Päikeseenergial töötav WiFi ilmajaam V1.0: 19 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Selles juhendis näitan teile, kuidas ehitada päikeseenergial töötav WiFi ilmajaam Wemos -plaadiga. Wemos D1 Mini Pro on väikese vormiteguriga ja lai valik plug-and-play kilpe teeb sellest ideaalse lahenduse ESP8266 SoC programmeerimise kiireks alustamiseks. See on odav viis asjade Interneti (IoT) loomiseks ja ühildub Arduinoga.

Võite vaadata ka minu uut versiooni- 3.0 ilmajaama.

Võite vaadata ka minu uut versiooni-2.0 ilmajaama.

V2.0 PCB saate osta saidilt PCBWay.

Kõik minu projektid leiate aadressilt

Uuel ilmajaamal on järgmised funktsioonid:

1. Ilmajaam saab mõõta: temperatuuri, niiskust, õhurõhku, kõrgust

2. Saate jälgida ülaltoodud ilmaparameetreid oma nutitelefonist või veebist (ThingSpeak.com)

3. Kogu vooluring koos toiteallikaga pannakse 3D -prinditud korpuse sisse.

4. Seadme ulatust suurendatakse 3dBi välise antenni abil. See on umbes 100 meetrit.

Samm: vajalikud osad ja tööriistad

1. Wemos D1 Mini Pro (Amazon / Banggood)

2. TP 4056 laadimislaud (Amazon / Aliexpress)

3. Diood (Aliexpress)

4. BME 280 andur (Aliexpress)

5. Päikesepaneel (Banggood)

6. Perforeeritud plaat (Banggood)

7. Kruviklemmid (Banggood)

8. PCB väljalülitused (Banggood)

9. Li -ioon aku (Banggood)

10. AA patareihoidja (Amazon)

11. 22 AWG traat (Amazon / Banggood)

12. Superliim (Amazon)

13. Kanaliteip (Amazon)

14. 3D -printimisfilament -PLA (GearBest)

Kasutatud tööriistad:

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

2. jootekolb (Amazon)

3. Liimipüstol (Amazon)

4. Traadi lõikur / eemaldaja (Amazon)

Samm: toiteallikas

Minu plaan on paigutada ilmajaam kaugemasse kohta (minu talumaja). Ilmajaama pidevaks käitamiseks peab olema pidev toide, muidu süsteem ei tööta. Parim viis vooluahela pidevaks toiteks on aku kasutamine. Kuid mõne päeva pärast saab aku mahl tühjaks ja sinna minna ja seda laadida on tõesti raske töö. Niisiis tehti ettepanek päikeseenergia laadimisahela kohta, et kasutajad saaksid päikesest energiat akude laadimiseks ja Wemose tahvli toiteks. Väiksema suuruse tõttu olen kasutanud 18450 aku asemel 14450 liitium-ioonakut. Suurus on sama mis AA patareidel.

Akut laetakse päikesepaneelilt TP4056 laadimismooduli kaudu. TP4056 moodul on varustatud aku kaitsekiibiga või ilma kaitsekiibita. Soovitan osta moodul, millel on kaasas aku kaitse kiip.

Teave TP4056 akulaadija kohta

TP4056 moodul sobib suurepäraselt üheelemendiliste 3,7 V 1 Ah või kõrgemate LiPo elementide laadimiseks. See moodul põhineb TP4056 laadija IC -l ja aku DW01 aku kaitsel. See moodul pakub 1000 mA laadimisvoolu ja katkestab laadimise lõppedes. Lisaks, kui aku pinge langeb alla 2,4 V, katkestab kaitse -IC koormuse, et kaitsta elementi pinge eest. Samuti kaitseb see ülepinge ja vastupidise polaarsusega ühenduse eest.

3. samm: ilmaandmete mõõtmine

Varasematel päevadel mõõdeti ilmastiku parameetreid nagu ümbritsev temperatuur, niiskus ja õhurõhk eraldi analoogseadmetega: termomeeter, hügromeeter ja baromeeter. Kuid tänapäeval on turg üle ujutatud odavate ja tõhusate digitaalsete anduritega, mida saab kasutada erinevate keskkonnaparameetrite mõõtmiseks. Parimad näited on andurid nagu DHT11, DHT 22, BMP180, BMP280 jne.

Selles projektis kasutame BMP 280 andurit.

BMP 280:

BMP280 on keerukas andur, mis mõõdab väga täpselt baromeetrilist rõhku ja temperatuuri mõistliku täpsusega. BME280 on Boschi järgmise põlvkonna andurid ja see on uuendatud mudelile BMP085/BMP180/BMP183 - madala kõrgusega 0,25 m müra ja sama kiire muundamisajaga.

