Raspberry Pi savvaļā! Pagarināts darbības laiks ar akumulatora enerģiju: 10 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:52

Motivācija: Es gribēju izmantot Raspberry Pi kameru, kas darbina akumulatoru, lai fotografētu vienu reizi dienā ārpus telpām, lai izveidotu ilgtermiņa noilguma video. Mans īpašais pielietojums ir reģistrēt zemes seguma augu pieaugumu šajā pavasarī un vasarā.

Izaicinājums: izveidojiet Raspberry Pi strāvas padeves vājstrāvu, lai nodrošinātu ilgu akumulatora darbības laiku.

Mans risinājums: es izmantoju uzlauztu modinātāju, Attiny85 ķēdi un Pimoroni OnOff shim, lai pilnībā pārtrauktu strāvas padevi Raspberry Pi, kad to nelieto. Kamēr Attiny85 un modinātājs turpina darboties gaidīšanas režīmā, pašreizējais patēriņš ir tikai 5 mikroAmp. Divas AAA baterijas darbina gan Attiny, gan modinātāju, savukārt USB barošanas bloks baro Pi.

Pamata darbība: Kad modinātājs nodziest, tas pamodina miega Attiny ķēdi, kas pēc tam signalizē Pimoroni OnOff shim, lai izmantotu strāvas padevi no USB barošanas bankas uz Raspberry Pi. Pi izpilda skriešanas palaišanas skriptu (nofotografējiet). Pēc tam, kad ir pagājis pietiekams laiks (60 sekundes manā lietojumprogrammā), Attiny ķēde atkal signalizē par Pimoroni OnOff shim un pēc tam Attiny pāriet miega režīmā. Pamatojoties uz Attiny signālu, Pimoroni OnOff shim izpilda komandu Pi shutdown, un pēc Pi izslēgšanas procesa pabeigšanas pārtrauc strāvu no USB barošanas bankas uz Raspberry Pi.

1. darbība: detaļas un rīki

Daļas:

Raspberry Pi Zero vai Raspberry Pi Zero W (patērē vairāk enerģijas)

Aveņu PI kameras modulis

Raspberry Pi Zero futrālis

Pimoroni ONOFF SHIM RASP PI POWER SWITCH, Digikey

OPTOISOLATORS Digikey

Ar akumulatoru darbināms digitālais modinātājs

ATtiny85 8 DIP Digikey

(2) CAP ALUM 100UF Digikey

DS3231 RTC modulis AliExpress

(2) 68 omu rezistors

Īss (apmēram 6 collas) mikro USB kabelis

Clear Box Amac SKU#: 60120. 4 "x 4" x 5-1/16 "h Konteineru veikals

Kmashi 11200 mAh USB barošanas bloks # k-mp806 vai līdzīgs

Dubultā līmlente

Maza pašvītņojoša skrūve

(2) 1 X 8 kontaktu sieviešu sakraušanas galvenes - parasti tiek pārdotas Arduino UNO sakraušanas galvenes AliExpress

Perf vai sloksnes dēlis apmēram 1 1/4 "x 2"

5 1/2 x 5/12 x 3/4 bieza priede vai saplāksnis

1 1/4 apmēram 15 collu PVC caurule

1 1/4 PVC savienotājs

(2) īsas, apmēram 10 collas garas gumijas auklas

(4) 1/4 "diametra koka dībeļu tapas apmēram 1" garas

UltraDeck dabiskie pasta piedurkņu vāciņi

Rīki:

Stiepļu griezēji un lodāmurs

Arduino UNO vai cits veids, kā programmēt ATtiny85

Pievienojiet vadu un džemperus

Tastatūra, pele, HDMI monitors, USB ports un Ethernet centrmezgls, OTG kabelis

Mulitmetrs

2. darbība: instalējiet Raspberry Pi OS, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC un Pi kameras moduli

Pi Zero iestatīšana. Sagatavojiet SD karti Raspberry Pi ar izvēlēto izplatīšanu. Sākotnējās iestatīšanas procesa laikā pārliecinieties, vai ir iespējota I2C saskarne, kamera un sāknēšana uz CLI ar automātisko pieteikšanos, iestatiet pareizo vietējo laiku un nomainiet paroli. Es arī iesaku iestatīt statisku IP adresi, lai atvieglotu darbu. Lodēt vīriešu galvu uz Pi Zero. Jūs varat izmantot standarta 2 x 20 galveni vai īsāku 2 x 6 galveni, jo šim projektam nav nepieciešamas visas 40 tapas - tikai pirmās 12 tapas.

