Raspberry Pi di Alam Liar! Timelapse Diperpanjang Dengan Daya Baterai: 10 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Motivasi: Saya ingin menggunakan kamera Raspberry Pi bertenaga baterai untuk mengambil foto sekali sehari di luar ruangan untuk membuat video selang waktu jangka panjang. Aplikasi khusus saya adalah untuk merekam pertumbuhan tanaman penutup tanah pada musim semi dan musim panas mendatang.

Tantangan: Rancang kontrol daya Raspberry Pi arus rendah untuk memastikan masa pakai baterai yang lama.

Solusi Saya: Saya menggunakan jam alarm yang diretas, sirkuit Attiny85 & Pimoroni OnOff shim untuk sepenuhnya memutus daya ke Raspberry Pi saat tidak digunakan. Sementara Attiny85 dan jam alarm terus berjalan dalam mode siaga, penarikan saat ini hanya 5 microAmps. Dua baterai AAA memberi daya pada Attiny dan jam alarm, sementara bank daya USB memberi daya pada Pi.

Operasi Dasar: Kapan jam alarm berbunyi, ia membangunkan sirkuit Attiny yang sedang tidur, yang kemudian memberi sinyal Pimoroni OnOff shim untuk menerapkan daya dari bank daya USB ke Raspberry Pi. Pi mengeksekusi skrip run-at-boot (mengambil foto). Setelah waktu yang cukup berlalu (60 detik dalam aplikasi saya), sirkuit Attiny kembali memberi sinyal Pimoroni OnOff shim dan kemudian Attiny memasuki mode tidur. Berdasarkan sinyal dari Attiny, shim Pimoroni OnOff mengeksekusi perintah shutdown Pi, dan setelah proses shutdown Pi selesai, memutus daya dari bank daya USB ke Raspberry Pi.

Langkah 1: Suku Cadang dan Alat

Bagian:

Raspberry Pi Zero atau Raspberry Pi Zero W (menarik lebih banyak daya)

Modul Kamera Raspberry PI

Raspberry Pi Zero Case

Pimoroni ONOFF SHIM RASP PI POWER SWITCH, Digikey

OPTOISOLATOR Digikey

Target Jam Alarm Digital yang Dioperasikan dengan Baterai

ATtiny85 8 DIP Digikey

(2) CAP ALUM 100UF Digikey

Modul RTC DS3231 AliExpress

(2) resistor 68 ohm

Kabel micro USB pendek (sekitar 6 inci)

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

Kmashi 11200 mAh USB Power Bank # k-mp806 atau serupa

Pita perekat ganda

Sekrup self-tapping kecil

(2) 1 X 8 pin header susun perempuan - umumnya dijual header susun Arduino UNO AliExpress

Papan perf atau strip sekitar 1 1/4 "kali 2"

5 1/2 kali 5/12 kali 3/4 pinus atau kayu lapis tebal

1 1/4 pipa PVC sekitar 15 panjang

1 1/4 skrup PVC

(2) tali bungee pendek sekitar 10 panjang

(4) 1/4 "dia. pin dowel kayu sekitar 1" panjangnya

UltraDeck Natural Post Sleeve Cap Menards

Peralatan:

Pemotong Kawat dan Besi Solder

Arduino UNO atau cara lain untuk memprogram ATtiny85

Hubungkan kabel dan jumper

Keyboard, mouse, monitor HDMI, port USB dan Hub Ethernet, kabel OTG

multimeter

Langkah 2: Instal Raspberry Pi OS, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC, dan Modul Kamera Pi

Pengaturan Pi Nol. Siapkan kartu SD untuk Raspberry Pi dengan distribusi pilihan Anda. Selama proses pengaturan awal, pastikan untuk mengaktifkan antarmuka I2C, kamera, dan boot ke CLI dengan login otomatis, atur waktu lokal yang benar dan ubah kata sandi Anda. Saya juga merekomendasikan untuk menyiapkan Alamat IP Statis untuk mempermudah segalanya. Solder header pria ke Pi Zero. Anda dapat menggunakan header standar 2 x 20 atau header 2 x 6 yang lebih pendek, karena semua 40 pin tidak diperlukan untuk proyek ini - hanya 12 pin pertama.

Pemasangan Kamera. Pasang Pi Zero ke dalam casingnya dan gunakan kabel pita pendek yang disertakan, sambungkan modul kamera ke Pi Zero, merutekan slot ujung casing kabel keluar. Pasang penutup atas berlubang GPIO dan pasang kamera ke penutup dengan selotip ganda (lihat foto).