Selle anduri eeliseks on see, et see võib mikrokontrolleriga suhtlemiseks kasutada kas I2C või SPI. Lihtsa juhtmestiku jaoks soovitan osta I2C versiooniplaadi.

Samm: välise antenni (3dBi) kasutamine

Wemos D1 mini Pro plaadil on sisseehitatud keraamiline antenn koos välise antenni ühendamisega, et parandada leviala. Enne välise antenni kasutamist peate antennisignaali ümber suunama sisseehitatud keraamilisest antennist välispessa. Seda saab teha väikese pinnakinnituse (0603) null -oomi takisti (mõnikord nimetatakse lingiks) pööramisega.

Saate vaadata seda Alex Eamesi tehtud videot null -oomi takisti pööramiseks.

Seejärel klõpsake antenni SMA -pistik Wemos Pro miniantenni pesasse.

Samm: jootke päised

Wemos moodulid on varustatud erinevate päistega, kuid peate selle vastavalt vajadusele jootma.

Selle projekti jaoks

1. Jootke kaks isast päist Wemos D1 pro miniplaadile.

2. Jootke 4 -kontaktiline isane päis BMP 280 mooduli külge.

Pärast päiste jootmist näeb moodul välja nagu ülaltoodud pildil.

6. toiming: päiste ja terminalide lisamine

Järgmine samm on päiste jootmine perforeeritud plaadile.

1. Kõigepealt asetage Wemose plaat perforeeritud laua kohale ja märkige jalajälg. Seejärel jootke kaks rida naissoost päiseid üle märgitud positsiooni.

2. Seejärel jootke 4 -kontaktilised naissoost päised, nagu pildil näidatud.

3. Jootekruviklemmid aku ühendamiseks.

Samm: laadimisplaadi paigaldamine:

Kleepige väike tükk kahepoolset teipi laadimismooduli tagaküljele ja kleepige see seejärel perforeeritud tahvlile, nagu pildil näidatud. Paigaldamise ajal tuleb plaati joondada nii, et jootmisavad sobiksid perforeeritud plaadi aukudega.

Päikesepaneeli terminali lisamine

Jootke kruviklemm laadimisplaadi mikro -USB -pordi lähedal.

Saate selle terminali jootma ka varasemas etapis.

8. samm: juhtmestiku skeem

Kõigepealt lõikasin väikesed tükid erinevat värvi juhtmeid ja eemaldasin isolatsiooni mõlemast otsast.

Seejärel jootan juhtmed vastavalt skeemile, nagu on näidatud ülaltoodud pildil.

Wemos -> BME 280

3,3 V - -> Vin

GND GND

D1 SCL

D2 SDA

TP4056 Ühendus

Päikesepaneeli terminal -> + ja - mikro -USB -pordi lähedal

Aku klemm -> B+ ja B-

5 V ja GND Wemos -> Out+ ja Out-

Märkus: Päikesepaneeliga ühendatud diood (näidatud skeemil) ei ole vajalik, kuna TP4056 moodulil on sisendisse sisse ehitatud diood.

9. samm: korpuse kujundamine

See oli minu jaoks kõige aeganõudvam samm. Olen kulutanud korpuse kujundamisele umbes 4 tundi. Selle kujundamisel kasutasin Autodesk Fusion 360. Korpusel on kaks osa: põhikorpus ja esikaas

Põhikorpus on põhimõtteliselt konstrueeritud nii, et see sobiks kõigi komponentidega. See võib mahutada järgmisi komponente

1. 50x70mm trükkplaat

2. AA patareihoidik

3. 85,5 x 58,5 x 3 mm päikesepaneel

4. 3dBi väline antenn

Laadige alla.stl -failid Thingiversest

Samm: 3D -printimine

Pärast disaini lõpetamist on aeg korpus 3D -printida. Fusion 360 -s saate klõpsata markil ja lõigata mudelit viilutarkvara abil. Olen mudeli lõikamiseks kasutanud Cura.

Kõigi kehaosade printimiseks kasutasin Anet A8 3D -printerit ja 1,75 mm rohelist PLA -d. Põhikorpuse printimiseks kulus mul umbes 11 tundi ja esikaane printimiseks umbes 4 tundi.

Soovitan soojalt kasutada teist printerit, mis on Creality CR - 10. Nüüd on saadaval ka CR -10 miniversioon. Creality printerid on üks minu lemmik 3D -printeritest.

