Stasiun Cuaca Surya Raspberry Pi: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Didorong oleh penyelesaian dua proyek saya sebelumnya, Compact Camera dan Portable Games Console, saya ingin menemukan tantangan baru. Perkembangan alami adalah sistem jarak jauh luar …

Saya ingin membangun stasiun cuaca Raspberry Pi yang mampu mempertahankan dirinya sendiri di luar jaringan dan mengirimkan hasilnya kepada saya melalui koneksi nirkabel, dari mana saja! Proyek ini benar-benar memiliki tantangannya sendiri, tetapi untungnya memberi daya pada Raspberry Pi adalah salah satu tantangan utama yang telah dipermudah dengan menggunakan PiJuice sebagai catu daya dengan tambahan dukungan surya (lengkap dengan teknologi PiAnywhere revolusioner kami – cara terbaik untuk lepaskan Pi Anda dari jaringan!).

Pikiran awal saya adalah menggunakan modul AirPi yang fantastis untuk membaca. Namun, ini memiliki dua kelemahan utama; membutuhkan koneksi internet langsung untuk mengunggah hasil dan perlu terhubung langsung ke GPIO di Pi yang berarti tidak dapat terkena udara tanpa juga mengekspos Raspberry Pi (tidak ideal jika kita ingin stasiun cuaca ini bertahan lama).

Solusinya… buat modul penginderaan saya sendiri! Menggunakan sebagian besar AirPi untuk inspirasi, saya dapat menyusun prototipe yang sangat sederhana menggunakan beberapa sensor yang sudah saya miliki; suhu, kelembaban, tingkat cahaya dan gas umum. Dan hal yang hebat tentang ini adalah sangat mudah untuk menambahkan lebih banyak sensor kapan saja.

Saya memutuskan untuk menggunakan Raspberry Pi a+ terutama karena konsumsi dayanya yang rendah. Untuk mengirimkan hasilnya, saya menggunakan modul EFCom Pro GPRS/GSM, yang dapat mengirim teks langsung ke ponsel saya dengan hasilnya! Cukup rapi bukan?

Saya senang dengan ide apa pun yang Anda miliki untuk proyek surya atau portabel hebat lainnya. Beri tahu saya di komentar dan saya akan melakukan yang terbaik untuk membuat tutorial!

Langkah 1: Bagian

1 x PiJuice + Panel Surya (lengkap dengan teknologi PiAnywhere revolusioner kami – cara terbaik untuk mengeluarkan Pi Anda dari jaringan!)

1 x Raspberry Pi a+

1 x EFCom Pro GPRS/GSM Modul

1 x Kartu Sim

1 x Papan Roti

Protoboard

1 x MCP3008 ADC

1x LDR

1 x LM35 (Sensor Suhu)

1 x DHT22 (Sensor Kelembaban)

1 x TGS2600 Sensor Kualitas Udara Umum

1 x 2.2 KΩ Resistor

1 x 22 KΩ Resistor

1 x 10 KΩ Resistor

10 x Kabel Jumper Wanita - Wanita

Berbagai macam kawat pengukur tunggal

1 x Kotak Persimpangan Luar Ruangan Tunggal

1 x Kotak Persimpangan Luar Ruangan Ganda

1 x Konektor Kabel Tahan Air

Grommet Kabel Semi Buta 2 x 20mm

Langkah 2: Sirkuit Penginderaan

Ada beberapa elemen berbeda untuk proyek ini, jadi sebaiknya lakukan semuanya secara bertahap. Pertama saya akan membahas bagaimana menyusun rangkaian penginderaan.

Ini adalah ide yang baik untuk membangun ini di atas papan roti terlebih dahulu, untuk berjaga-jaga jika Anda membuat kesalahan, saya telah menyertakan diagram sirkuit dan gambar langkah demi langkah, untuk dirujuk.

