Stacja pogodowa WiFi zasilana energią słoneczną V1.0: 19 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

W tej instrukcji pokażę, jak zbudować stację pogodową WiFi zasilaną energią słoneczną z tablicą Wemos. Wemos D1 Mini Pro ma niewielki rozmiar i szeroką gamę osłon typu plug-and-play, dzięki czemu jest idealnym rozwiązaniem do szybkiego rozpoczęcia programowania ESP8266 SoC. Jest to niedrogi sposób na zbudowanie Internetu Rzeczy (IoT) i jest kompatybilny z Arduino.

Możesz również spojrzeć na moją nową wersję - Stację Pogodową 3.0.

Możesz również spojrzeć na moją nową stację pogodową w wersji 2.0.

Możesz kupić PCB V2.0 od PCBWay.

Wszystkie moje projekty znajdziesz na

Nowa Stacja Pogodowa ma następujące funkcje:

1. Stacja pogodowa może mierzyć: temperaturę, wilgotność, ciśnienie barometryczne, wysokość

2. Możesz monitorować powyższe parametry pogodowe ze smartfona lub z Internetu (ThingSpeak.com)

3. Cały układ wraz z zasilaczem umieszczony jest w obudowie wydrukowanej w 3D.

4. Zasięg urządzenia zwiększa zastosowanie zewnętrznej anteny 3dBi. Jest to około 100 metrów.

Krok 1: Wymagane części i narzędzia

1. Wemos D1 Mini Pro (Amazonka / Banggood)

2. Płytka ładująca TP 4056 (Amazon / Aliexpress)

3. Dioda (Aliexpress)

4. Czujnik BME 280 (Aliexpress)

5. Panel słoneczny (Banggood)

6. Płyta perforowana (Banggood)

7. Zaciski śrubowe (Banggood)

8. Dystanse PCB (Banggood)

9. Akumulator litowo-jonowy (Banggood)

10. Uchwyt baterii AA (Amazonka)

11. Drut 22 AWG (Amazon / Banggood)

12. Super klej (Amazonka)

13. Taśma klejąca (Amazonka)

14. Filament do druku 3D -PLA (GearBest)

Narzędzia użyte:

Drukarka 1,3D (Anet A8/Creality CR-10 Mini)

2. Lutownica (Amazonka)

3. Pistolet do klejenia (Amazonka)

4. Przecinak do drutu / Striptizerka (Amazon)

Krok 2: Zasilanie

Mój plan polega na rozmieszczeniu stacji pogodowej w odległym miejscu (moim gospodarstwie). Aby stacja pogodowa działała w sposób ciągły, musi być ciągłe zasilanie, w przeciwnym razie system nie będzie działał. Najlepszym sposobem na zapewnienie ciągłego zasilania obwodu jest użycie baterii. Ale po kilku dniach sok z baterii się wyczerpie i naprawdę trudno jest tam pojechać i go naładować. Zaproponowano więc obwód ładowania słonecznego, aby użytkownik korzystał z darmowej energii słonecznej do ładowania akumulatorów i zasilania płyty Wemos. Użyłem baterii Li-Ion 14450 zamiast baterii 18650 ze względu na jej mniejszy rozmiar. Rozmiar jest taki sam jak baterii AA.

Akumulator jest ładowany z panelu słonecznego poprzez moduł ładujący TP4056. Moduł TP4056 jest dostarczany z układem zabezpieczającym baterię lub bez układu zabezpieczającego. Polecam zakup modułu, który ma w zestawie chip zabezpieczający baterię.

Informacje o ładowarce TP4056

Moduł TP4056 doskonale nadaje się do ładowania pojedynczych ogniw LiPo 3,7V 1 Ah lub wyższych. Oparty na układzie scalonym ładowarki TP4056 i układzie ochrony akumulatora DW01, moduł ten oferuje prąd ładowania 1000 mA, a następnie odcina się po zakończeniu ładowania. Ponadto, gdy napięcie akumulatora spadnie poniżej 2,4 V, układ zabezpieczający odetnie obciążenie, aby chronić ogniwo przed zbyt niskim napięciem. Chroni również przed przepięciem i odwrotną polaryzacją połączenia.