Kuna olen 3D -projekteerimisel uus, ei olnud minu disain optimistlik. Kuid olen kindel, et selle korpuse saab valmistada vähem materjali kasutades (vähem printimisaega). Püüan hiljem kujundust parandada.

Minu seaded on järgmised:

Prindikiirus: 40 mm/s

Kihi kõrgus: 0,2

Täidetihedus: 15%

Ekstruuderi temperatuur: 195 ° C

Voodi temperatuur: 55 kraadi

Samm: päikesepaneeli ja aku paigaldamine

Jootke 22 AWG punane juhe positiivse klemmiga ja must juhe päikesepaneeli negatiivse klemmiga.

Sisestage kaks juhtmest korpuse põhikorpuse katuse aukudesse.

Kasutage päikesepaneeli kinnitamiseks superliimi ja vajutage seda mõnda aega õigeks sidumiseks.

Tihendage augud seestpoolt kuuma liimiga.

Seejärel sisestage patareipesa korpuse allosas asuvasse pilusse.

Samm: antenni paigaldamine

Keerake SMA pistiku mutrid ja seibid lahti.

Sisestage SMA -pistik korpuses olevatesse aukudesse. Vaadake ülaltoodud pilti.

Seejärel pingutage mutter koos seibidega.

Nüüd paigaldage antenn SMA -pistikuga õigesti joondades.

Samm: trükkplaadi paigaldamine

Paigaldage takistid trükkplaadi 4 nurka.

Kandke superliim korpuse neljale pilule. Vaadake ülaltoodud pilti.

Seejärel joondage eraldusjoon 4 pesaga ja asetage see. jäta mõned kuivama.

Samm: sulgege esikaas

Pärast esikaane printimist ei pruugi see ideaalselt korpuse põhikorpusele sobida. Kui see nii on, lihvige seda külgedelt liivapaberiga.

Lükake esikaas põhikorpuse pesadesse.

Selle kinnitamiseks kasutage altpoolt kleeplinti.

15. samm: programmeerimine

Wemos D1 kasutamiseks koos Arduino raamatukoguga peate kasutama Arduino IDE koos ESP8266 plaaditoega. Kui te pole seda veel teinud, saate hõlpsalt installida ESP8266 juhatuse toe oma Arduino IDE -le, järgides seda Sparkfuni õpetust.

Eelistatud on järgmised seaded:

PU sagedus: 80MHz 160MHz

Välgu suurus: 4M (3M SPIFFS) - 3M Failisüsteemi suurus 4M (1M SPIFFS) - 1M Failisüsteemi suurus

Üleslaadimiskiirus: 921600 bps

Arduino kood rakenduse Blynk jaoks:

Puhkerežiim:

ESP8266 on üsna energiat näljane seade. Kui soovite, et teie projekt lakkaks akust kauem kui paar tundi, on teil kaks võimalust.

1. Hankige tohutu aku

2. Pane Asja nutikalt magama.

Parim valik on teine võimalus. Enne sügava une funktsiooni kasutamist tuleb Wemos D0 tihvt ühendada lähtestusnõelaga.

Krediit: Seda soovitas üks Instructabeli kasutaja "tim Rowledge".

Rohkem energiasäästu võimalust:

Wemos D1 Minil on väike LED, mis süttib, kui plaat on toiteallikas. See tarbib palju energiat. Nii et lihtsalt tõmmake see LED plaadilt tangidega. See vähendab unevoolu oluliselt.

Nüüd saab seade ühe Li-Ion akuga kaua töötada.

#define BLYNK_PRINT Serial // Prindi väljalülitamiseks ja ruumi säästmiseks kommenteerige seda #include #include

