Vaarika Pi looduses! Pikendatud ajavahemik akutoitega: 10 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Motivatsioon: Tahtsin kasutada patareitoitega Raspberry Pi kaamerat, et teha kord päevas õues fotosid, et luua pikaajalisi intervallvideoid. Minu konkreetne rakendus on registreerida maapinna katte taimede kasvu eeloleval kevadel ja suvel.

Väljakutse: disainige väikese vooluga Raspberry Pi toitejuhtimine, et tagada aku pikk kasutusiga.

Minu lahendus: ma kasutan häkitud äratuskella, Attiny85 vooluringi ja Pimoroni OnOff -kettaga, et täielikult katkestada Raspberry Pi toide, kui seda ei kasutata. Kuigi Attiny85 ja äratuskell töötavad ooterežiimis, on voolutugevus vaid 5 mikroAmprit. Kaks AAA patareid toidavad nii Attiny kui ka äratuskella, USB toitepank aga Pi.

Põhitoiming: kui äratuskell kustub, äratab see magava Attiny vooluahela, mis annab seejärel märku Pimoroni OnOff shim'ist, et see toidaks USB toitepangalt Raspberry Pi -le. Pi käivitab käivitamise käivitamise skripti (pildista). Pärast piisava aja möödumist (minu rakenduses 60 sekundit) annab Attiny vooluring uuesti signaali Pimoroni OnOff shimile ja seejärel lülitub Attiny unerežiimi. Attiny signaali põhjal täidab Pimoroni OnOff Shim käsku Pi sulgemine ja pärast Pi väljalülitusprotsessi lõppu katkestab toite USB -toitepangalt Raspberry Pi -le.

Samm: osad ja tööriistad

Osad:

Raspberry Pi Zero või Raspberry Pi Zero W (tõmbab rohkem energiat)

Vaarika PI kaamera moodul

Raspberry Pi Zero ümbris

Pimoroni ONOFF SHIM RASP PI POWER SWITCH, Digikey

OPTOISOLAATOR Digikey

Patareitoitega digitaalse äratuskella sihtmärk

ATtiny85 8 DIP Digikey

(2) CAP ALUM 100UF Digikey

DS3231 RTC moodul AliExpress

(2) 68 oomi takisti

Lühike (umbes 6 tolli) mikro -USB -kaabel

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

Kmashi 11200 mAh USB toitepank # k-mp806 või sarnane

Kahekordne kleeplint

Väike isekeermestav kruvi

(2) 1 X 8 kontaktiga virnastamispäised - tavaliselt müüdavad Arduino UNO virnastamispäised AliExpress

Perf või ribaplaat umbes 1 1/4 "2"

5 1/2 x 5/12 3/4 paksune mänd või vineer

1 1/4 PVC toru, umbes 15 tolli pikk

1 1/4 PVC haakeseade

(2) lühikesed umbes 10 -tollised benji -nöörid

(4) 1/4 tolli puidust tüüblite tihvtid, pikkusega umbes 1 tolli

UltraDeck Natural Post Sleeve Cap Menards

Tööriistad:

Traadilõikurid ja jootekolb

Arduino UNO või muul viisil ATtiny85 programmeerimiseks

Ühendage traat ja džemprid

Klaviatuur, hiir, HDMI -monitor, USB -port ja Etherneti jaotur, OTG -kaabel

Multimeeter

Samm: installige Raspberry Pi OS, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC ja Pi kaameramoodul

Pi Zero seadistamine. Valmistage SD -kaart Raspberry Pi jaoks ette teie soovitud levitamisega. Esialgse seadistamise ajal lubage kindlasti I2C liides, kaamera ja alglaadimine CLI -le automaatse sisselogimisega, määrake õige kohalik aeg ja muutke oma parool. Samuti soovitan seadistada staatilise IP -aadressi, et asju lihtsamaks muuta. Jootma mees päis Pi Zero. Võite kasutada kas tavalist 2 x 20 päist või lühemat 2 x 6 päist, kuna kõik 40 tihvti pole selle projekti jaoks vajalikud - vaid esimesed 12 tihvti.

Kaamera installimine. Kinnitage Pi Zero oma korpusesse ja kasutage kaasasolevat lühikest lintkaablit, ühendage kaameramoodul Pi Zeroga, suunates kaabli väljundkorpuse otsa. Paigaldage GPIO piluga ülemine kaas ja kinnitage kaamera kahekordse kleeplindiga kaane külge (vt fotot).