Kameras instalēšana. Ievietojiet Pi Zero korpusā un izmantojiet komplektā iekļauto īso lentes kabeli, lai savienotu kameras moduli ar Pi Zero, novirzot kabeļa izejas gala slotu. Uzlieciet GPIO augšējo vāku ar spraugu un piestipriniet kameru pie vāka ar dubultu līmlenti (skatiet fotoattēlu).

Sagatavojiet Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC. Lai gan Pimoroni OnOff Shim komplektā ietilpst 2 x 6 sieviešu galvene, tā vietā es izmantoju divas 1 x 6 sieviešu "kraušanas galvenes, ko parasti pārdod Arduino UNOs, galvenes tapām ir jāpagarinās virs Pimoroni OnOff Shim Raspberry Pi tapas vietās 1, 3, 5, 7, 9, pārējās tapas var sagriezt līdz standarta tapas garumam. Piespiediet DS3231 RTC uz pagarinātajām tapām, kā parādīts fotoattēlā, un pēc tam piespiediet Pimoroni OnOff Shim & DS3231 RTC apakškomplektu uz Raspberry Pi galvenes tapām kā parādīts.

Instalējiet Pimoroni OnOff Shim programmatūru ar:

čokurošanās https://get.pimoroni.com/onoffshim | bash

Papildinformāciju par Shim instalēšanu skatiet šeit

Instalējiet programmatūru DS3231 RTC saskaņā ar šīm instrukcijām

Sākotnējie testi - kamera, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC

Pievienojiet vietējo tastatūru un monitoru Pi Zero. Pārliecinieties, vai jums ir tīkla savienojums (Ethernet kabelis vai Wifi). Pievienojiet USB barošanas kabeli Pimoroni OnOff Shim.

a. 3 sekundes nospiediet Pimoroni OnOff Shim spiedpogu un pēc tam atlaidiet - tas ieslēdz vai izslēdz Pi Zero. Novērojiet monitora sāknēšanas un izslēgšanas procesu. Jūsu Pi Zero tagad ir uzlabots tehnoloģiju jauninājums - ieslēgšanas/izslēgšanas slēdzis!

b. Iestatiet DS3231 laiku un pārbaudiet, vai tas nolasa pareizo laiku, izmantojot:

sudo hwclock -w

sudo hwclock -r

c. Pārbaudiet kameras darbību saskaņā ar šīm instrukcijām.

3. darbība: iestatiet Raspberry Pi palaišanas skriptu un testa kameru

Izveidojiet jaunu zerocam apakšdirektoriju un pārejiet uz to

mkdir zerocam

cd zerocam

Izmantojiet nano redaktoru, lai izveidotu jaunu skripta failu

nano foto.sh

Pēc tam nokopējiet un ielīmējiet zemāk esošo kodu nano redaktorā. Aizveriet nano ar Ctrl+X, Y un pēc tam Atgriezties.

#!/bin/bash

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

Tā kā šis skripts izmanto komandu konvertēt, jums būs jāinstalē ImageMagick Raspberry Pi

sudo apt-get update

sudo apt-get instalēt imagemagick

Padariet failu izpildāmu

chmod +x foto.sh

Atveriet /etc/rc.local (komandas šajā failā tiek palaistas sāknēšanas laikā)

sudo nano /etc/rc.local

Netālu no faila apakšas, tieši pirms iziešanas no 0, pievienojiet šo jauno rindu un pēc tam aizveriet nano ar Ctrl+X, Y un pēc tam Atgriezties.

sh /home/pi/zerocam/photo.sh

Ja ir pievienots vietējais monitors, pārbaudiet, vai tas darbojas

sudo atsāknēšana

Pi vajadzētu pārstartēt un uzņemt fotoattēlu. Katalogā/home/pi/zerocam būs jauns-j.webp

Pārbaudiet arī Pi ieslēgšanu un izslēgšanu ar Pimoroni spiedpogu. Izmēriet un reģistrējiet Pi sāknēšanas laiku. Tam vajadzētu būt mazākam par 60 sekundēm.

