Ar saules enerģiju darbināma WiFi laika stacija V1.0: 19 soļi (ar attēliem)

2025 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2025-01-23 14:59

Šajā pamācībā es jums parādīšu, kā izveidot ar saules enerģiju darbināmu WiFi laika staciju ar Wemos dēli. Wemos D1 Mini Pro ir mazs formas faktors un plašs plug-and-play vairogu klāsts, kas padara to par ideālu risinājumu, lai ātri sāktu ESP8266 SoC programmēšanu. Tas ir lēts veids, kā izveidot lietu internetu (IoT), un tas ir saderīgs ar Arduino.

Varat arī apskatīt manu jauno versiju- 3.0 Weather Station.

Varat arī apskatīt manu jauno versiju-2.0 Weather Station.

Jūs varat iegādāties V2.0 PCB no PCBWay.

Visus manus projektus varat atrast vietnē

Jaunajai meteoroloģiskajai stacijai ir šādas funkcijas:

1. Laika stacija var izmērīt: temperatūru, mitrumu, barometrisko spiedienu, augstumu

2. Iepriekš minētos laika apstākļu parametrus varat pārraudzīt, izmantojot viedtālruni vai tīmekli (ThingSpeak.com)

3. Visa ķēde kopā ar barošanas avotu tiek ievietota 3D drukātā korpusā.

4. Ierīces diapazons tiek uzlabots, izmantojot 3dBi ārējo antenu. Tas ir aptuveni 100 metrus.

1. darbība. Nepieciešamās detaļas un rīki

1. Wemos D1 Mini Pro (Amazon / Banggood)

2. TP 4056 uzlādes dēlis (Amazon / Aliexpress)

3. Diode (Aliexpress)

4. BME 280 sensors (Aliexpress)

5. Saules panelis (Banggood)

6. Perforēta dēlis (Banggood)

7. Skrūvju termināļi (Banggood)

8. PCB atšķirības (Banggood)

9. Li -Ion Battery (Banggood)

10. AA bateriju turētājs (Amazon)

11. 22 AWG stieple (Amazon / Banggood)

12. Super līme (Amazon)

13. Kanāla lente (Amazon)

14. 3D drukas pavediens -PLA (GearBest)

Izmantotie rīki:

1.3D printeris (Anet A8/ Creality CR-10 Mini)

2. Lodāmurs (Amazon)

3. Līmes lielgabals (Amazon)

4. Stiepļu griezējs / noņēmējs (Amazon)

2. solis: barošanas avots

Mans plāns ir izvietot meteoroloģisko staciju attālā vietā (manā lauku mājā). Lai nepārtraukti darbinātu meteoroloģisko staciju, ir jābūt nepārtrauktai barošanas avotam, pretējā gadījumā sistēma nedarbosies. Labākais veids, kā nodrošināt nepārtrauktu strāvas padevi, ir izmantot akumulatoru. Bet pēc dažām dienām akumulatora sula beigsies, un doties uz turieni un to uzlādēt ir patiešām grūts darbs. Tātad tika ierosināta saules uzlādes ķēde, lai lietotājs atbrīvotu enerģiju no saules, lai uzlādētu baterijas un darbinātu Wemos plati. Mazāka izmēra dēļ esmu izmantojis 14450 litija jonu akumulatoru, nevis 18650 akumulatoru. Izmērs ir tāds pats kā AA baterijai.

Akumulators tiek uzlādēts no saules paneļa, izmantojot TP4056 uzlādes moduli. TP4056 modulim ir akumulatora aizsardzības mikroshēma vai bez aizsardzības mikroshēmas. Es ieteiktu iegādāties moduli, kurā ir iekļauta akumulatora aizsardzības mikroshēma.

Par TP4056 akumulatora lādētāju

TP4056 modulis ir lieliski piemērots vienas šūnas 3.7V 1 Ah vai augstākas LiPo šūnu uzlādēšanai. Pamatojoties uz TP4056 lādētāja IC un DW01 akumulatora aizsardzības IC, šis modulis piedāvās 1000 mA uzlādes strāvu un pēc tam pārtrauks, kad uzlāde būs pabeigta. Turklāt, kad akumulatora spriegums nokrītas zem 2,4 V, aizsardzības IC pārtrauks slodzi, lai aizsargātu šūnu no zem sprieguma. Tas arī aizsargā pret pārspriegumu un apgrieztās polaritātes savienojumu.