Valmistage ette Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC. Kuigi Pimoroni OnOff Shimiga on kaasas 2 x 6 naissoost päis, kasutasin selle asemel kahte 1 x 6 naissoost "virnastamispäist, mida tavaliselt müüakse Arduino UNO -de jaoks, peavad päise tihvtid olema Raspberry Pi tihvtide kohtades 1, 3, Pimoroni OnOff Shim kohal. 5, 7, 9, teised tihvtid saab lõigata standardse tihvtipikkuseni. Lükake DS3231 RTC pikendatud tihvtidele, nagu fotol näidatud, ja seejärel lükake Pimoroni OnOff Shim & DS3231 RTC alamkomplekt Raspberry Pi päisepistikutele nagu näidatud.

Installige Pimoroni OnOff Shim tarkvara koos:

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

Shimi paigaldamise kohta lisateabe saamiseks vaadake siin

Installige DS3231 RTC tarkvara nende juhiste järgi

Esialgsed testid - kaamera, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC

Ühendage kohalik klaviatuur ja monitor Pi Zeroga. Veenduge, et teil on võrguühendus (Etherneti kaabel või Wifi). Ühendage USB toitekaabel Pimoroni OnOff Shim.

a. Vajutage Pimoroni OnOff Shim vajutusnuppu 3 sekundit ja seejärel vabastage - see lülitab Pi Zero sisse või välja. Jälgige monitori käivitamist ja väljalülitamist. Teie Pi Zero -l on nüüd täiustatud tehnoloogia uuendus - sisse/välja lüliti!

b. Seadke DS3231 aeg ja veenduge, et see loeks õige aja, kasutades järgmist:

sudo hwclock -w

sudo hwclock -r

c. Testige kaamera funktsioone nende juhiste järgi.

Samm: seadistage Raspberry Pi käivitusskript ja testkaamera

Looge uus nullkaamera alamkataloog ja liikuge sellesse

mkdir zerocam

cd nullkaamera

Uue skriptifaili loomiseks kasutage nanoredaktorit

nano foto.sh

Seejärel kopeerige ja kleepige allolev kood nanoredaktorisse. Sulgege nano klahvikombinatsiooniga Ctrl+X, Y ja seejärel Return.

#!/bin/bash

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

Kuna see skript kasutab käsku teisendada, peate installima ImageMagicki Raspberry Pi -sse

sudo apt-get update

sudo apt-get install imagemagick

Muutke fail käivitatavaks

chmod +x foto.sh

Avage /etc/rc.local (selle faili käsud käivitatakse alglaadimisel)

sudo nano /etc/rc.local

Faili allosas, vahetult enne väljumist 0, lisage see uus rida ja sulgege nano klahvidega Ctrl+X, Y ja seejärel Return.

sh /home/pi/zerocam/photo.sh

Kui kohalik monitor on ühendatud, kontrollige, kas see töötab

sudo taaskäivitamine

Pi peaks taaskäivitama ja pildistama. Kataloogis/home/pi/zerocam on uus-j.webp

Samuti proovige Pi sisse- ja väljalülitamist Pimoroni nupuga. Mõõtke ja registreerige Pi alglaadimisaeg. See peaks kestma vähem kui 60 sekundit.

4. samm: häkkimise äratuskell

Jälgige toodangut - Paigaldage äratuskellu kaks AAA patareid ning harjutage seadistamisaega ja äratust vastavalt kaasasolevatele juhistele. Jälgige eelkõige häire helisemist - peaksite nägema, et (1) ekraani väike alarmi sümbol vilgub, (2) helisignaal kostab 1 minut, seejärel kustub ja (3) tagatulede LED süttib 5 sekundit ja seejärel kustub.

Võtke lahti - eemaldage kella poole neli kruvi, et eraldada kaks poolt, seejärel eemaldage veel neli kruvi, et vabastada põhiplaat.

Häkkimine - lõigake trükkplaadi esiküljel olevad LED -juhtmed, nagu näidatud, ja jootke 5 -tollisteks juhtmeteks PCB tagaküljel olevate ülejäänud juhtmete külge (vt joonist).

Lisage akupesa klemmidele kaks lisatraati (punane ja must) ning 100MFD elektrolüütkondensaator, nagu näidatud (jälgige polaarsust).

Pange kell kokku, veendudes, et LED ja uus aku juhivad tagakaane kinnituspilud välja, nagu näidatud.