4. solis: uzlauzt modinātāju

Ievērojiet, kā darbojas - Ievietojiet modinātājā divas AAA baterijas un praktizējiet iestatīšanas laiku un modinātāju saskaņā ar pievienotajiem norādījumiem. Īpaši ievērojiet trauksmes signālu - jums vajadzētu redzēt (1) displeja mazā trauksmes simbola mirgošanu, (2) skaņas signāls skan 1 minūti, pēc tam izslēdzas un (3) aizmugurējā apgaismojuma gaismas diode iedegas 5 sekundes un pēc tam izslēdzas.

Izjaukt - Noņemiet četras skrūves no pulksteņa, lai atdalītu abas puses, pēc tam noņemiet vēl četras skrūves, lai atbrīvotu galveno PCB.

Uzlauzt - nogrieziet LED vadus PCB priekšpusē, kā parādīts attēlā, un pielodējiet līdz 5 collu gariem vadiem pie atlikušajiem vadiem PCB aizmugurē (skatiet attēlu). Atskalojiet skaņas signālu, kā parādīts attēlā.

Akumulatora nodalījuma spailēm pievienojiet divus papildu vadus (sarkanu un melnu), kā arī 100MFD elektrolītisko kondensatoru, kā parādīts attēlā (ievērojiet polaritāti).

Salieciet pulksteni, pārliecinoties, ka virzās gaismas diode un jaunais akumulators izvada aizmugurējā vāka stiprinājuma spraugas, kā parādīts attēlā.

Atkārtota pārbaude - Ievietojiet baterijas un pārbaudiet trauksmes funkciju - tagad, kad modinātājs atskan, displeja mazais trauksmes simbols mirgo, bet nav skaņas signāla un pretgaismas. Pievienojiet multimetru LED vadiem, ja modinātājs atskan apmēram 5 sekundes, jums vajadzētu noteikt aptuveni 3 VDC.

5. solis: izveidojiet Attiny85 shēmas plati

Atsaucoties uz fotoattēlu un Attiny85 Schematic.pdf, izveidojiet shēmas plati uz neliela perf vai sloksnes plāksnes gabala. Piezīmes:

• Noteikti izmantojiet 8 kontaktu DIP ligzdu Attiny85 mikroshēmai, jo tā ir jānoņem programmēšanai.
• Pirms lodēšanas pārliecinieties, vai Optos ir pareizi orientēts.
• Jumper noved pie Pimoroni Shim jābūt vismaz 4 collas garam ar sieviešu galviņām, lai piestiprinātu Shims BTN vīriešu tapas.
• Veicot savienojumus ar trauksmes klikšķa ķēdi, ievērojiet polaritāti

6. darbība: augšupielādējiet kodu Attiny 85 mikroshēmā

Izmantojot Arduino Uno vai citus līdzekļus, augšupielādējiet kodu (pievienots AttinyPiPowerControl.ino fails) savā Attiny85 mikroshēmā. Piezīme - šis kods ļauj 60 sekundēm, līdz PI sāk darboties, nofotografēties un nokļūt termināļa komandu uzvednē pirms izslēgšanas procesa uzsākšanas. Pēc tam jūs varat instalēt Attiny85 mikroshēmu tās shēmas plates ligzdā - vēlreiz pārbaudiet orientāciju.