3. darbība: laika apstākļu datu mērīšana

Iepriekšējās dienās laika apstākļus, piemēram, apkārtējo temperatūru, mitrumu un barometrisko spiedienu, mēra ar atsevišķiem analogiem instrumentiem: termometru, higrometru un barometru. Bet šodien tirgus ir pārpludināts ar lētiem un efektīviem digitālajiem sensoriem, kurus var izmantot dažādu vides parametru mērīšanai. Labākie piemēri ir tādi sensori kā DHT11, DHT 22, BMP180, BMP280 utt.

Šajā projektā mēs izmantosim BMP 280 sensoru.

BMP 280:

BMP280 ir sarežģīts sensors, kas ļoti saprātīgi precīzi mēra barometrisko spiedienu un temperatūru. BME280 ir Bosch nākamās paaudzes sensori, un tas ir jauninājums uz BMP085/BMP180/BMP183 - ar zemu augstumu 0,25 m augstumā un tikpat ātru pārveidošanas laiku.

Šī sensora priekšrocība ir tā, ka saziņai ar mikrokontrolleri tas var izmantot vai nu I2C, vai SPI. Vienkāršai elektroinstalācijai es ieteikšu iegādāties I2C versijas plati.

4. darbība. Ārējās antenas (3dBi) izmantošana

Wemos D1 mini Pro plāksnei ir iebūvēta keramikas antena, kā arī iespēja pievienot ārēju antenu, lai uzlabotu diapazonu. Pirms ārējās antenas izmantošanas antenas signāls jāpārvieto no iebūvētās keramikas antenas uz ārējo kontaktligzdu. To var izdarīt, pagriežot mazo virsmas stiprinājumu (0603) nulles omu rezistoru (dažreiz sauc par saiti).

Lai pagrieztu nulles omu rezistoru, varat noskatīties šo Aleksa Eimsa veidoto video.

Pēc tam piespiediet antenas SMA savienotāju Wemos Pro mini antenas slotā.

5. solis: lodējiet galvenes

Wemos moduļiem ir dažādas galvenes, taču jums tas ir jālodē atbilstoši jūsu prasībām.

Šim projektam, 1. Lodējiet abas vīriešu kārtas galvenes pie Wemos D1 pro mini plates.

2. Lodējiet 4 kontaktu tērauda galviņu pie BMP 280 moduļa.

Pēc galvenes lodēšanas modulis izskatīsies, kā parādīts iepriekšējā attēlā.

6. darbība: galvenes un termināļu pievienošana

Nākamais solis ir galvenes lodēšana pie perforētās plāksnes.

1. Vispirms novietojiet Wemos dēli virs perforētā dēļa un atzīmējiet nospiedumu. Pēc tam lodējiet abas sieviešu galvu rindas virs atzīmētās vietas.

2. Pēc tam pielodējiet 4 kontaktu sieviešu galvenes, kā parādīts attēlā.

3. Lodēšanas skrūves spailes akumulatora pieslēgšanai.

7. darbība: uzlādēšanas plates uzstādīšana:

Uzlādēšanas moduļa aizmugurē uzlīmējiet nelielu divpusējas lentes gabalu un pēc tam ielīmējiet to uz perforētās plātnes, kā parādīts attēlā. Montāžas laikā jāuzmanās, lai plāksne būtu izlīdzināta tā, lai lodēšanas caurumi sakristu ar perforētajiem plātnes caurumiem.

Tiek pievienots terminālis saules panelim

Lodējiet skrūvju spaili tieši pie uzlādes plates mikro USB porta.

Šo termināli var lodēt arī iepriekšējā solī.

8. solis: elektroinstalācijas shēma

Vispirms es nogriezu mazus dažādu krāsu vadu gabalus un noņemu izolāciju abos galos.

Tad es lodēju vadus saskaņā ar shematisko diagrammu, kā parādīts iepriekšējā attēlā.