Uuesti testimine - Paigaldage patareid ja katsetage häirefunktsiooni - nüüd, kui alarm kustub, peaksite nägema, et ekraani väike alarmi sümbol vilgub -, kuid mitte helisignaali ega taustvalgustust. Kui ühendate multimeetri LED -juhtmetega, peaksite häire tuvastamisel umbes 5 sekundi jooksul tuvastama umbes 3 V alalisvoolu.

Samm: ehitage Attiny85 trükkplaat

Viidates fotole ja Attiny85 Schematic.pdf, konstrueerige trükkplaat väikesele perfo- või ribaplaadile. Märkused:

• Kasutage Attiny85 kiibi jaoks kindlasti 8 -kontaktilist DIP -pesa, kuna see tuleb programmeerimiseks eemaldada.
• Enne jootmist veenduge, et Optos on õiges asendis.
• Jumper viib Pimoroni külge. Shimsi BTN -i isast tihvtide kinnitamiseks peaks naissoost päistega olema vähemalt 4 tolli pikk.
• Häireklikiga ühenduste tegemisel jälgige polaarsust

Samm: laadige kood üles Attiny 85 kiibile

Arduino Uno või mõne muu vahendi abil laadige kood (lisatud AttinyPiPowerControl.ino fail) oma Attiny85 kiibile. Märkus - see kood võimaldab PI -l enne väljalülitusprotsessi alustamist 60 sekundit käivitada, teha foto ja jõuda terminali käsureale. Seejärel saate Attiny85 kiibi oma trükkplaadi pesasse paigaldada - kontrollige veel kord suunda.

Märkus. Kui vajate rohkem või vähem Pi käitusaega, muutke lihtsalt seda rida allosas:

viivitus (60000); // las Pi käivitub ja jookseb mõnda aega

Samm 7: juhtmestik ja esialgne test ning fotofailide allalaadimine PI -st

Juhtmestik:

Ühendage USB toitepank Pimoroni ketta mikro -USB -porti. Ühendage lülitusjuhtmed Attiny85 trükkplaadilt Pimoroni klemmiga, veenduge, et must juhe ühenduks Pimoroni ketta välise serva BTN -tihvtiga.

Test:

Paigaldage äratuskellis 2 AAA patareid ja määrake kellaaeg. Soovitan ühendada ka Pi HDMI -pordi kohaliku monitoriga.

Lülitage alarm sisse ja seadke mõne minuti pärast äratus. Kui äratus hakkab tööle, peaksite nägema:

a. Kella äratuse ikoon hakkab vilkuma

b. Umbes 5 sekundi pärast süttib Pimoroni Shim punane LED 5 sekundiks

c. Pi hakkab buutima

d. Umbes 20 sekundi pärast süttib kaamera LED ja tehakse foto. Kui teil on ühendatud kohalik monitor, näete tehtud foto lühikest eelvaadet.

e. Umbes 40 sekundi pärast käivitub Pi täielikult terminali käsureale

f. Pi alustab väljalülitusprotsessi, umbes 20 sekundi pärast vilgub Pimoroni Shim punane LED, mis näitab, et PI on katkenud

Fotofailide allalaadimine PI -st

Ühendan PI oma võrguga OTG -kaabli ja USB -Etherneti -adapteri abil, toites Pi seina tüügast. Seejärel kasutage failide minu arvutisse allalaadimiseks WinSCP -d.

Samm 8: Elektroonika korpuse kokkupanek

Kinnitage Attiny85 trükkplaat äratuskella tagaküljele väikese isekeermestava kruvi abil. Kinnitage PI kellale, kasutades kahekordset kleeplinti, nagu näidatud

Kinnitage kahekordse kleeplindiga kell vasakul küljel kuvari põhja külge

Ühendage USB -toitepank kuvari põhjaga kahekordse kleeplindiga, nagu näidatud.

Asetage ülemine ümbris ekraani põhja kohale, nagu näidatud.

9. samm: ehitage kinnituspank, lõplik kokkupanek ja vabastage PI loodusesse

Alumine tükk: lõigake 5 1/2 X 5 1/2 puutükis mõlemalt küljelt 4 pilu 3/4 "sissepoole, nagu näidatud. Kasutasin 1/4 ruuterit, kuid võite ka puurida ja saagida. keskel tehke auk 1 1/4 PVC haakeseadise jaoks. Ideaalne ava suurus on 1 5/8 ", kuid kuna mul oli ainult 1 3/4" augusaag, kasutasin seda ja ehitasin pardi teibiga siduri OD. sidestus epoksüüdiga.