Krok 3: Pomiar danych pogodowych

Wcześniej parametry pogodowe, takie jak temperatura otoczenia, wilgotność i ciśnienie atmosferyczne, były mierzone za pomocą oddzielnych przyrządów analogowych: termometru, higrometru i barometru. Ale dziś rynek jest zalany tanimi i wydajnymi czujnikami cyfrowymi, które można wykorzystać do pomiaru różnych parametrów środowiskowych. Najlepszymi przykładami są czujniki takie jak DHT11, DHT 22, BMP180, BMP280 itp.

W tym projekcie wykorzystamy czujnik BMP 280.

BMP 280:

BMP280 to zaawansowany czujnik, który bardzo dokładnie mierzy ciśnienie barometryczne i temperaturę z rozsądną dokładnością. BME280 to następna generacja czujników firmy Bosch i stanowi aktualizację do BMP085/BMP180/BMP183 - z niskim poziomem szumu 0,25 m i takim samym szybkim czasem konwersji.

Zaletą tego czujnika jest to, że do komunikacji z mikrokontrolerem może używać I2C lub SPI. Dla prostego i łatwego okablowania sugeruję zakup płyty w wersji I2C.

Krok 4: Korzystanie z anteny zewnętrznej (3dBi)

Płyta Wemos D1 mini Pro ma wbudowaną antenę ceramiczną wraz z możliwością podłączenia anteny zewnętrznej w celu poprawy zasięgu. Przed użyciem anteny zewnętrznej należy przekierować sygnał antenowy z wbudowanej anteny ceramicznej do gniazda zewnętrznego. Można to zrobić, obracając mały rezystor do montażu powierzchniowego (0603) Zero Ohm (czasami nazywany łączem).

Możesz obejrzeć ten film nakręcony przez Alexa Eamesa, aby obrócić rezystor zerowy.

Następnie zatrzaśnij złącze antenowe SMA w gnieździe antenowym Wemos Pro mini.

Krok 5: Przylutuj nagłówki

Moduły Wemos są dostarczane z różnymi nagłówkami, ale musisz je przylutować zgodnie z wymaganiami.

W przypadku tego projektu

1. Przylutuj dwa męskie złącza do płyty Wemos D1 pro mini.

2. Przylutuj 4-pinowe złącze męskie do modułu BMP 280.

Po przylutowaniu nagłówków moduł będzie wyglądał jak na powyższym obrazku.

Krok 6: Dodawanie nagłówków i terminali

Kolejnym krokiem jest przylutowanie głowic do płyty perforowanej.

1. Najpierw umieść płytę Wemos na płycie perforowanej i zaznacz ślad. Następnie przylutuj dwa rzędy żeńskich nagłówków nad zaznaczoną pozycją.

2. Następnie przylutuj 4-pinowe złącza żeńskie, jak pokazano na rysunku.

3. Przylutuj zaciski śrubowe do podłączenia akumulatora.

Krok 7: Zamontuj płytkę ładującą:

Przyklej mały kawałek taśmy dwustronnej z tyłu modułu ładującego, a następnie przyklej go na perforowanej płycie, jak pokazano na rysunku. Podczas montażu należy uważać, aby wyrównać płytkę w taki sposób, aby otwory do lutowania pokrywały się z otworami płyty perforowanej.

Dodawanie terminala do panelu słonecznego

Przylutuj zacisk śrubowy tuż przy porcie micro USB płytki ładującej.

Możesz również przylutować ten zacisk we wcześniejszym kroku.

Krok 8: Schemat połączeń

Najpierw przecinam małe kawałki różnych kolorów przewodów i zdejmuję izolację na obu końcach.

Następnie lutuję przewody wg schematu ideowego jak na powyższym obrazku.