Wemos -> BME 280

3,3 V - -> Vin

GND GND

D1 SCL

D2 SDA

TP4056 Savienojums

Saules paneļa terminālis -> + un - pie mikro USB porta

Akumulatora spailes -> B+ un B-

5 V un GND no Wemos -> Out+ un Out-

Piezīme: Saules panelim pievienotā diode (parādīta shēmā) nav nepieciešama, jo TP4056 modulī ieejā ir iebūvēta diode.

9. solis: korpusa projektēšana

Tas man bija laikietilpīgākais solis. Esmu pavadījis apmēram 4 stundas, lai izstrādātu korpusu. Es to izstrādāju, izmantojot Autodesk Fusion 360. Korpusam ir divas daļas: galvenais korpuss un priekšējais vāks

Galvenais korpuss ir veidots tā, lai tas atbilstu visām sastāvdaļām. Tajā var ievietot šādus komponentus

1. 50x70mm shēmas plate

2. AA bateriju turētājs

3. 85,5 x 58,5 x 3 mm saules panelis

4. 3dBi ārējā antena

Lejupielādējiet.stl failus no Thingiverse

10. darbība: 3D drukāšana

Pēc projektēšanas pabeigšanas ir pienācis laiks izdrukāt korpusu 3D formātā. Programmā Fusion 360 varat noklikšķināt uz markas un sagriezt modeli, izmantojot šķēlēja programmatūru. Es esmu izmantojis Cura, lai sagrieztu modeli.

Es izmantoju Anet A8 3D printeri un 1,75 mm zaļu PLA, lai izdrukātu visas ķermeņa daļas. Man vajadzēja apmēram 11 stundas, lai izdrukātu pamattekstu, un apmēram 4 stundas, lai izdrukātu priekšējo vāku.

Es ļoti ieteiktu jums izmantot citu printeri, kas ir Creality CR - 10. Tagad ir pieejama arī CR -10 mini versija. Creality printeri ir viens no maniem iecienītākajiem 3D printeriem.

Tā kā 3D projektēšanā esmu jauns, mans dizains nebija optimistisks. Bet es esmu pārliecināts, ka šo korpusu var izgatavot, izmantojot mazāku materiālu (mazāk drukas laika). Vēlāk mēģināšu uzlabot dizainu.

Mani iestatījumi ir šādi:

Drukas ātrums: 40 mm/s

Slāņa augstums: 0,2

Aizpildīšanas blīvums: 15%

Ekstrūdera temperatūra: 195 grādi pēc Celsija

Gultas temperatūra: 55 grādi pēc Celsija

11. solis: Saules paneļa un akumulatora uzstādīšana

Lodējiet 22 AWG sarkano vadu pie pozitīvā spailes un melno vadu pie saules paneļa negatīvās spailes.

Ievietojiet divus vadus caurumos galvenā korpusa korpusa jumtā.

Saules paneļa nostiprināšanai izmantojiet superlīmi un kādu laiku nospiediet, lai pareizi pielīmētu.

Aizveriet caurumus no iekšpuses, izmantojot karstu līmi.

Pēc tam ievietojiet akumulatora turētāju slotā korpusa apakšā.

12. solis: Antenas uzstādīšana

Atskrūvējiet uzgriežņus un paplāksnes SMA savienotājā.

Ievietojiet SMA savienotāju korpusā esošajos caurumos. Skatiet attēlu iepriekš.

Pēc tam pievelciet uzgriezni kopā ar paplāksnēm.

Tagad uzstādiet antenu, pareizi izlīdzinot to ar SMA savienotāju.

13. darbība: shēmas plates uzstādīšana

Uzstādiet ierobežojumus shēmas plates 4 stūros.

Uzklājiet super līmi pie 4 spraugām korpusā. Skatiet iepriekš redzamo attēlu.

Pēc tam izlīdziniet atdalījumu ar 4 spraugām un novietojiet to. atstājiet dažus nožūt.

14. darbība. Aizveriet priekšējo vāku

Pēc priekšējā vāka drukāšanas tas var nebūt pilnīgi piemērots korpusa galvenajam korpusam. Ja tas tā ir, vienkārši slīpējiet to pie sāniem, izmantojot smilšpapīru.

