Метеостанция WiFi със слънчева енергия V1.0: 19 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

В тази инструкция ще ви покажа как да изградите метеорологична станция WiFi със слънчева енергия с дъска Wemos. Wemos D1 Mini Pro има малък форм-фактор и широка гама от plug-and-play екрани, което го прави идеално решение за бързо започване на програмирането на ESP8266 SoC. Това е евтин начин за изграждане на Интернет на нещата (IoT) и е съвместим с Arduino.

Можете също да разгледате новата ми версия- 3.0 Weather Station.

Можете също да разгледате новата метеостанция версия 2.0.

Можете да закупите V2.0 PCB от PCBWay.

Можете да намерите всички мои проекти на

Новата метеорологична станция има следните функции:

1. Метеорологичната станция може да измерва: температура, влажност, барометрично налягане, надморска височина

2. Можете да наблюдавате горните метеорологични параметри от вашия смартфон или от мрежата (ThingSpeak.com)

3. Цялата верига заедно с захранването се поставя в 3D отпечатан корпус.

4. Обхватът на устройството се подобрява чрез използване на 3dBi външна антена. Намира се на около 100 метра.

Стъпка 1: Необходими са части и инструменти

1. Wemos D1 Mini Pro (Amazon / Banggood)

2. Зареждаща платка TP 4056 (Amazon / Aliexpress)

3. Диод (Aliexpress)

4. BME 280 сензор (Aliexpress)

5. Слънчев панел (Banggood)

6. Перфорирана дъска (Banggood)

7. Винтови клеми (Banggood)

8. Стойности на печатни платки (Banggood)

9. Li -Ion батерия (Banggood)

10. Поставка за батерии AA (Amazon)

11. 22 AWG проводник (Amazon / Banggood)

12. Супер лепило (Amazon)

13. Касетна лента (Amazon)

14. Нишка за 3D печат -PLA (GearBest)

Използвани инструменти:

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

2. Поялник (Amazon)

3. Пистолет за лепило (Amazon)

4. Тел за рязане / събличане (Amazon)

Стъпка 2: Захранване

Моят план е да разгърна метеорологичната станция на отдалечено място (моята ферма). За да работи непрекъснато метеорологичната станция, трябва да има непрекъснато захранване, в противен случай системата няма да работи. Най -добрият начин да осигурите непрекъснато захранване на веригата е чрез използване на батерия. Но след няколко дни сокът от батерията ще се изтощи и е наистина трудна работа да отидете там и да го заредите. Затова беше предложена слънчева зареждаща верига за ползване на безплатна енергия от слънцето за зареждане на батериите и за захранване на платката Wemos. Използвах литиево-йонна батерия 14450 вместо батерия 18650 поради по-малкия й размер. Размерът е същият като на батерия тип АА.

Батерията се зарежда от слънчев панел чрез модул за зареждане TP4056. Модулът TP4056 се доставя с чип за защита на батерията или без защитен чип. Препоръчвам да закупите модул с включен чип за защита на батерията.

За зарядното устройство за батерии TP4056

Модулът TP4056 е идеален за зареждане на единични клетки 3.7V 1 Ah или по -високи LiPo клетки. Въз основа на зарядното устройство IC на TP4056 и защитния интелект на DW01, този модул ще предложи 1000 mA ток на зареждане, след което ще бъде прекъснат, когато зареждането приключи. Освен това, когато напрежението на батерията падне под 2,4 V, защитната интегрална верига ще прекъсне товара, за да предпази клетката от под напрежение. Той също така предпазва от свръхнапрежение и връзка с обратен полярност.

Стъпка 3: Измерване на метеорологичните данни

В по -ранните дни метеорологичните параметри като околната температура, влажността и барометричното налягане бяха измерени с отделни аналогови инструменти: термометър, хигрометър и барометър. Но днес пазарът е наводнен с евтини и ефективни цифрови сензори, които могат да се използват за измерване на различни параметри на околната среда. Най -добрите примери са сензори като DHT11, DHT 22, BMP180, BMP280 и др.

В този проект ще използваме сензор BMP 280.

BMP 280:

BMP280 е сложен сензор, който много точно измерва барометричното налягане и температура с разумна точност. BME280 е следващото поколение сензори от Bosch и е надграждане до BMP085/BMP180/BMP183 - с шум на ниска надморска височина от 0,25 м и същото бързо време за преобразуване.