1. Komponen pertama yang disambungkan adalah konverter analog ke digital MCP3008 ini. Ini dapat mengambil hingga 8 input analog dan berkomunikasi dengan Raspberry Pi melalui SPI. Dengan chip menghadap ke atas, dan setengah lingkaran terpotong di ujung terjauh dari Anda, pin di sebelah kanan semuanya terhubung ke Raspberry Pi. Hubungkan mereka seperti yang ditunjukkan. Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut tentang cara kerja chip, inilah panduan hebat untuk MCP3008 dan protokol SPI.
2. Pin di sebelah kiri adalah 8 input Analog, diberi nomor 0-7 dari atas ke bawah. Kami hanya akan menggunakan 3 pertama (CH0, CH1, CH2), untuk LDR, sensor gas umum (TGS2600) dan sensor suhu (LM35). Pertama hubungkan LDR seperti yang ditunjukkan pada diagram. Satu sisi ke ground dan sisi lainnya ke 3.3V melalui resistor 2.2KΩ dan CH0.
3. Selanjutnya, sambungkan "sensor gas umum". Sensor gas ini digunakan untuk mendeteksi kontaminan udara seperti hidrogen dan karbon monoksida. Saya belum menemukan cara untuk mendapatkan konsentrasi tertentu, jadi untuk saat ini hasil dari sensor ini adalah tingkat persentase dasar, di mana 100% sepenuhnya jenuh. Dengan sensor menghadap ke atas (pin di bagian bawah), pin langsung di sebelah kanan singkapan kecil adalah pin 1 dan kemudian jumlahnya meningkat searah jarum jam di sekitar pin. Jadi pin 1 dan 2 terhubung ke 5V, pin 3 terhubung ke CH1 dan ground melalui resistor 22KΩ dan pin4 terhubung langsung ke ground.
4. Sensor analog terakhir yang akan dihubungkan adalah sensor suhu LM35. Ini memiliki 3 pin. Ambil sensor sehingga sisi datar paling dekat dengan Anda, pin paling kiri terhubung langsung ke 5V (tidak ditandai pada diagram, saya buruk!), pin tengah terhubung ke CH2 dan pin paling kanan terhubung langsung ke ground. Mudah!
5. Komponen terakhir yang terhubung adalah sensor kelembaban DHT22. Ini adalah sensor digital sehingga dapat dihubungkan langsung ke Raspberry Pi. Ambil sensor dengan kisi menghadap Anda dan empat pin di bagian bawah. Pin dipesan dari 1 di sebelah kiri. Hubungkan 1 ke 3.3V. Pin 2 menuju ke GPIO4 dan 3.3V melalui resistor 10KΩ. Biarkan pin 3 terputus dan pin 4 langsung ke ground.

Itu dia! Sirkuit uji telah dibangun. Saya berharap untuk menambahkan lebih banyak komponen ketika saya punya waktu. Saya benar-benar ingin menambahkan sensor tekanan, sensor kecepatan angin, dan saya ingin mendapatkan data yang lebih cerdas tentang konsentrasi gas.

Langkah 3: Modul GSM

Sekarang sirkuit penginderaan telah dibangun, perlu ada cara untuk menerima hasilnya. Di situlah modul GSM masuk. Kami akan menggunakannya untuk mengirim hasilnya melalui jaringan seluler dalam SMS, sekali sehari.

Modul GSM berkomunikasi dengan Raspberry Pi melalui serial menggunakan UART. Berikut beberapa info bagus tentang komunikasi serial dengan Raspberry Pi. Untuk mengendalikan port serial Pi, kita perlu melakukan beberapa konfigurasi terlebih dahulu.

Boot Raspberry Pi Anda dengan Gambar Raspbian standar. Sekarang ubah file "/boot/cmdline.txt" dari:

"dwc_otg.lpm_enable=0 console=ttyAMA0, 115200 kgdboc=ttyAMA0, 115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait"

ke:

"dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait"

dengan menghapus bagian teks yang digarisbawahi.

Kedua, Anda perlu mengedit file "/etc/inittab", dengan mengomentari baris kedua di bagian berikut:

#Spawn getty di serial line Raspberry PiT0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100"

Sehingga berbunyi:

#Spawn getty di serial line Raspberry Pi#T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100

dan reboot Pi. Sekarang port serial harus bebas untuk berkomunikasi sesuai keinginan. Saatnya memasang modul GSM. Lihatlah diagram sirkuit pada langkah sebelumnya dan gambar di atas untuk melihat bagaimana hal ini dilakukan. Pada dasarnya, TX terhubung ke RX dan RX terhubung ke TX. Pada Raspberry Pi TX dan RX masing-masing adalah GPIO 14 dan 15.

Sekarang, Anda mungkin ingin memeriksa apakah modul berfungsi, jadi mari kita coba mengirim teks! Untuk ini, Anda perlu mengunduh Minicom. Ini adalah program yang memungkinkan Anda untuk menulis ke port serial. Menggunakan:

"sudo apt-get install minicom"

Setelah terinstal minicom dapat dibuka dengan perintah berikut:

"minicom -b 9600 -o -D /dev/ttyAMA0"

9600 adalah baud-rate dan /dev/ttyAMA0 adalah nama port serial Pi. Ini akan membuka emulator terminal di mana apa pun yang Anda tulis akan muncul di port serial, yaitu dikirim ke modul GSM.