Iebīdiet priekšējo vāku līdz korpusa spraugām.

Lai to nostiprinātu, izmantojiet līmlenti apakšā.

15. solis: programmēšana

Lai izmantotu Wemos D1 ar Arduino bibliotēku, jums jāizmanto Arduino IDE ar ESP8266 plates atbalstu. Ja vēl neesat to izdarījis, varat viegli instalēt ESP8266 Board atbalstu savam Arduino IDE, sekojot šai Sparkfun apmācībai.

Vēlams izmantot šādus iestatījumus:

PU frekvence: 80MHz 160MHz

Zibspuldzes izmērs: 4M (3M SPIFFS) - 3M Failu sistēmas izmērs 4M (1M SPIFFS) - 1M Failu sistēmas izmērs

Augšupielādes ātrums: 921600 bps

Arduino kods lietotnei Blynk:

Miega režīms:

ESP8266 ir diezgan jaudīga ierīce. Ja vēlaties, lai jūsu projekts izlādētu akumulatoru ilgāk par dažām stundām, jums ir divas iespējas:

1. Iegūstiet milzīgu akumulatoru

2. Gudri iemidzināt lietu.

Labākā izvēle ir otrā iespēja. Pirms dziļās miega funkcijas izmantošanas Wemos D0 tapa jāpievieno atiestatīšanas tapai.

Kredīts: to ieteica viens no Instructables lietotāja "tim Rowledge".

Vairāk enerģijas taupīšanas iespēju:

Wemos D1 Mini ir neliela gaismas diode, kas iedegas, kad plate tiek darbināta. Tas patērē daudz enerģijas. Tāpēc vienkārši izvelciet šo gaismas diodi no tāfeles ar knaibles. Tas krasi samazinās miega strāvu.

Tagad ierīce var darboties ilgu laiku, izmantojot vienu litija jonu akumulatoru.

#define BLYNK_PRINT Serial // Komentējiet, lai atspējotu izdrukas un ietaupītu vietu #include #include

#include "Seeed_BME280.h" #include BME280 bme280; // Jums vajadzētu iegūt autentifikācijas marķieri lietotnē Blynk. // Dodieties uz projekta iestatījumiem (uzgriežņa ikona). char auth = "3df5f636c7dc464a457a32e382c4796xx"; // Jūsu WiFi akreditācijas dati. // Iestatiet paroli uz "" atvērtiem tīkliem. char ssid = "SSID"; char pass = "PASS WORD"; void setup () {Serial.begin (9600); Blynk.begin (auth, ssid, pass); Sērijas sākums (9600); if (! bme280.init ()) {Serial.println ("Ierīces kļūda!"); }} void loop () {Blynk.run (); // iegūt un drukāt temperatūras float temp = bme280.getTemperature (); Serial.print ("Temp:"); Serial.print (temp); Serial.println ("C"); // Celsija vienība, jo sākotnējais arduino neatbalsta īpašos simbolus Blynk.virtualWrite (0, temp); // virtuālā tapa 0 Blynk.virtualWrite (4, temp); // virtuālā tapa 4 // iegūt un izdrukāt atmosfēras spiediena datus pludiņa spiediens = bme280.getPressure (); // spiediens Pa pludiņā p = spiediens/100,0; // spiediens hPa Serial.print ("Spiediens:"); Sērijas nospiedums (p); Serial.println ("hPa"); Blynk.virtualWrite (1, p); // virtuālā tapa 1 // iegūt un izdrukāt augstuma datus pludiņa augstums = bme280.calcAltitude (spiediens); Serial.print ("Augstums:"); Sērijas nospiedums (augstums); Serial.println ("m"); Blynk.virtualWrite (2, augstums); // virtuālā tapa 2 // mitruma datu iegūšana un drukāšana pludiņa mitrums = bme280.getHumidity (); Serial.print ("Mitrums:"); Sērijas nospiedums (mitrums); Serial.println ("%"); Blynk.virtualWrite (3, mitrums); // virtuālā tapa 3 ESP.deepSleep (5 * 60 * 1000000); // deepSleep laiks ir definēts mikrosekundēs. }

16. darbība: instalējiet lietotni Blynk un bibliotēku

Blynk ir lietotne, kas ļauj pilnībā kontrolēt Arduino, Rasberry, Intel Edison un daudz ko citu aparatūru. Tā ir saderīga gan ar Android, gan iPhone. Pašlaik lietotne Blynk ir pieejama bez maksas.