Предимството на този сензор е, че той може да използва I2C или SPI за комуникация с микроконтролера. За лесно и лесно окабеляване ще ви предложа да закупите платка с версия I2C.

Стъпка 4: Използване на външна антена (3dBi)

Платката Wemos D1 mini Pro има вградена керамична антена заедно с възможност за свързване на външна антена за подобряване на обхвата. Преди да използвате външната антена, трябва да пренасочите антенния сигнал от вградената керамична антена към външния контакт. Това може да стане чрез завъртане на малкия повърхностен монтаж (0603) резистор с нулев ом (понякога наричан връзка).

Можете да гледате това видео, направено от Alex Eames, за да завъртите резистора с нулев ом.

След това поставете SMA конектора на антената в слота за мини антена на Wemos Pro.

Стъпка 5: Запоявайте заглавките

Модулите Wemos се предлагат с различни заглавки, но трябва да ги запоявате според вашите изисквания.

За този проект, 1. Запоявайте двата мъжки заглавки към мини платката Wemos D1 pro.

2. Запоявайте 4 -пинов мъжки хедър към модула BMP 280.

След запояване на заглавките модулът ще изглежда както е показано на горната снимка.

Стъпка 6: Добавяне на заглавки и терминали

Следващата стъпка е запояване на заглавките към перфорираната дъска.

1. Първо, поставете платката Wemos върху перфорираната дъска и маркирайте отпечатъка. След това запойте двата реда женски заглавки над маркираната позиция.

2. След това запойте 4 -пинов женски хедър, както е показано на снимката.

3. Винтови клеми за запояване за свързване на батерията.

Стъпка 7: Монтирайте таблото за зареждане:

Залепете малко парче двустранна лента от задната страна на модула за зареждане и след това го залепете върху перфорираната дъска, както е показано на снимката. По време на монтажа трябва да се внимава за подравняване на дъската по такъв начин, че отворите за запояване да съвпадат с отворите на перфорираната дъска.

Добавяне на терминал за слънчев панел

Запояйте винтова клема близо до микро USB порта на платката за зареждане.

Можете също да запоите този терминал в по -ранната стъпка.

Стъпка 8: Схема на свързване

Първо изрязвам малки парчета проводници с различни цветове и отстранявам изолацията от двата края.

След това запоявам проводниците според схематичната диаграма, както е показано на горната снимка.

Wemos -> BME 280

3,3 V - -> Vin

GND GND

D1 SCL

D2 SDA

TP4056 Връзка

Терминал на слънчевия панел -> + и - близо до микро USB порта

Клема на батерията -> B+ и B-

5V и GND на Wemos -> Out+ и Out-

Забележка: Диодът, свързан към слънчевия панел (показан на схемата), не е необходим, тъй като модулът TP4056 има вграден диод на входа.

Стъпка 9: Проектиране на корпуса

Това беше най-отнемащата време стъпка за мен. Прекарах около 4 часа в проектирането на заграждението. Използвах Autodesk Fusion 360, за да го проектирам. Корпусът има две части: основно тяло и преден капак

Основното тяло е основно проектирано да побере всички компоненти. Той може да побере следните компоненти

1. Платка 50х70 мм

2. Поставка за батерия AA

3. 85,5 x 58,5 x 3 мм слънчев панел

4. 3dBi външна антена

Изтеглете.stl файловете от Thingiverse

Стъпка 10: 3D печат

След завършване на дизайна е време да отпечатате 3D корпуса. Във Fusion 360 можете да кликнете върху марката и да нарежете модела с помощта на софтуер за нарязване. Използвах Cura за нарязване на модела.

Използвах 3D принтер Anet A8 и 1,75 мм зелен PLA, за да разпечатам всички части на тялото. Отпечатването на основното тяло ми отне около 11 часа и около 4 часа за отпечатването на предната корица.

Горещо препоръчвам да използвате друг принтер за вас, който е Creality CR - 10. Сега е налична и мини версия на CR -10. Принтерите Creality са един от любимите ми 3D принтери.