Siapkan Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC. Meskipun Pimoroni OnOff Shim hadir dengan header betina 2 x 6, saya malah menggunakan dua header susun 1 x 6 betina "yang biasa dijual untuk Arduino UNO, Pin header perlu diperpanjang di atas Pimoroni OnOff Shim di lokasi pin Raspberry Pi 1, 3, 5, 7, 9, pin lainnya dapat dipotong menjadi panjang pin standar. Dorong DS3231 RTC ke pin yang diperpanjang seperti yang ditunjukkan pada foto dan kemudian dorong sub-rakitan Pimoroni OnOff Shim & DS3231 RTC ke pin header Raspberry Pi seperti yang ditunjukkan.

Instal perangkat lunak Pimoroni OnOff Shim dengan:

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

Untuk info tambahan tentang menginstal Shim lihat di sini

Instal perangkat lunak DS3231 RTC sesuai petunjuk ini

Tes Awal - Kamera, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC

Hubungkan keyboard dan monitor lokal ke Pi Zero. Pastikan Anda memiliki koneksi jaringan (kabel ethernet atau Wifi). Hubungkan kabel daya USB Pimoroni OnOff Shim.

A. Tekan tombol tekan Pimoroni OnOff Shim selama 3 detik dan kemudian lepaskan - ini mengaktifkan atau menonaktifkan Pi Zero. Amati proses bootup dan shutdown pada monitor. Pi Zero Anda sekarang memiliki peningkatan teknologi canggih - sakelar hidup/mati!

B. Setel waktu DS3231 dan verifikasi bahwa itu membaca waktu yang benar dengan:

sudo hwclock -w

sudo hwclock -r

C. Uji fungsi kamera sesuai petunjuk ini.

Langkah 3: Siapkan Skrip Run-At-Boot Raspberry Pi dan Uji Kamera

Buat dan pindah ke subdirektori zerocam baru

mkdir zerocam

cd zerocam

Gunakan editor nano untuk membuat file skrip baru

nano foto.sh

Kemudian salin dan tempel kode di bawah ini ke editor nano. Tutup nano dengan Ctrl+X, Y lalu Return.

#!/bin/bash

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

Karena skrip ini menggunakan perintah convert, Anda harus menginstal ImageMagick di Raspberry Pi

sudo apt-get update

sudo apt-get install imagemagick

Jadikan file dapat dieksekusi

chmod +x foto.sh

Buka /etc/rc.local (perintah dalam file ini dijalankan saat boot)

sudo nano /etc/rc.local

Di dekat bagian bawah file, tepat sebelum pernyataan exit 0 tambahkan baris baru ini lalu tutup nano dengan Ctrl+X, Y lalu Return.

sh /home/pi/zerocam/photo.sh

Dengan monitor lokal terhubung, uji apakah itu berfungsi

sudo reboot

Pi harus reboot dan mengambil foto. Akan ada file-j.webp

Juga uji menyalakan dan mematikan Pi dengan tombol tekan Pimoroni. Ukur dan catat waktu booting Pi. Seharusnya kurang dari 60 detik.

Langkah 4: Retas Jam Alarm

Amati sebagai operasi yang dihasilkan - Pasang dua baterai AAA di jam alarm, dan praktikkan pengaturan waktu dan alarm sesuai instruksi yang disertakan. Secara khusus amati bunyi alarm - Anda akan melihat (1) simbol alarm kecil layar berkedip, (2) bel berbunyi selama 1 menit kemudian mati dan (3) LED lampu belakang menyala selama 5 detik kemudian mati.

Disassemble - Lepaskan keempat sekrup dari belakang jam untuk memisahkan dua bagian, lalu lepaskan empat sekrup lagi untuk membebaskan PCB utama.

Retas - Potong kabel LED di bagian depan PCB seperti yang ditunjukkan dan solder ke kabel sepanjang 5 ke kabel yang tersisa di bagian belakang PCB (lihat ilustrasi). Putuskan bel seperti yang ditunjukkan.

Ke terminal kompartemen baterai tambahkan dua kabel tambahan (merah dan hitam) ditambah kapasitor elektrolitik 100MFD seperti yang ditunjukkan (perhatikan polaritas).

Pasang kembali jam dan pastikan untuk mengarahkan LED dan baterai baru mengarah keluar dari slot penahan penutup belakang seperti yang ditunjukkan.

