Stasiun Cuaca Raspberry Pi DIY Lengkap Dengan Perangkat Lunak: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Kembali pada akhir Februari saya melihat posting ini di situs Raspberry Pi.

www.raspberrypi.org/school-weather-station-…

Mereka telah menciptakan Stasiun Cuaca Raspberry Pi untuk Sekolah. Saya benar-benar menginginkannya! Tetapi pada saat itu (dan saya yakin masih pada saat penulisan ini) mereka tidak tersedia untuk umum (Anda harus berada dalam kelompok penguji tertentu). Yah, saya ingin dan saya tidak ingin menghabiskan ratusan dolar untuk sistem pihak ke-3 yang ada.

Jadi, sebagai pengguna Instructable yang baik, saya memutuskan untuk membuatnya sendiri!!!

Saya melakukan sedikit riset dan menemukan beberapa sistem komersial yang bagus yang dapat saya jadikan landasan. Saya menemukan beberapa Instruksi yang bagus untuk membantu beberapa konsep Sensor atau Raspberry PI. Saya bahkan menemukan situs ini, yang membayar kotoran, mereka telah merobohkan sistem Maplin yang ada:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Maju cepat sekitar satu bulan dan saya memiliki sistem kerja dasar. Ini adalah sistem Raspberry Pi Weather lengkap hanya dengan perangkat keras dasar Raspberry Pi, kamera, dan beberapa sensor analog dan digital untuk melakukan pengukuran kami. Tidak perlu membeli anemometer atau pengukur hujan yang sudah jadi, kami membuatnya sendiri! Ini dia fitur-fiturnya:

• Merekam info ke RRD dan CSV, sehingga dapat dimanipulasi atau diekspor/diimpor ke format lain.
• Menggunakan Weather Underground API untuk mendapatkan info keren seperti sejarah tertinggi dan terendah, fase bulan, dan matahari terbit/terbenam.
• Menggunakan Kamera Raspberry Pi untuk mengambil gambar sekali dalam satu menit (Anda kemudian dapat menggunakannya untuk membuat selang waktu).
• Memiliki halaman web yang menampilkan data untuk kondisi saat ini dan beberapa riwayat (jam terakhir, hari, 7 hari, bulan, tahun). Tema situs web berubah seiring waktu (4 opsi: matahari terbit, terbenam, siang dan malam).

Semua perangkat lunak untuk merekam dan menampilkan informasi ada di Github, saya bahkan telah melakukan beberapa pelacakan bug, permintaan fitur di sana juga:

github.com/kmkingsbury/raspberrypi-weather…

Proyek ini adalah pengalaman belajar yang luar biasa bagi saya, saya harus benar-benar menyelami kemampuan Raspberry Pi terutama dengan GPIO, dan saya juga mencapai beberapa poin kesulitan belajar. Saya harap Anda, para pembaca, dapat belajar dari beberapa cobaan dan kesengsaraan saya.

Langkah 1: Bahan

Elektronik:

• 9 Reed Switch (8 untuk Arah Angin, 1 untuk Rain Gauge, opsional 1 untuk kecepatan angin, bukan Sensor Hall), saya menggunakan ini:
• 1 Hall Sensor (untuk Kecepatan Angin, disebut anemometer) -
• Suhu (https://amzn.to/2RIHf6H)
• Kelembaban (banyak sensor Kelembaban dilengkapi dengan sensor Suhu), saya menggunakan DHT11:
• Tekanan (BMP datang dengan sensor suhu di dalamnya juga), saya menggunakan BMP180, https://www.adafruit.com/product/1603, produk ini sekarang dihentikan tetapi ada yang setara dengan BMP280 (https://amzn.to/2E8nmhi)
• Fotoresistor (https://amzn.to/2seQFwd)
• Chip GPS atau GPS USB (https://amzn.to/36tZZv3).
• 4 magnet kuat (2 untuk anemometer, 1 untuk Direction, 1 untuk Rain Gauge), saya menggunakan magnet tanah jarang, sangat disarankan) (https://amzn.to/2LHBoKZ).
• Beberapa macam resistor, saya memiliki paket ini yang telah terbukti sangat berguna dari waktu ke waktu:

• MCP3008 - untuk mengonversi input analog ke digital untuk Raspberry Pi -

Perangkat keras

• Raspberry Pi - Saya awalnya menggunakan 2 dengan adaptor Nirkabel, sekarang mendapatkan kit 3 B+ dengan adaptor daya juga. (https://amzn.to/2P76Mop)
• Pi Kamera
• Adaptor daya 5V yang solid (ini ternyata sangat mengganggu, akhirnya saya mendapatkan yang Adafruit, jika tidak, kamera menarik terlalu banyak jus dan dapat/akan menggantung Pi, ada di sini: https://www.adafruit.com/products /501)

Bahan:

• 2 Bantalan Dorong (atau bantalan skateboard atau sepatu roda juga bisa digunakan), saya mendapatkannya di Amazon:
• 2 Kandang Tahan Air (Saya menggunakan selungkup listrik dari toko kotak besar lokal), tidak masalah, hanya perlu menemukan selungkup ukuran yang baik yang akan memiliki cukup ruang dan melindungi semuanya).
• Beberapa Pipa PVC dan End Caps (berbagai ukuran).
• Braket pemasangan PVC
• Beberapa lembar kaca plexiglass tipis (tidak terlalu mewah).
• kebuntuan plastik
• sekrup mini (saya menggunakan baut dan mur #4).
• 2 Ornamen Pohon Natal Plastik - digunakan untuk anemometer, saya mendapatkannya di Lobi Hobi setempat.
• Dowel kecil
• Sepotong kecil kayu lapis.

Peralatan:

• Dremel
• Lem tembak
• Solder Besi
• Multimeter
• Mengebor

Langkah 2: Kandang Utama - Pi, GPS, Kamera, Cahaya

Kandang utama menampung PI, Kamera, GPS, dan sensor cahaya. Ini dirancang untuk tahan air karena menampung semua komponen penting, pengukuran diambil dari penutup jarak jauh dan yang dirancang untuk terpapar/terbuka ke elemen.

Langkah:

Pilih selungkup, saya menggunakan kotak sambungan listrik, berbagai kotak proyek dan kasing tahan air akan berfungsi dengan baik. Poin kuncinya adalah memiliki cukup ruang untuk menampung semuanya.

Lampiran Saya berisi:

• Raspberry pi (pada kebuntuan) - Membutuhkan chip WIFI, tidak ingin menjalankan Cat5e ke halaman belakang!
• Kamera (juga pada kebuntuan)
• Chip GPS, terhubung melalui USB (menggunakan kabel FTDI sparkfun: https://www.sparkfun.com/products/9718) - GPS menyediakan lintang dan bujur, yang bagus, tetapi yang lebih penting, saya bisa mendapatkan waktu yang akurat dari GPSnya!
• dua jack ethernet/cat 5 untuk menghubungkan enklosur Utama ke enklosur lain yang menampung sensor lainnya. Ini hanya cara yang nyaman untuk membuat kabel di antara dua kotak, saya memiliki sekitar 12 kabel, dan kedua cat5 menyediakan 16 kemungkinan koneksi, jadi saya memiliki ruang untuk memperluas/mengubah banyak hal.

Ada jendela di depan kandang saya agar Kamera dapat melihat keluar. Kasing dengan jendela ini melindungi kamera, tetapi saya memiliki masalah di mana lampu merah pada kamera (saat mengambil foto) memantul dari kaca plexiglass dan muncul di foto. Saya menggunakan beberapa pita hitam untuk mengurangi ini dan mencoba dan memblokirnya (dan LED lainnya dari Pi dan GPS), tetapi belum 100%.