Тъй като съм нов в 3D проектирането, моят дизайн не беше оптимистичен. Но съм сигурен, че това заграждение може да бъде направено с използване на по -малък материал (по -малко време за печат). Ще се опитам да подобря дизайна по -късно.

Моите настройки са:

Скорост на печат: 40 mm/s

Височина на слоя: 0,2

Плътност на пълнене: 15%

Температура на екструдера: 195 ° C

Температура на леглото: 55 ° C

Стъпка 11: Инсталиране на слънчевия панел и батерията

Запоявайте червен проводник 22 AWG към положителния извод и черен проводник към отрицателния извод на слънчевия панел.

Поставете двата проводника в отворите в покрива на корпуса на основния корпус.

Използвайте супер лепило, за да фиксирате слънчевия панел и го натиснете известно време за правилно свързване.

Запечатайте отворите отвътре с помощта на горещо лепило.

След това поставете държача на батерията в слота в долната част на кутията.

Стъпка 12: Инсталиране на антената

Развийте гайките и шайбите в конектора SMA.

Поставете SMA конектора в предвидените отвори в кутията. Вижте изображението по -горе.

След това затегнете гайката заедно с шайбите.

Сега инсталирайте антената, като правилно подравните с SMA конектора.

Стъпка 13: Инсталиране на платката

Монтирайте стойките в 4 ъгъла на платката.

Нанесете супер лепило върху 4 -те слота в кутията. Вижте горната снимка.

След това подравнете стойката с 4 -те слота и я поставете. оставете малко да изсъхне.

Стъпка 14: Затворете предния капак

След отпечатване на предния капак, той може да не е идеално прилепнал към корпуса на основния корпус. Ако е така, просто го шлайфайте отстрани с помощта на шкурка.

Плъзнете предния капак в слотовете на основното тяло.

За да го закрепите, използвайте тиксо в долната част.

Стъпка 15: Програмиране

За да използвате Wemos D1 с библиотеката Arduino, ще трябва да използвате IDE на Arduino с поддръжка на платка ESP8266. Ако все още не сте го направили, можете лесно да инсталирате поддръжката на ESP8266 Board на вашата Arduino IDE, като следвате този урок от Sparkfun.

Следните настройки са за предпочитане:

PU честота: 80MHz 160MHz

Размер на флаш: 4M (3M SPIFFS) - 3M Размер на файловата система 4M (1M SPIFFS) - 1M Размер на файловата система

Скорост на качване: 921600 bps

Arduino код за приложението Blynk:

Спящ режим:

ESP8266 е доста гладно за енергия устройство. Ако искате вашият проект да работи с батерия за повече от няколко часа, имате две възможности:

1. Вземете огромна батерия

2. Умно приспивайте Нещото.

Най -добрият избор е вторият вариант. Преди да използвате функцията за дълбок сън, изводът Wemos D0 трябва да бъде свързан с щифта за нулиране.

Кредит: Това беше предложено от един от потребителите на Instructables "tim Rowledge".

Още опция за пестене на енергия:

Wemos D1 Mini има малък светодиод, който свети, когато платката се захранва. Консумира много енергия. Така че просто издърпайте този светодиод от дъската с клещи. Това ще намали драстично потока на съня.

Сега устройството може да работи дълго време с една литиево-йонна батерия.

#define BLYNK_PRINT Serial // Коментирайте това, за да деактивирате разпечатките и да спестите място #include #include