#include "Seeed_BME280.h" #include BME280 bme280; // Te peaksite saama Blynk -rakenduses autentimisloa. // Avage projekti sätted (mutriikoon). char auth = "3df5f636c7dc464a457a32e382c4796xx"; // Teie WiFi volikirjad. // Määra avatud võrkude jaoks parool "". char ssid = "SSID"; char pass = "PASS WORD"; void setup () {Serial.begin (9600); Blynk.begin (auth, ssid, pass); Seriaalne algus (9600); if (! bme280.init ()) {Serial.println ("Seadme viga!"); }} void loop () {Blynk.run (); // hankimise ja printimise temperatuur float temp = bme280.getTemperature (); Serial.print ("Temp:"); Serial.print (temp); Serial.println ("C"); // Celsiuse ühik, kuna algne arduino ei toeta erisümboleid Blynk.virtualWrite (0, temp); // virtuaalne pin 0 Blynk.virtualWrite (4, temp); // virtuaalne pin 4 // saada ja printida atmosfäärirõhu andmed float pressure = bme280.getPressure (); // rõhk Pa ujukis p = rõhk/100,0; // rõhk hPa Serial.print ("Rõhk:"); Jadajälg (p); Serial.println ("hPa"); Blynk.virtualWrite (1, p); // virtuaalne pin 1 // saada ja printida kõrguse andmed float altitude = bme280.calcAltitude (surve); Serial.print ("Kõrgus:"); Serial.print (kõrgus); Serial.println ("m"); Blynk.virtualWrite (2, kõrgus); // virtuaalne tihvt 2 // niiskuse andmete hankimine ja printimine float niiskust = bme280.getHumidity (); Serial.print ("Niiskus:"); Serial.print (niiskus); Serial.println ("%"); Blynk.virtualWrite (3, niiskus); // virtuaalne tihvt 3 ESP.deepSleep (5 * 60 * 1000000); // sügava une aeg on määratletud mikrosekundites. }

Samm: installige rakendus Blynk ja kogu

Blynk on rakendus, mis võimaldab täielikku kontrolli Arduino, Rasberry, Intel Edisoni ja palju muu riistvara üle. See ühildub nii Androidi kui ka iPhone'iga. Praegu on rakendus Blynk tasuta saadaval.

Rakenduse saate alla laadida järgmiselt lingilt

1. Androidi jaoks

2. Iphone jaoks

Pärast rakenduse allalaadimist installige see oma nutitelefoni.

Seejärel peate raamatukogu importima oma Arduino IDE -sse.

Laadige raamatukogu alla

Rakenduse esmakordsel käivitamisel peate sisse logima - e -posti aadressi ja parooli sisestamiseks. Uue projekti loomiseks klõpsake ekraani paremas ülanurgas olevat „+”. Pange siis nimi.

Valige sihtriistvara "ESP8266", seejärel klõpsake selle e-posti saatmiseks "E-post"-vajate seda koodis

Samm 17: Tehke armatuurlaud

Armatuurlaud koosneb erinevatest vidinatest. Vidinate lisamiseks toimige järgmiselt.

Armatuurlaua põhiekraanile sisenemiseks klõpsake "Loo".

Seejärel vajutage vidinate kasti saamiseks uuesti nuppu „+”.

Seejärel lohistage 4 gabariiti.

Klõpsake graafikuid, avaneb seadete menüü, nagu ülal näidatud.

Peate muutma nime "Temperatuur", valima virtuaalse pin V1, seejärel muutma vahemikku 0-50. Samamoodi tehke teiste parameetrite puhul.

Lõpuks lohistage graafikut ja korrake sama toimingut nagu mõõturi seadetes. Armatuurlaua viimane pilt on näidatud ülaltoodud pildil.

Värvi saate muuta ka nime paremas servas oleval suhtlusringi ikoonil klõpsates.

18. samm: anduriandmete üleslaadimine ThingSpeaki

Esiteks looge ThingSpeaki konto.

Seejärel looge oma ThingSpeaki kontole uus kanal. Leidke, kuidas uut kanalit luua

Täitke väli 1 temperatuurina, väli 2 niiskusena ja väli 3 rõhuna.

Valige oma ThingSpeaki kontol „Kanal” ja seejärel „Minu kanal”.

Klõpsake oma kanali nimel.

Klõpsake vahekaarti „API -võtmed” ja kopeerige „API -võtme kirjutamine”

Avage kood Solar_Weather_Station_ThingSpeak. Seejärel kirjutage oma SSID ja parool.

Asendage “WRITE API” kopeeritud “Write API Key” -ga.

Nõutav raamatukogu: BME280

Krediit: See kood pole minu kirjutatud. Sain selle pluka poolt YouTube'i videos antud lingilt.

19. samm: lõplik test

Asetage seade päikesevalguse kätte, TP 4056 laadimismooduli punane tuli süttib.

1. Blynk App jälgimine:

Avage projekt Blynk. Kui kõik on korras, märkate, et näidik hakkab elama ja graafik hakkab temperatuuri andmeid joonistama.

2. ThingSpeaki jälgimine:

Esiteks avage oma asjakeele Chanel.

Seejärel minge vahekaardile „Privaatvaade” või „Avalik vaade”, et näha andmete diagramme.

Täname, et lugesite minu juhendit.

Kui teile minu projekt meeldib, ärge unustage seda jagada.

Esimene auhind mikrokontrollerite konkursil 2017