Piezīme. Ja jums ir nepieciešams vairāk vai mazāk Pi izpildlaika, vienkārši rediģējiet šo rindu apakšā:

kavēšanās (60000); // ļaujiet Pi kādu laiku palaist un palaist

7. darbība. Elektroinstalācija un sākotnējā pārbaude un fotoattēlu failu lejupielāde no PI

Elektroinstalācija:

Pievienojiet USB strāvas banku Pimoroni shim mikro usb portam. Pievienojiet džemperu vadus no Attiny85 shēmas plates ar Pimoroni starpliku, pārliecinieties, ka melnais vads savienojas ar Pimoroni starplikas ārējās malas BTN tapu.

Pārbaude:

Ievietojiet modinātājā 2 AAA baterijas un iestatiet pulksteņa laiku. Es iesaku arī savienot Pi HDMI portu ar vietējo monitoru.

Ieslēdziet modinātāju un pēc dažām minūtēm iestatiet modinātāju. Kad modinātājs atskan, jums vajadzētu redzēt:

a. Pulksteņa modinātāja ikona sāk mirgot

b. Pēc aptuveni 5 sekundēm Pimoroni Shim sarkanā gaismas diode iedegas uz 5 sekundēm

c. Pī sāk darboties

d. Pēc aptuveni 20 sekundēm iedegas kameras gaismas diode un tiek uzņemts fotoattēls. Ja ir izveidots savienojums ar vietējo monitoru, tiks parādīts īss uzņemto fotoattēlu priekšskatījums.

e. Vēl pēc aptuveni 40 sekundēm Pi sāk darboties līdz termināļa komandu uzvednei

f. Pi sāk izslēgšanas procesu, pēc aptuveni 20 sekundēm mirgo Pimoroni Shim sarkanā gaismas diode, norādot, ka strāvas padeve tiek pārtraukta.

Foto failu lejupielāde no PI

Es pievienoju PI tīklam, izmantojot OTG kabeli, un USB - Ethernet adapteri, kas baro Pi no sienas kārpas. Pēc tam izmantojiet WinSCP, lai lejupielādētu failus manā datorā.

8. darbība: samontējiet elektronikas korpusu

Piestipriniet Attiny85 shēmas plati modinātāja aizmugurē, izmantojot nelielu pašvītņojošu skrūvi. Pievienojiet PI pulkstenim, izmantojot dubultu līmlenti, kā parādīts

Pievienojiet pulksteņa kreiso pusi displeja korpusa apakšai ar dubultu līmlenti

Pievienojiet USB strāvas banku displeja korpusa apakšai ar dubultu lenti, kā parādīts attēlā.

Novietojiet augšējo korpusu virs displeja korpusa apakšas, kā parādīts attēlā.

9. solis: izveidojiet montāžas likmi, galīgo montāžu un atlaidiet PI savvaļā

Apakšējais gabals: 5 1/2 X 5 1/2 koka gabalā izgrieziet 4 spraugas 3/4 "uz iekšu no katras puses, kā parādīts attēlā. Es izmantoju 1/4 maršrutētāja uzgali, bet jūs varat arī urbt un zāģēt. centrā izveidojiet caurumu 1 1/4 PVC savienojumam. Ideāls urbuma izmērs ir 1 5/8 ", bet, tā kā man bija tikai 1 3/4" cauruma zāģis, es to izmantoju un izveidoju savienojuma OD ar pīles lenti. savienojums vietā ar epoksīdu.

Centrējiet elektronikas korpusu virs koka bloka un atzīmējiet tā kontūru. Pēc tam katrā pusē urbiet četrus 1/4 caurumus, kā parādīts attēlā. Šajos caurumos pielīmējiet četrus 1 collu garus 1/4 collu koka tapas - tas palīdzēs noturēt korpusu centrā.

Augšējais gabals: urbjiet četrus 3/16 collu caurumus katra izmēra apakšējās malas tuvumā un katrā caurumā ievietojiet 3/4 collu garus S āķus, noliecot galus aizvērtus, lai tie nenokristu. Iekšējās malās karsto līmi 4 četras 1/2 biezas koka lūžņi - tie palīdzēs noturēt augšējo gabalu centrā virs korpusa.