Wemos -> BME 280

3,3 V - -> Vin

GND GND

D1 SCL

D2 SDA

Połączenie TP4056

Terminal panelu słonecznego -> + i - w pobliżu portu micro USB

Zacisk akumulatora -> B+ i B-

5V i GND Wemos -> Out+ i Out-

Uwaga: Dioda podłączona do panelu słonecznego (pokazana na schemacie) nie jest wymagana, ponieważ moduł TP4056 ma wbudowaną diodę na wejściu.

Krok 9: Projektowanie obudowy

To był dla mnie najbardziej czasochłonny krok. Na zaprojektowanie obudowy poświęciłem około 4 godzin. Do jej zaprojektowania użyłem Autodesk Fusion 360. Obudowa składa się z dwóch części: korpusu głównego i pokrywy przedniej

Główny korpus jest zasadniczo zaprojektowany tak, aby pasował do wszystkich komponentów. Może pomieścić następujące elementy

1. Płytka drukowana 50x70mm

2. Uchwyt baterii AA

3. Panel słoneczny 85,5 x 58,5 x 3 mm

4. Antena zewnętrzna 3dBi

Pobierz pliki.stl z Thingiverse

Krok 10: Drukowanie 3D

Po zakończeniu projektu nadszedł czas na wydrukowanie obudowy w 3D. W Fusion 360 możesz kliknąć na wykonanie i pokroić model za pomocą oprogramowania do cięcia. Użyłem Cury do pokrojenia modelu.

Do wydrukowania wszystkich części ciała użyłem drukarki 3D Anet A8 i zielonego PLA 1,75 mm. Wydrukowanie korpusu zajęło mi około 11 godzin, a okładki ok. 4 godziny.

Gorąco polecam skorzystanie z innej drukarki, czyli Creality CR-10. Teraz dostępna jest również mini wersja CR-10. Drukarki Creality są jedną z moich ulubionych drukarek 3D.

Ponieważ jestem nowy w projektowaniu 3D, mój projekt nie był optymistyczny. Ale jestem pewien, że tę obudowę można wykonać przy użyciu mniejszego materiału (krótszy czas drukowania). Postaram się później ulepszyć projekt.

Moje ustawienia to:

Szybkość drukowania: 40 mm/s

Wysokość warstwy: 0,2

Gęstość wypełnienia: 15%

Temperatura wytłaczarki: 195 st. C

Temperatura łóżka: 55 st. C

Krok 11: Instalowanie panelu słonecznego i baterii

Przylutuj czerwony przewód 22 AWG do dodatniego zacisku, a czarny przewód do ujemnego zacisku panelu słonecznego.

Włóż dwa przewody do otworów w dachu głównego korpusu obudowy.

Użyj super kleju, aby naprawić panel słoneczny i dociśnij go przez jakiś czas, aby uzyskać prawidłowe wiązanie.

Uszczelnij otwory od wewnątrz za pomocą gorącego kleju.

Następnie włóż uchwyt baterii do gniazda w dolnej części obudowy.

Krok 12: Instalacja anteny

Odkręć nakrętki i podkładki w złączu SMA.

Włóż złącze SMA do otworów w obudowie. Zobacz obrazek powyżej.

Następnie dokręć nakrętkę wraz z podkładkami.

Teraz zainstaluj antenę, odpowiednio dopasowując się do złącza SMA.

Krok 13: Instalacja płytki drukowanej

Zamontuj wsporniki w 4 rogach płytki drukowanej.

Nałóż super klej na 4 szczeliny w obudowie. Zobacz powyższy obrazek.

Następnie wyrównaj występ z 4 szczelinami i umieść go. zostaw trochę do wyschnięcia.

Krok 14: Zamknij przednią pokrywę

Po wydrukowaniu przedniej okładki może ona nie pasować idealnie do korpusu obudowy. W takim przypadku wystarczy przeszlifować boki za pomocą papieru ściernego.