Langkah 3: 'Remote Enclosure' untuk Suhu, Kelembaban, Tekanan

Di sinilah saya menyimpan sensor Suhu, Kelembaban, dan Tekanan serta "penghubung" untuk pengukur hujan, arah angin, dan sensor kecepatan angin.

Semuanya sangat mudah, pin di sini terhubung melalui kabel ethernet ke pin yang diperlukan pada Raspberry Pi.

Saya mencoba menggunakan sensor Digital di mana saya bisa dan kemudian Analog apa pun ditambahkan ke MCP 3008 dibutuhkan hingga 8 analog yang lebih dari cukup untuk kebutuhan saya, tetapi memberi ruang untuk meningkatkan / memperluas.

Kandang ini terbuka untuk udara (harus untuk suhu, kelembaban, dan tekanan yang akurat). Lubang-lubang bawahnya muncul, jadi saya memberi beberapa sirkuit semprotan semprotan Silicone Conformal Coating (Anda bisa mendapatkannya secara online atau di tempat seperti Fry's Electronics). Mudah-mudahan itu akan melindungi logam dari kelembaban apa pun, meskipun Anda harus berhati-hati dan tidak menggunakannya pada beberapa sensor.

Bagian atas enklosur juga merupakan tempat sensor kecepatan angin dipasang. Itu adalah undian, saya bisa menempatkan kecepatan angin atau arah angin di atas, saya tidak melihat keuntungan besar dari satu di atas yang lain. Secara keseluruhan Anda ingin kedua sensor (arah angin dan kecepatan) cukup tinggi di mana bangunan, pagar, rintangan tidak mengganggu pengukuran.

Langkah 4: Pengukur Hujan

Saya kebanyakan mengikuti instruksi ini untuk membuat pengukur yang sebenarnya:

www.instructables.com/id/Arduino-Weather-St…

Saya membuat ini dari kaca plexiglass sehingga saya bisa melihat apa yang terjadi dan saya pikir itu akan keren. Secara keseluruhan kaca plexiglass bekerja dengan baik, tetapi dikombinasikan dengan Gluegun, sealant karet, serta pemotongan dan pengeboran keseluruhan, kaca tersebut tidak tetap terlihat murni, bahkan dengan lapisan pelindung.

Poin kunci:

• Sensornya adalah sakelar buluh sederhana dan magnet yang diperlakukan seperti tombol yang ditekan dalam kode RaspberryPi, saya menghitung ember dari waktu ke waktu dan kemudian membuat konversi nanti menjadi "inci hujan".
• Buatlah cukup besar untuk menampung air yang cukup untuk ujung, tetapi tidak terlalu banyak sehingga perlu banyak untuk ujung. Pass pertama saya, saya membuat setiap baki tidak cukup besar sehingga akan terisi dan mulai mengering di tepinya sebelum terbalik.
• Saya juga menemukan bahwa sisa air dapat menambahkan beberapa kesalahan pada pengukuran. Artinya, benar-benar kering butuh X tetes untuk mengisi sisi dan tip, setelah basah butuh Y tetes (yang kurang dari X) untuk mengisi dan tip. Bukan jumlah yang besar tetapi mulai berpengaruh ketika mencoba mengkalibrasi dan mendapatkan pengukuran "1 beban sama dengan berapa banyak" yang baik.
• Seimbangkan itu, Anda dapat menipu dengan menambahkan lem gluegun ke ujung bawah jika satu sisi jauh lebih berat daripada yang lain, tetapi Anda membutuhkannya sedekat mungkin dengan keseimbangan.
• Anda dapat melihat di foto saya menyiapkan rig pengujian kecil menggunakan beberapa spons dan dudukan kayu untuk menguji dan menyeimbangkannya dengan benar sebelum dipasang.

