оставяме Pi да се стартира и да работи известно време

Стъпка 7: Окабеляване и първоначален тест и изтегляне на фото файлове от PI

Електрически инсталации:

Свържете USB захранваща банка към микро usb порт на Pimoroni shim. Свържете кабелите на джъмпера от платката Attiny85 към подложката Pimoroni, уверете се, че черният проводник се свързва с най -външния ръб BTN щифт на подложката Pimoroni.

Тест:

Поставете 2 батерии AAA в будилника и задайте часа. Препоръчвам също да свържете HDMI порта на Pi към локален монитор.

Включете алармата и задайте аларма няколко минути в бъдеще. Когато алармата се включи, трябва да видите:

а. Иконата на алармата на часовника започва да мига

б. След около 5 секунди червеният светодиод на Pimoroni Shim светва за 5 секунди

° С. Pi започва да се зарежда

д. След около 20 секунди светодиодът на камерата светва и се прави снимка. Ако имате свързан локален монитор, ще видите кратък преглед на направената снимка.

д. След още около 40 секунди Pi се зарежда чак до командния ред на терминала

е. Pi стартира процеса на изключване, след около 20 секунди червеният светодиод на Pimoroni Shim мига, което показва, че захранването е прекъснато до PI

Изтегляне на файлове със снимки от PI

Свързвам PI към мрежата си чрез OTG кабел и USB към Ethernet адаптер, захранвайки Pi от брадавица на стената. След това използвайте WinSCP, за да изтеглите файлове на моя компютър.

Стъпка 8: Сглобете корпуса на електрониката

Прикрепете платката Attiny85 към гърба на будилника с помощта на малък самонарезен винт. Прикрепете PI към часовника, като използвате двойна лента, както е показано

Прикрепете часовника от лявата страна към дъното на витрината с двойна лента

Прикрепете USB захранваща банка към дъното на витрината с двойна лента, както е показано.

Поставете горния корпус върху дъното на витрината, както е показано.

Стъпка 9: Конструирайте монтажната колона, окончателното сглобяване и пуснете PI в дивата природа

Долно парче: В 5 1/2 X 5 1/2 парче дърво, изрежете 4 прореза 3/4 "навътре от всяка страна, както е показано. Използвах фреза 1/4, но можете също да пробиете и режете. в центъра направете отвор за 1 1/4 PVC съединител. Идеалният размер на отвора е 1 5/8 ", но тъй като имах само трион с отвор 1 3/4", използвах това и изградих съединител OD с патешка лента. свързване на място с епоксидна смола.

Центрирайте корпуса на електрониката над дървения блок и маркирайте очертанията му. След това пробийте четири 1/4 дупки по всяка страна, както е показано. В тези отвори залепете четири 1 "дълги дюбели от диаметър 1/4" диаметър - това ще ви помогне да поддържате заграждението центрирано.

Горна част: пробийте четири 3/16 "дупки близо до долния ръб на всеки размер и поставете 3/4" дълги S-куки във всеки отвор, като огънете краищата затворени, така че да не паднат. По вътрешните ръбове горещо лепило 4 четири 1/2 дебели парчета дърво - те ще помогнат за поддържане на горната част центрирана над кутията.

Окончателно сглобяване: Залепете корпуса на електрониката между горната и долната част и го закрепете с два бънджи кабела, както е показано

Пуснете PI в дивата природа: Направете монтажен кол, като отрежете 1 1/4 "PVC тръба с дължина, подходяща за вашите цели, отрежете единия край под ъгъл 45 градуса, за да улесните набиването в земята. В моя случай аз" Интересувам се от растежа на почвопокривните растения (Vinea minor) тази пролет и затова моят PVC залог е дълъг само 15 ". Проверете два пъти дали батериите AAA са свежи, USB захранващата банка е напълно заредена и будилникът е правилно настроен - след това избийте кол в земята и плъзнете монтажа върху върха на монтажния кол - вижте снимката.

Стъпка 10: Текущи измервания и тест за ускорен живот на батерията

Измервах ток с помощта на Radio Shack RS-232 Multimeter (22-812) и придружаващия софтуер Meter View. Не е изборът на звяр, но това е, което имам.

Измерване на тока от две батерии AAA, захранване на платка Attiny85 и будилник

За „серийно свързване“на мултицет, използвах манекенки и 3 VDC захранване за пейка (виж снимката). Вижте графиката на тока, измерен по време на "активния" период (започва с алармено събитие - завършва с Attiny85 се връща в спящ режим). Тегленето без аларма е постоянно 0.0049 mA. Обобщение -

Активен период = 78 секунди

Ср. За активен период Ток = 4,85 mA

Не-алармен ток = 4.9 microA (0.0049 mA)

Изчислих среднодневно потребление на ток от 0,0093 mA от двата AAA (750 mAh/всеки), като се има предвид режима на заспиване и активност и теоретичния живот на батерията> 8 години, използвайки този метод.

Измерване на тока на изтегляне на PI от USB powerbank. To "серийно свързване" мултицет използвах модифициран USB кабел (вижте снимката). Вижте графиката на тока, измерен през "активния" период (PI зареждане - PI изключване). По време на неактивен период подложката Pimoroni ONOFF напълно прекъсва захранването на Pi, така че токът се изтегля ~ нула. Обобщение -

Активен период = 97 секунди

Ср. За активен период Ток = 137 mA

Ако приемем, че банката за захранване е 11200 mAh, теоретичният брой цикли на активен период е> 3000.

Тест за ускорен живот на батерията

Временно контролирах PI с Arduino UNO, програмиран за бързо колоездене - времето между алармите беше 2 минути спрямо нормалните 24 часа.

Тест #1: 11200mAh захранваща банка. Започнах в 22 часа и спрях в 13 часа на следващия ден. Резултати: направени са 413 снимки, 3 от 4 светодиода за ниво на зареждане все още са включени в края на теста.

Тест #2: 7200mAh захранваща банка. Започна в 19:30 и спрях в 16:30 на следващия ден. Резултати: 573 направени снимки, 2 от 4 индикатора за ниво на зареждане все още са включени в края на теста.

Заключение: Вярвам, че горните резултати показват, че е вероятно да се извърши поне една година, като се прави 1 на снимка.