Wsuń przednią pokrywę do szczelin w korpusie głównym.

Aby go zabezpieczyć, użyj taśmy klejącej na dole.

Krok 15: Programowanie

Aby używać Wemos D1 z biblioteką Arduino, musisz użyć Arduino IDE z obsługą płyty ESP8266. Jeśli jeszcze tego nie zrobiłeś, możesz łatwo zainstalować obsługę płyty ESP8266 w swoim Arduino IDE, postępując zgodnie z tym samouczkiem autorstwa Sparkfun.

Preferowane są następujące ustawienia:

Częstotliwość PU: 80 MHz 160 MHz

Rozmiar lampy błyskowej: 4M (3M SPIFFS) - Rozmiar systemu plików 3M 4M (1M SPIFFS) - Rozmiar systemu plików 1M

Prędkość wysyłania: 921600 bps

Kod Arduino dla aplikacji Blynk:

Tryb uśpienia:

ESP8266 to dość energochłonne urządzenie. Jeśli chcesz, aby Twój projekt rozładowywał baterię przez więcej niż kilka godzin, masz dwie możliwości:

1. Zdobądź ogromną baterię

2. Sprytnie uśpij Rzecz.

Najlepszym wyborem jest druga opcja. Przed użyciem funkcji głębokiego uśpienia pin Wemos D0 musi być podłączony do pinu Reset.

Kredyt: Zasugerował to jeden z użytkowników Instructables „tim Rowledge”.

Więcej opcji oszczędzania energii:

Wemos D1 Mini ma małą diodę LED, która świeci, gdy płyta jest zasilana. Zużywa dużo energii. Więc po prostu zdejmij tę diodę LED z tablicy za pomocą szczypiec. To drastycznie obniży prąd uśpienia.

Teraz urządzenie może działać przez długi czas na jednej baterii Li-Ion.

#define BLYNK_PRINT Serial // Skomentuj to, aby wyłączyć drukowanie i zaoszczędzić miejsce#include #include

#include "Seeed_BME280.h" #include BME280 bme280; // Powinieneś uzyskać Auth Token w aplikacji Blynk. // Przejdź do ustawień projektu (ikona nakrętki). char auth = "3df5f636c7dc464a457a32e382c4796xx";// Twoje dane logowania do Wi-Fi. // Ustaw hasło na „” dla otwartych sieci. znak ssid = "identyfikator SS"; znak pass = "HASŁO"; void setup() { Serial.begin(9600); Blynk.begin(auth, ssid, pass); Serial.początek(9600); if(!bme280.init()){ Serial.println("Błąd urządzenia!"); } } void loop() { Blynk.run(); //pobierz i wydrukuj temperatury float temp = bme280.getTemperature(); Serial.print("Temp: "); druk.seryjny(temp); Serial.println("C");//Jednostka dla Celsjusza, ponieważ oryginalne arduino nie obsługuje symboli specjalnych Blynk.virtualWrite(0, temp); // wirtualny pin 0 Blynk.virtualWrite(4, temp); // wirtualny pin 4 //pobierz i wypisz dane o ciśnieniu atmosferycznym float pressure = bme280.getPressure(); // ciśnienie w Pa float p = ciśnienie/100.0; // ciśnienie w hPa Serial.print("Ciśnienie: "); Serial.print(p); Serial.println("hPa"); Blynk.virtualWrite(1, p); // wirtualny pin 1 //pobierz i wydrukuj dane o wysokości float height = bme280.calcAltitude(pressure); Serial.print("Wysokość: "); Serial.print(wysokość); Serial.println("m"); Blynk.virtualWrite(2, wysokość); // wirtualny pin 2 //pobierz i wypisz dane o wilgotności float wilgotność = bme280.getHumidity(); Serial.print("Wilgotność: "); Serial.print(wilgotność); Serial.println("%"); Blynk.virtualWrite(3, wilgotność); // wirtualny pin 3 ESP.deepSleep(5 * 60 * 1000000); // czas deepSleep jest definiowany w mikrosekundach. }

Krok 16: Zainstaluj aplikację i bibliotekę Blynk

Blynk to aplikacja, która umożliwia pełną kontrolę nad Arduino, Rasberry, Intel Edison i wieloma innymi urządzeniami. Jest kompatybilny zarówno z Androidem, jak i iPhonem. W tej chwili aplikacja Blynk jest dostępna bezpłatnie.