#include "Seeed_BME280.h" #include BME280 bme280; // Трябва да получите Auth Token в приложението Blynk. // Отидете на Настройки на проекта (икона на гайка). char auth = "3df5f636c7dc464a457a32e382c4796xx"; // Вашите идентификационни данни за WiFi. // Задайте парола на "" за отворени мрежи. char ssid = "SSID"; char pass = "PASS WORD"; void setup () {Serial.begin (9600); Blynk.begin (auth, ssid, pass); Serial.begin (9600); if (! bme280.init ()) {Serial.println ("Грешка на устройството!"); }} void loop () {Blynk.run (); // получаване и отпечатване на температури float temp = bme280.getTemperature (); Serial.print ("Temp:"); Serial.print (temp); Serial.println ("C"); // Единицата за Целзий, тъй като оригиналното arduino не поддържа специални символи Blynk.virtualWrite (0, temp); // виртуален щифт 0 Blynk.virtualWrite (4, temp); // виртуален щифт 4 // получаване и отпечатване на данни за атмосферното налягане float pressure = bme280.getPressure (); // налягане в Pa поплавък p = налягане/100,0; // налягане в hPa Serial.print ("Налягане:"); Serial.print (p); Serial.println ("hPa"); Blynk.virtualWrite (1, p); // виртуален щифт 1 // получаване и отпечатване на данни за височина float altitude = bme280.calcAltitude (налягане); Serial.print ("Надморска височина:"); Serial.print (надморска височина); Serial.println ("m"); Blynk.virtualWrite (2, надморска височина); // виртуален щифт 2 // получаване и отпечатване на данни за влажност float влажност = bme280.getHumidity (); Serial.print ("Влажност:"); Serial.print (влажност); Serial.println ("%"); Blynk.virtualWrite (3, влажност); // виртуален щифт 3 ESP.deepSleep (5 * 60 * 1000000); // времето за дълбоко заспиване се определя в микросекунди. }

Стъпка 16: Инсталирайте приложението и библиотеката на Blynk

Blynk е приложение, което позволява пълен контрол над Arduino, Rasberry, Intel Edison и много повече хардуер. Той е съвместим както с Android, така и с iPhone. В момента приложението Blynk е достъпно безплатно.

Можете да изтеглите приложението от следната връзка

1. За Android

2. За Iphone

След като изтеглите приложението, го инсталирайте на вашия смартфон.

След това трябва да импортирате библиотеката във вашата Arduino IDE.

Изтеглете библиотеката

Когато стартирате приложението за първи път, трябва да влезете - за да въведете имейл адрес и парола. Щракнете върху „+“горе вдясно на дисплея, за да създадете нов проект. След това го назовете.

Изберете целевия хардуер „ESP8266“След това щракнете върху „Имейл“, за да изпратите този маркер за удостоверяване до себе си-ще ви е необходим в кода

Стъпка 17: Направете таблото за управление

Таблото за управление се състои от различни джаджи. За да добавите джаджи, следвайте стъпките по -долу:

Щракнете върху „Създаване“, за да влезете в главния екран на таблото за управление.

След това натиснете отново „+“, за да получите „Widget Box“

След това плъзнете 4 габарита.

Кликнете върху графиките, ще се появи меню с настройки, както е показано по -горе.

Трябва да промените името "Температура", да изберете Virtual Pin V1, след това да промените диапазона от 0 -50. По същия начин направете за други параметри.

Накрая плъзнете графика и повторете същата процедура, както в настройките на габарита. Последната снимка на таблото е показана на горната снимка.

Можете също да промените цвета, като щракнете върху иконата на кръг от дясната страна на Името.

Стъпка 18: Качване на сензорни данни в ThingSpeak

Първо, създайте акаунт в ThingSpeak.

След това създайте нов канал в профила си в ThingSpeak. Намерете как да създадете нов канал

Попълнете поле 1 като температура, поле 2 като влажност и поле 3 като налягане.

Във вашия акаунт в ThingSpeak изберете „Channel“и след това „My Channel“.

Кликнете върху името на канала си.

Кликнете върху раздела „API Keys“и копирайте „Write API Key“

Отворете кода на Solar_Weather_Station_ThingSpeak. След това напишете своя SSID и парола.

Заменете „WRITE API“с копирания „API API Key“.

Задължителна библиотека: BME280

Кредит: Този код не е написан от мен. Получих го от връзката, дадена във видеоклип в YouTube от plukas.

Стъпка 19: Последен тест

Поставете устройството на слънчева светлина, червеният светодиод на зарядното устройство TP 4056 ще светне.

1. Мониторинг на приложението Blynk:

Отворете проекта Blynk. Ако всичко е наред, ще забележите, че манометърът ще остане жив и графиката започва да изобразява данните за температурата.

2. Мониторинг на ThingSpeak:

Първо, отворете вашия Thingspeak Chanel.

След това отидете в раздела „Частен изглед“или раздела „Обществен изглед“, за да видите таблиците с данни.

Благодаря, че прочетохте моя Instructable.

Ако проектът ви харесва, не забравяйте да го споделите.

Първа награда в конкурса за микроконтролер 2017