Tes ulang - Pasang baterai dan uji fungsi alarm - sekarang ketika alarm berbunyi Anda akan melihat simbol alarm kecil di layar berkedip - tetapi tidak ada bel dan tidak ada lampu latar. Hubungkan mulitmeter ke lead LED Anda harus mendeteksi sekitar 3 VDC ketika alarm berbunyi dalam jangka waktu sekitar 5 detik..

Langkah 5: Bangun Papan Sirkuit Attiny85

Mengacu pada foto dan Attiny85 Schematic.pdf membuat papan sirkuit pada sepotong kecil papan perf atau strip. Catatan:

• Pastikan untuk menggunakan soket DIP 8 pin untuk chip Attiny85 karena harus dilepas untuk pemrograman.
• Pastikan orientasi Optos yang benar sebelum menyolder.
• Jumper mengarah ke Pimoroni Shim harus setidaknya 4 inci panjang dengan header perempuan untuk memasang pin laki-laki Shims BTN.
• Amati Polaritas saat membuat koneksi dengan klik alarm - sirkuit tidak memiliki perlindungan polaritas terbalik

Langkah 6: Unggah Kode ke Attiny 85 Chip

Menggunakan Arduino Uno atau cara lain, unggah kode (file AttinyPiPowerControl.ino terlampir) ke chip Attiny85 Anda. Catatan - kode ini memungkinkan 60 detik untuk PI untuk boot, mengambil foto dan masuk ke command prompt terminal sebelum memulai proses shutdown. Anda kemudian dapat memasang chip Attiny85 di soket papan sirkuitnya - periksa kembali orientasinya.

Catatan: Jika Anda membutuhkan lebih banyak atau lebih sedikit runtime Pi, cukup edit baris ini di dekat bagian bawah:

penundaan(60000); // biarkan Pi boot dan jalankan untuk sementara waktu

Langkah 7: Pengkabelan dan Uji Awal serta Mengunduh File Foto Dari PI

Pengkabelan:

Hubungkan bank daya USB ke port micro usb Pimoroni shim. Hubungkan kabel jumper dari papan sirkuit Attiny85 ke shim Pimoroni, pastikan kabel hitam terhubung ke pin BTN tepi terluar pada shim Pimoroni.

Tes:

Pasang 2 baterai AAA di jam alarm, dan atur waktu jam. Saya sarankan juga menghubungkan port HDMI Pi ke monitor lokal.

Nyalakan Alarm dan atur alarm beberapa menit ke depan. Saat alarm berbunyi, Anda akan melihat:

A. Ikon alarm jam mulai berkedip

B. Setelah sekitar 5 detik, LED merah Pimoroni Shim menyala selama 5 detik

C. Pi mulai booting

D. Setelah sekitar 20 detik, LED kamera menyala dan foto diambil. Jika Anda memiliki monitor lokal yang terhubung, Anda akan melihat pratinjau singkat dari foto yang diambil.

e. Setelah 40 detik atau lebih, Pi melakukan booting hingga ke terminal command prompt

F. Pi memulai proses shutdown, setelah sekitar 20 detik LED merah Pimoroni Shim berkedip menandakan daya terputus ke PI

Mengunduh file foto dari PI

Saya menghubungkan PI ke jaringan saya menggunakan kabel OTG, dan USB ke adaptor ethernet, menyalakan Pi dari kutil dinding. Kemudian gunakan WinSCP untuk mengunduh file ke PC saya.

Langkah 8: Merakit Kandang Elektronik

Pasang papan sirkuit Attiny85 ke bagian belakang jam alarm menggunakan sekrup self-tapping kecil. Pasang PI ke jam menggunakan selotip ganda seperti yang ditunjukkan

Pasang sisi kiri jam ke bagian bawah etalase dengan selotip ganda

Pasang bank daya USB ke bagian bawah etalase dengan selotip ganda seperti yang ditunjukkan.

Tempatkan casing atas di atas bagian bawah kotak display seperti yang ditunjukkan.

Langkah 9: Bangun Pasak Pemasangan, Perakitan Akhir, dan Lepaskan PI Ke Alam Liar

Bagian bawah: Dalam potongan kayu 5 1/2 X 5 1/2, potong 4 slot 3/4" ke dalam dari setiap sisi seperti yang ditunjukkan. Saya menggunakan bit 1/4 router, tetapi Anda juga dapat mengebor dan melihat. tengah membuat lubang untuk 1 1/4 kopling PVC. Ukuran lubang yang ideal adalah 1 5/8", tetapi karena saya hanya memiliki gergaji lubang 1 3/4", saya menggunakan itu dan membangun OD kopling dengan selotip bebek. Lem kopling di tempat dengan epoksi.