Możesz pobrać aplikację z poniższego linku

1. Dla Androida

2. Dla iPhone'a

Po pobraniu aplikacji zainstaluj ją na swoim smartfonie.

Następnie musisz zaimportować bibliotekę do swojego Arduino IDE.

Pobierz bibliotekę

Kiedy uruchamiasz aplikację po raz pierwszy, musisz się zalogować – aby wprowadzić adres e-mail i hasło. Kliknij „+” w prawym górnym rogu wyświetlacza, aby utworzyć nowy projekt. Następnie nazwij to.

Wybierz docelowy sprzęt " ESP8266 "Następnie kliknij „E-mail”, aby wysłać ten token uwierzytelniania do siebie – będzie potrzebny w kodzie

Krok 17: Utwórz tablicę rozdzielczą

Pulpit nawigacyjny składa się z różnych widżetów. Aby dodać widżety, wykonaj poniższe czynności:

Kliknij „Utwórz”, aby przejść do głównego ekranu pulpitu nawigacyjnego.

Następnie ponownie naciśnij „+”, aby uzyskać „Widget Box”

Następnie przeciągnij 4 wskaźniki.

Kliknij wykresy, pojawi się menu ustawień, jak pokazano powyżej.

Musisz zmienić nazwę „Temperatura”, Wybierz Wirtualny Pin V1, a następnie zmień zakres od 0 -50. Podobnie zrób dla innych parametrów.

Na koniec przeciągnij wykres i powtórz tę samą procedurę, co w ustawieniach miernika. Ostateczny obraz deski rozdzielczej pokazano na powyższym obrazku.

Możesz również zmienić kolor, klikając ikonę koła po prawej stronie nazwy.

Krok 18: Przesyłanie danych z czujnika do ThingSpeak

Najpierw utwórz konto na ThingSpeak.

Następnie utwórz nowy kanał na swoim koncie ThingSpeak. Dowiedz się, jak utworzyć nowy kanał

Wypełnij pole 1 temperaturą, pole 2 wilgotnością, a pole 3 ciśnieniem.

Na swoim koncie ThingSpeak wybierz „Kanał”, a następnie „Mój kanał”.

Kliknij nazwę swojego kanału.

Kliknij zakładkę „Klucze API” i skopiuj „Zapisz klucz API”

Otwórz kod Solar_Weather_Station_ThingSpeak. Następnie wpisz swój identyfikator SSID i hasło.

Zastąp „WRITE API” skopiowanym „Write API Key”.

Wymagana biblioteka: BME280

Kredyt: Ten kod nie został napisany przeze mnie. Dostałem to z linku podanego w filmie na YouTube przez plukas.

Krok 19: Test końcowy

Umieść urządzenie na słońcu, czerwona dioda na module ładowarki TP 4056 zaświeci się.

1. Monitorowanie aplikacji Blynk:

Otwórz projekt Blynk. Jeśli wszystko jest w porządku, zauważysz, że miernik będzie działał, a wykres zacznie wykreślać dane dotyczące temperatury.

2. Monitorowanie ThingSpeak:

Najpierw otwórz swój kanał Thingspeak.

Następnie przejdź do zakładki „Widok prywatny” lub „Widok publiczny”, aby zobaczyć wykresy danych.

Dziękuję za przeczytanie mojego Instructable.

Jeśli podoba Ci się mój projekt, nie zapomnij go udostępnić.

I nagroda w Konkursie Mikrokontrolerów 2017