Keskendage elektroonikakate puitploki kohale ja märkige selle kontuur. Seejärel puurige mõlemal küljel neli 1/4 auku, nagu näidatud. Liimige nendesse aukudesse neli 1 tolli pikkust 1/4 tolli puidust tüüblit - see aitab hoida korpust tsentreeritud.

Ülemine osa: puurige iga suuruse alumise serva lähedale neli 3/16 tolli auku ja sisestage igasse auku 3/4 tolli pikad S-konksud, painutades otsad kinni, nii et need ei kukuks maha. Sisemiste servade kuum liim 4 4 1/2 paksust puidujääki - need aitavad hoida ülemist tükki korpuse kohal keskel.

Lõplik kokkupanek: asetage elektroonikaümbris ülemise ja alumise osa vahele ning kinnitage kahe benji juhtmega, nagu näidatud

Vabastage PI loodusesse: tehke kinnituspost, lõigates teie otstarbele sobiva pikkusega 1 1/4 tolli PVC toru, lõigake üks ots 45 -kraadise nurga all, et oleks lihtsam maasse lüüa. Minu puhul Olen huvitatud taimkatte (Vinea minor) kasvust sel kevadel ja seega on minu PVC -panus vaid 15 tolli pikk. Kontrollige veelkord, kas AAA patareid on värsked, USB toitepank on täielikult laetud ja äratuskell on õigesti seadistatud - seejärel pange pann maasse ja libistage komplekt paigaldusposti kohale - vt fotot.

10. samm: praegused mõõtmised ja kiirendatud aku kasutusiga

Mõõtsin voolu, kasutades Radio Shack RS-232 multimeetrit (22-812) ja kaasasolevat tarkvara Meter View. Mitte metsalise valik, aga see on see, mis mul on.

Voolutugevuse mõõtmine kahest AAA patareist, Attiny85 plaadilt ja äratuskellalt

Multimeetri "seeriaühenduse" jaoks kasutasin näivakusid ja 3 VDC pingi toiteallikat (vt fotot). Vaadake "aktiivse" perioodi jooksul mõõdetud voolu graafikut (algab häirega - lõpeb, kui Attiny85 naaseb unerežiimi). Alarmivaba vool oli konstantne 0,0049 mA. Kokkuvõte -

Aktiivne periood = 78 sekundit

Aktiivse perioodi keskm. Vool = 4,85 mA

Mittehäirevool = 4,9 mikroA (0,0049 mA)

Arvutasin kahest AAA -st (750 mAh/kumbki) keskmise päevase voolutugevuse 0,0093 mA, võttes arvesse unerežiimi ja aktiivseid režiime ning teoreetilist aku kasutusaega> 8 aastat.

PI voolu mõõtmine USB toitepangalt. Multimeetri "seeriaühenduseks" kasutasin modifitseeritud USB -kaablit (vt fotot). Vaadake "aktiivse" perioodi jooksul mõõdetud voolu graafikut (PI käivitamine - PI väljalülitamine). Mitteaktiivsel perioodil katkestab Pimoroni ONOFF-shim täielikult Pi toite, nii et voolutarve on null. Kokkuvõte -

Aktiivne periood = 97 sekundit

Aktiivse perioodi keskm. Vool = 137 mA

Eeldades 11200 mAh võimsuspanka, on aktiivse perioodi tsüklite teoreetiline arv> 3000.

Kiirendatud aku kasutusaeg

Juhtisin ajutiselt PI -d kiireks jalgrattasõiduks programmeeritud Arduino UNO -ga - häirete vaheline aeg oli 2 minutit võrreldes tavalise 24 tunniga.

Test #1: 11200 mAh võimsuspank. Algus kell 22.00 ja peatusin järgmisel päeval kell 13.00. Tulemused: tehtud 413 fotot, kolm neljast laetuse taseme LED -st põlevad testi lõpus.

Test #2: 7200 mAh võimsuspank. Algas kell 19.30 ja peatusin järgmisel päeval kell 16.30. Tulemused: tehtud 573 fotot, 2 neljast laetuse taseme LED -st põleb testi lõpus.

Järeldus: Usun, et ülaltoodud tulemused näitavad, et vähemalt üheaastane operatsioon ühe foto tegemise kohta on tõenäoline.