Masukkan kartu sim Anda yang telah diisi ulang ke dalam modul GSM dan tekan tombol daya. Setelah itu led biru akan menyala. Modul GSM menggunakan set perintah AT, berikut dokumentasinya jika Anda benar-benar tertarik. Sekarang kita periksa apakah Raspberry Pi telah mendeteksi modul dengan perintah berikut:

"PADA"

modul kemudian harus merespons dengan:

"OKE"

Besar! Kemudian kita perlu mengkonfigurasi modul untuk mengirim SMS sebagai teks daripada biner:

"AT+CMGF = 1"

lagi respon harus "OK". Sekarang kita tulis perintah untuk mengirim SMS:

"AT+CMGS="44*************"", ganti bintang dengan nomor anda.

Modem dengan respons dengan ">" setelah itu Anda dapat menulis pesan kepada Anda. Untuk mengirim pesan, tekan. Itu saja, dan dengan sedikit keberuntungan Anda baru saja menerima SMS langsung dari Raspberry Pi Anda.

Nah sekarang kita tahu modul GSM berfungsi, Anda dapat menutup minicom; kita tidak akan membutuhkannya untuk sisa proyek.

Langkah 4: Unduh Perangkat Lunak dan Jalankan Kering

Pada tahap ini, semuanya harus terhubung dan siap untuk diuji dalam kondisi kering. Saya telah menulis program python yang cukup sederhana yang akan mengambil pembacaan dari setiap sensor dan kemudian mengirimkan hasilnya ke ponsel Anda. Anda dapat mengunduh seluruh program dari halaman PiJuice Github. Sekarang juga bisa menjadi saat yang tepat untuk menguji dengan modul PiJuice. Itu hanya dihubungkan ke GPIO Raspberry Pi, semua kabel yang terhubung ke Pi langsung dicolokkan ke pin out yang sesuai di PiJuice. Semudah Pi. Untuk mengunduh kode gunakan perintah:

git clone

Ini diatur untuk mengirim data sekali sehari. Untuk tujuan pengujian ini tidak bagus, jadi Anda mungkin ingin mengedit program. Ini mudah dilakukan; buka saja filenya; "sudo nano weatherstation.py". Di dekat bagian atas ada bagian "set delay". Beri komentar pada baris "delay=86400" dan batalkan komentar "delay=5". Sekarang hasilnya akan dikirim setiap 5 detik sekali. Anda juga ingin mengubah program sehingga berisi nomor ponsel Anda sendiri. Temukan di mana tertulis "+44**********" dan ganti bintang dengan nomor Anda sendiri.

Sebelum menjalankan program, Anda hanya perlu mengunduh pustaka untuk membaca sensor kelembapan DHT22:

git clone

Dan perpustakaan perlu diinstal:

"cd Adafruit_Python_DHT"

"sudo apt-get update"

"Sudo apt-get install build-essential python-dev"

"sudo python setup.py install"

Keren, sekarang Anda bisa menguji programnya.

"sudo python weatherstation.py"

Saat program sedang berjalan, hasilnya harus dikirim ke ponsel Anda tetapi juga dicetak di terminal setiap 5 detik.

Langkah 5: Bangun Sirkuit

Sekarang semuanya bekerja dalam praktik, saatnya untuk membangun hal yang nyata. Gambar-gambar menunjukkan gagasan umum tentang bagaimana seluruh unit cocok bersama. Ada dua unit rumah terpisah; satu untuk sirkuit penginderaan (yang akan memiliki lubang untuk memungkinkan udara bersirkulasi di dalam) dan satu untuk Raspberry Pi, unit GPRS dan PiJuice, (benar-benar kedap air) panel surya akan dihubungkan ke unit komputasi dengan sambungan kedap air. Kedua unit kemudian dapat dengan mudah dilepas sehingga rumah sensor atau rumah komputasi dapat dilepas tanpa harus membongkar seluruh unit. Ini bagus jika Anda ingin menambahkan lebih banyak sensor atau jika Anda membutuhkan Raspberry Pi atau PiJuice untuk proyek lain.

Anda harus memecahkan protoboard agar muat di dalam kotak sambungan yang lebih kecil. Di sinilah sirkuit penginderaan ditempatkan. Sirkuit penginderaan sekarang ditransfer dari papan tempat memotong roti ke papan proto. Sekarang Anda perlu melakukan beberapa penyolderan. Pastikan Anda nyaman menggunakan besi solder dengan aman. Jika Anda tidak yakin, mintalah bantuan seseorang yang merupakan penyolder yang kompeten.