Pusatkan selungkup elektronik di atas balok kayu dan tandai garis besarnya. Kemudian bor empat 1/4 lubang di setiap sisi seperti yang ditunjukkan. Rekatkan empat pasak kayu berdiameter 1" panjang 1/4" di lubang ini - ini akan membantu menjaga penutup tetap di tengah.

Bagian atas: bor empat lubang 3/16" di dekat tepi bawah setiap ukuran dan masukkan kait S panjang 3/4" di setiap lubang, tekuk ujungnya hingga tertutup sehingga tidak jatuh. Di tepi bagian dalam lem panas 4 empat 1/2 potongan kayu tebal - ini akan membantu menjaga bagian atas tetap berada di tengah di atas selungkup.

Perakitan Akhir: Letakkan penutup elektronik di antara bagian atas dan bawah dan kencangkan dengan dua kabel bungee seperti yang ditunjukkan

Lepaskan PI ke Alam Liar: Buat tiang pemasangan dengan memotong pipa PVC 1 1/4" dengan panjang yang sesuai dengan tujuan Anda, potong salah satu ujungnya pada sudut 45 derajat agar lebih mudah ditumbuk ke dalam tanah. Dalam kasus saya, saya' saya tertarik dengan pertumbuhan tanaman penutup tanah (Vinea minor) musim semi ini dan, jadi pancang PVC saya hanya sepanjang 15". Periksa kembali apakah baterai AAA masih segar, bank daya USB terisi penuh dan jam alarm disetel dengan benar - lalu pukul tiang ke tanah dan selipkan rakitan di atas tiang pemasangan - lihat foto.

Langkah 10: Pengukuran Saat Ini dan Uji Masa Pakai Baterai yang Dipercepat

Saya mengukur arus menggunakan Radio Shack RS-232 Multimeter (22-812) dan perangkat lunak Pengiring Meter View. Bukan pilihan binatang buas, tapi itulah yang saya miliki.

Pengukuran penarikan arus dari dua baterai AAA papan Attiny85 dan jam alarm

Untuk multimeter "series connect", saya menggunakan baterai dummy dan catu daya bangku 3 VDC (lihat foto). Lihat grafik arus yang diukur selama periode "aktif" (dimulai dengan peristiwa alarm - diakhiri dengan Attiny85 kembali ke mode tidur). Penarikan non-alarm konstan 0,0049 mA. Ringkasan -

Masa Aktif = 78 detik

Rata-Rata Periode Aktif Arus = 4,85 mA

Arus Non-Alarm = 4,9 mikroA (0,0049 mA)

Saya menghitung rata-rata penarikan arus harian 0,0093 mA dari dua AAA (750 mAh/masing-masing) dengan mempertimbangkan mode tidur dan aktif, dan masa pakai baterai teoretis > 8 tahun menggunakan metode ini.

Pengukuran penarikan arus PI dari powerbank USB. Untuk multimeter "sambungan seri" saya menggunakan kabel usb yang dimodifikasi (lihat foto). Lihat grafik arus yang diukur selama periode "aktif" (PI boot up - PI shutdown). Selama periode non-aktif, shim Pimoroni ONOFF benar-benar memutus daya ke Pi, jadi penarikan arus ~ nol. Ringkasan -

Masa Aktif = 97 detik

Rata-Rata Periode Aktif Arus = 137 mA

Dengan asumsi bank daya 11200 mAh, jumlah teoritis siklus periode aktif adalah> 3000.

Tes Masa Pakai Baterai yang Dipercepat

Saya sementara mengontrol PI dengan Arduino UNO yang diprogram untuk bersepeda cepat - waktu antara alarm adalah 2 menit vs 24 jam normal.

Tes #1: bank daya 11200mAh. Dimulai pukul 10 malam dan saya berhenti pada pukul 1 siang keesokan harinya. Hasil: 413 foto diambil, 3 dari 4 LED tingkat pengisian daya masih menyala pada akhir pengujian.

Tes #2: bank daya 7200mAh. Dimulai pukul 19:30 dan saya berhenti pada pukul 16:30 keesokan harinya. Hasil: 573 foto diambil, 2 dari 4 LED tingkat pengisian daya masih menyala di akhir pengujian.

Kesimpulan: Saya percaya hasil di atas menunjukkan setidaknya satu tahun operasi mengambil 1 per foto mungkin.