Langkah 5: Arah Angin

Ini adalah baling-baling cuaca sederhana. Saya mendasarkan elektronik dari sistem Maplin:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Poin Utama:

Ini adalah sensor analog. Delapan sakelar buluh yang dikombinasikan dengan berbagai resistor membagi output menjadi potongan-potongan sehingga saya dapat mengidentifikasi koordinat mana yang ada di sensor berdasarkan nilainya. (Konsepnya dijelaskan dalam instruksi ini:

• Setelah memasang bagian baling-baling cuaca, Anda perlu mengkalibrasinya sehingga "arah ini mengarah ke utara".
• Saya membuat alat uji dengan kayu sehingga saya dapat dengan mudah mengganti masuk dan keluar resistor yang mencakup berbagai nilai untuk saya, itu sangat membantu!
• Saya menggunakan bantalan dorong, itu baik-baik saja, saya yakin bantalan skateboard atau sepatu roda biasa akan sama baiknya.

Langkah 6: Kecepatan Angin

Yang ini saya sekali lagi beralih ke komunitas Instructable dan menemukan dan mengikuti instruksi ini:

www.instructables.com/id/Data-Logging-Anemo…

Poin kunci:

• Anda dapat menggunakan sensor hall atau beralih ke sensor buluh juga. Sensor hall lebih merupakan sensor analog jadi jika Anda menggunakannya secara digital, seperti penekanan tombol, Anda perlu memastikan pembacaan/tegangan cukup tinggi sehingga berfungsi seperti penekanan tombol yang sebenarnya, daripada tidak cukup.
• Ukuran cangkir sangat penting, begitu juga panjang tongkat! Awalnya saya menggunakan bola pingpong dan ukurannya terlalu kecil. Saya juga meletakkannya di tongkat panjang yang juga tidak berfungsi. Saya menjadi sangat frustrasi dan kemudian menemukan instruksi itu, Ptorelli menjelaskan dengan baik dan itu membantu saya ketika desain asli saya tidak berfungsi dengan baik.

Langkah 7: Perangkat Lunak

Perangkat lunak ditulis dengan Python untuk merekam data dari sensor. Saya menggunakan beberapa perpustakaan Git pihak ke-3 lainnya dari Adafruit dan lainnya untuk mendapatkan informasi dari sensor dan GPS. Ada juga beberapa pekerjaan cron yang menarik beberapa informasi API juga. Sebagian besar dijelaskan/diuraikan dalam dokumentasi Git di docs/install_notes.txt

Perangkat lunak web dalam PHP untuk menampilkannya di halaman web sementara juga menggunakan YAML untuk file konfigurasi dan tentu saja alat RRD untuk menyimpan dan membuat grafik data.

Ini menggunakan Weather Underground API untuk mendapatkan beberapa data menarik yang tidak dapat ditarik oleh sensor: Rekam Hi's and Lows, Phase of the Moon, Sunset and Sunrise times, ada juga Tides yang tersedia di API mereka, yang menurut saya sangat rapi, tapi saya tinggal di Austin TX yang sangat jauh dari air.

Semuanya tersedia di Github dan dipelihara secara aktif dan saat ini digunakan saat saya menyempurnakan dan mengkalibrasi sistem saya sendiri, sehingga Anda dapat mengirimkan permintaan fitur dan laporan bug juga.

Perangkat lunak melewati perubahan tema tergantung pada waktu hari, ada 4 tahap. Jika waktu saat ini + atau - 2 jam dari matahari terbit atau terbenam maka Anda akan mendapatkan masing-masing tema matahari terbit dan terbenam (saat ini hanya latar belakang yang berbeda, saya mungkin akan melakukan warna font/border yang berbeda di masa mendatang). Demikian juga di luar rentang tersebut memberikan tema siang atau malam.

Terima kasih telah membaca, Jika Anda ingin melihat lebih banyak foto dan video proyek saya daripada melihat Instagram dan Saluran YouTube saya.

Hadiah Ketiga dalam Kontes Hari Pi/e