Banyak terima kasih kepada Patrick di lab di sini, yang menyelamatkan saya dari membuat hash nyata dari sirkuit ini. Dia berhasil mengetuknya bersama-sama dalam hitungan menit! Jika, seperti saya, Anda bukan yang terbaik dalam membangun sirkuit, dan Anda tidak memiliki seorang jenius seperti Patrick yang siap membantu Anda, maka Anda selalu dapat meninggalkan sirkuit di papan tempat memotong roti, selama itu pas di kotak listrik Anda..

Langkah 6: Mempersiapkan Unit Perumahan

Bagian ini adalah di mana itu menjadi sangat menyenangkan. Anda mungkin telah memperhatikan cincin di setiap kotak. Ini dirancang untuk dirobohkan sehingga kotak bisa menjadi sambungan listrik. Kami akan menggunakannya untuk menghubungkan antara unit penginderaan dan unit komputasi, untuk menghubungkan ke panel surya dan juga sebagai ventilasi untuk unit penginderaan untuk memungkinkan sirkulasi udara.

Pertama, buat satu lubang pada setiap kotak untuk menghubungkan keduanya, seperti yang terlihat pada gambar. Mengeluarkan lubang bisa sulit dilakukan dengan rapi, tetapi tepi yang kasar tidak masalah. Saya menemukan metode terbaik adalah dengan menggunakan obeng untuk terlebih dahulu menembus cincin indentasi di sekitar setiap lubang, dan kemudian mencungkilnya seperti tutup kaleng cat. Konektor kabel tahan air kemudian digunakan untuk menghubungkan kedua kotak.

Kemudian Anda harus membuat lubang lain di rumah komputasi untuk kabel panel surya. Lubang ini kemudian dicolokkan dengan salah satu grommet kabel semi-blind Anda. Sebelum Anda memasang grommet, buat lubang di dalamnya agar kabel bisa lewat. Ini harus sekecil mungkin agar tetap kedap air, lalu dorong ujung micro usb melalui lubang (ini adalah ujung yang terhubung ke PiJuice).

Akhirnya lubang tambahan perlu dibuat di unit penginderaan untuk memungkinkan udara masuk dan keluar. Saya telah memutuskan untuk pergi untuk keseluruhan tepat di seberang persimpangan antara dua kotak. Mungkin perlu menambahkan lubang kedua. Saya kira kita akan mengetahuinya setelah beberapa waktu menggunakan stasiun cuaca.

Langkah 7: Menghubungkan dan Menyelesaikan Stasiun Cuaca

Benar, hampir sampai. Tahap terakhir adalah memasang semuanya.

Dimulai dengan unit komputasi. Dalam kotak ini kami memiliki Raspberry Pi, The PiJuice yang terhubung ke Raspberry Pi GPIO dan modul GSM yang terhubung ke breakout GPIO di PiJuice melalui kabel jumper female ke female. Bagus dan pas! pada tahap ini saya mungkin akan menyarankan meletakkan semacam sealer di sekitar titik masuk untuk kabel USB untuk panel surya. Semacam resin, atau lem super mungkin bisa digunakan.

Kemudian pindah ke unit penginderaan. Di foto, dari atas ke bawah, kabelnya adalah; abu-abu, putih, ungu dan biru adalah jalur data SPI, hitam adalah ground, oranye adalah 3.3V, merah adalah 5V dan hijau adalah GPIO 4. Anda perlu menemukan kabel jumper untuk menghubungkannya dan kemudian memasukkannya melalui kabel tahan air konektor seperti yang terlihat pada foto. Kemudian setiap kabel dapat dihubungkan ke GPIO yang sesuai dan konektor dapat dikencangkan. Pada tahap ini mudah untuk melihat bagaimana desain dapat ditingkatkan; LDR tidak akan terkena banyak cahaya (walaupun mungkin masih berguna untuk mengetahui nilai relatif, dan merobohkan lubang tambahan mungkin membantu), saya pikir akan lebih baik menggunakan ukuran yang sama dengan unit komputasi kotak untuk unit penginderaan juga, maka akan lebih mudah untuk memasukkan papan sirkuit ke dalam kotak dan akan ada ruang untuk bermain dengan pengaturan yang berbeda.

Saya sudah memasangnya di taman sekarang, seperti yang Anda lihat di foto. Semoga dalam beberapa hari ke depan saya dapat memposting beberapa hasil juga! Dan seperti yang saya katakan sebelumnya, jika Anda punya ide untuk beberapa proyek keren, beri tahu saya!