Jūs varat lejupielādēt lietotni no šīs saites

1. Android ierīcēm

2. Iphone

Pēc lietotnes lejupielādes instalējiet to savā viedtālrunī.

Tad jums ir jāimportē bibliotēka savā Arduino IDE.

Lejupielādēt bibliotēku

Pirmo reizi palaižot lietotni, jums jāpierakstās - lai ievadītu e -pasta adresi un paroli. Displeja augšējā labajā stūrī noklikšķiniet uz “+”, lai izveidotu jaunu projektu. Tad nosauciet to.

Izvēlieties mērķa aparatūru "ESP8266", pēc tam noklikšķiniet uz "E-pasts", lai nosūtītu šo autentifikācijas marķieri sev-tas būs nepieciešams kodā

17. darbība: izveidojiet paneļa paneli

Informācijas panelis sastāv no dažādiem logrīkiem. Lai pievienotu logrīkus, veiciet tālāk norādītās darbības.

Noklikšķiniet uz “Izveidot”, lai atvērtu galveno paneļa ekrānu.

Pēc tam vēlreiz nospiediet “+”, lai iegūtu logrīku lodziņu

Pēc tam velciet 4 mērierīces.

Noklikšķiniet uz diagrammām, tiks parādīta iestatījumu izvēlne, kā parādīts iepriekš.

Jums ir jāmaina nosaukums "Temperatūra", atlasiet virtuālo tapu V1, pēc tam mainiet diapazonu no 0 līdz 50. Tāpat rīkojieties ar citiem parametriem.

Visbeidzot, velciet diagrammu un atkārtojiet to pašu procedūru, kas mērinstrumenta iestatījumos. Pēdējais informācijas paneļa attēls ir parādīts iepriekš redzamajā attēlā.

Krāsu var mainīt arī, noklikšķinot uz apļa ikonas vārda labajā pusē.

18. darbība. Sensora datu augšupielāde ThingSpeak

Vispirms izveidojiet kontu vietnē ThingSpeak.

Pēc tam savā ThingSpeak kontā izveidojiet jaunu kanālu. Uzziniet, kā izveidot jaunu kanālu

Aizpildiet 1. lauku kā temperatūru, 2. lauku kā mitrumu un 3. lauku kā spiedienu.

ThingSpeak kontā atlasiet “Kanāls” un pēc tam “Mans kanāls”.

Noklikšķiniet uz sava kanāla nosaukuma.

Noklikšķiniet uz cilnes “API atslēgas” un nokopējiet “Rakstīt API atslēgu”

Atveriet Solar_Weather_Station_ThingSpeak kodu. Pēc tam ierakstiet savu SSID un paroli.

Nomainiet “WRITE API” ar nokopēto “Write API Key”.

Nepieciešamā bibliotēka: BME280

Kredīts: Šis kods nav manis rakstīts. Es to ieguvu no saites, kuru plukas sniedza YouTube videoklipā.

19. solis: galīgais tests

Novietojiet ierīci saulē, uz TP 4056 lādētāja moduļa iedegsies sarkanā gaismas diode.

1. Blynk lietotņu uzraudzība:

Atveriet projektu Blynk. Ja viss ir kārtībā, pamanīsit, ka mērinstruments darbosies un grafikā tiks attēloti temperatūras dati.

2. ThingSpeak uzraudzība:

Vispirms atveriet savu Thingspeak Chanel.

Pēc tam dodieties uz cilni “Privāts skats” vai “Publiskais skats”, lai skatītu datu diagrammas.

Paldies, ka izlasījāt manu pamācību.

Ja jums patīk mans projekts, neaizmirstiet to kopīgot.

Pirmā balva mikrokontrolleru konkursā 2017