Galīgā montāža: ielieciet elektronikas korpusu starp augšējo un apakšējo daļu un nostipriniet ar divām gumijas auklām, kā parādīts attēlā

Atlaidiet PI savvaļā: izveidojiet montāžas stabu, sagriežot 1 1/4 collu PVC cauruli, kas ir piemērota jūsu vajadzībām, nogrieziet vienu galu 45 grādu leņķī, lai būtu vieglāk iegrūst zemē. Manā gadījumā es ' m interesē augsnes seguma augu augšana (Vinea minor) šopavasar, un tāpēc mana PVC daļa ir tikai 15 collas gara. Vēlreiz pārbaudiet, vai AAA baterijas ir svaigas, USB barošanas bloks ir pilnībā uzlādēts un modinātājs ir pareizi iestatīts - pēc tam iemetiet zemē un novietojiet montāžas elementu uz augšu - skatiet fotoattēlu.

10. darbība. Pašreizējie mērījumi un paātrināts akumulatora darbības laiks

Es mēra strāvu, izmantojot Radio Shack RS-232 multimetru (22-812) un papildu programmatūru Meter View. Nav zvēra izvēle, bet tā ir man.

Strāvas patēriņa mērīšana no divām AAA baterijām, Attiny85 plates un modinātāja

Lai "sērijveidā savienotu" multimetru, es izmantoju fiktīvas baterijas un 3 VDC stenda barošanas avotu (skat. Fotoattēlu). Skatiet pašreizējā grafiku, kas mērīts "aktīvajā" periodā (sākas ar trauksmes notikumu - beidzas ar Attiny85 atgriešanos miega režīmā). Ne-trauksmes signāls bija nemainīgs 0,0049 mA. Kopsavilkums -

Aktīvais periods = 78 sekundes

Aktīvā perioda vid. Pašreizējā = 4,85 mA

Bez trauksmes strāva = 4,9 mikroA (0,0049 mA)

Izmantojot šo metodi, es aprēķināju vidējo dienas strāvas patēriņu 0,0093 mA no diviem AAA (750 mAh/katrs), ņemot vērā miega un aktīvo režīmu, un teorētisko akumulatora darbības laiku> 8 gadus.

PI strāvas patēriņa mērīšana no USB barošanas bankas. Lai "sērijveidā savienotu" multimetru, es izmantoju modificētu USB kabeli (skat. Fotoattēlu). Skatiet pašreizējā grafiku, kas izmērīts "aktīvajā" periodā (PI sāknēšana - PI izslēgšana). Neaktīvā periodā Pimoroni ONOFF shim pilnībā pārtrauc jaudu līdz Pi, tāpēc strāvas patēriņš ir ~ nulle. Kopsavilkums -

Aktīvais periods = 97 sekundes

Aktīvā perioda vid. Pašreizējā = 137 mA

Pieņemot 11200 mAh jaudas banku, teorētiskais aktīvo periodu ciklu skaits ir> 3000.

Paātrināts akumulatora darbības laiks

Es īslaicīgi kontrolēju PI ar Arduino UNO, kas ieprogrammēts ātrai riteņbraukšanai - laiks starp trauksmēm bija 2 minūtes salīdzinājumā ar parastajām 24 stundām.

1. tests: 11200 mAh jaudas banka. Sākās pulksten 22:00 un es apstājos pulksten 13:00 nākamajā dienā. Rezultāti: uzņemti 413 fotoattēli, 3 no 4 uzlādes līmeņa gaismas diodēm testa beigās joprojām deg.

2. tests: 7200 mAh jaudas banka. Sākās 19:30 un es apstājos 16:30 nākamajā dienā. Rezultāti: 573 uzņemti fotoattēli, 2 no 4 uzlādes līmeņa gaismas diodēm joprojām ir ieslēgtas testa beigās.

Secinājums: Es uzskatu, ka iepriekš minētie rezultāti liecina, ka vismaz viena gada fotoattēlu uzņemšana ir iespējama.