Trạm thời tiết năng lượng mặt trời: 5 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Bạn đã bao giờ muốn có thông tin thời tiết theo thời gian thực từ sân sau của mình chưa? Bây giờ bạn có thể mua một trạm đo thời tiết trong cửa hàng nhưng chúng thường yêu cầu pin hoặc cần kết nối với ổ cắm. Trạm thời tiết này không cần kết nối với lưới điện vì nó có các tấm pin mặt trời quay về phía mặt trời để đạt hiệu quả cao hơn. Với các mô-đun RF, nó có thể truyền dữ liệu từ trạm bên ngoài đến Raspberry Pi bên trong nhà của bạn. Raspberry Pi lưu trữ một trang web mà bạn có thể xem dữ liệu.

Bước 1: Thu thập vật liệu

Vật liệu

• Bộ chuyển đổi Raspberry Pi 3 mẫu B + + + Thẻ Micro SD 16GB
• Arduino Uno
• Đột phá cơ bản về Arduino Pro Mini + FTDI
• 4 tấm pin mặt trời 6V 1W
• 4 pin 18650
• Tăng cường 5v
• 4 bộ sạc pin TP 4056
• Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm Adafruit DHT22
• Cảm biến áp suất khí quyển BMP180
• 4 LDR
• Máy thu và phát RF 433
• 2 Nema 17 Động cơ bước
• 2 trình điều khiển động cơ bước DRV8825
• LCD 128 * 64
• Rất nhiều dây

Công cụ và vật liệu

• Keo dính
• Ván gỗ
• Nhìn thấy
• Vít + tua vít
• Duck Tape
• 2 dải nhôm

Bước 2: Thiết kế cơ khí

Thân của trạm thời tiết được làm bằng ván ép. Bạn không nhất thiết phải sử dụng gỗ, bạn có thể làm nó từ bất kỳ vật liệu nào bạn thích. Đối với giá gắn động cơ, tôi đã khoan toàn bộ một khối gỗ và sau đó vặn một con vít phẳng vào trục của động cơ, điều này hoạt động tốt hơn tôi mong đợi. Bằng cách đó, bạn không cần phải in 3d gắn động cơ và nó rất dễ chế tạo. Sau đó, tôi uốn cong 2 dải nhôm để giữ các động cơ thật chặt. Sau đó, tôi cắt một tấm ván và khoan lỗ trên đó cho các tấm pin mặt trời. Sau đó, dán các tấm pin mặt trời lên đó và hàn dây trên các tấm pin mặt trời. Sau đó, bạn cũng sẽ cần tạo một dấu gạch chéo từ vật liệu màu đen. Nếu bạn không có bất cứ thứ gì màu đen, bạn có thể sử dụng băng dính đen. Chữ thập này sẽ giữ một LDR ở mỗi góc để Arduino có thể so sánh các phép đo từ LDR và tính toán hướng nó cần quay. Vì vậy, hãy khoan những lỗ nhỏ ở mỗi góc để bạn có thể lắp một LDR vào đó. Tất cả những gì còn lại cần làm bây giờ là làm một tấm đế và một cái gì đó để đặt các thiết bị điện tử vào. Đối với tấm đế, bạn sẽ cần phải khoan toàn bộ trong đó để định tuyến tất cả các máng dây. Đối với các phép đo, tôi sẽ không cung cấp cho bạn bất kỳ vì nó thực sự phụ thuộc vào bạn như thế nào bạn muốn thiết kế này. Nếu bạn có động cơ khác hoặc các tấm pin mặt trời khác thì bạn sẽ phải tự mình tính toán các phép đo.

Bước 3: Thiết kế điện

Quyền lực

Toàn bộ hệ thống chạy bằng pin (ngoại trừ Raspberry Pi). Tôi đặt 3 cục pin mắc nối tiếp. 1 Pin trung bình là 3,7V, vì vậy 3 trong loạt cung cấp cho bạn khoảng 11V. Bộ pin 3s này được sử dụng cho động cơ và máy phát RF. Pin còn lại được sử dụng để cấp nguồn cho Arduino Pro Mini và các cảm biến. Để sạc pin, tôi đã sử dụng 4 mô-đun TP4056. Mỗi pin có 1 mô-đun TP4056, mỗi mô-đun được kết nối với một tấm pin năng lượng mặt trời. Vì mô-đun có B (vào) và B (ra), tôi có thể sạc chúng riêng biệt và xả chúng theo chuỗi. Đảm bảo bạn mua đúng mô-đun TP4056 vì không phải tất cả các mô-đun đều có B (vào) và B (ra).

Conrtol

Arduino Pro Mini điều khiển các cảm biến và động cơ. Chân thô và chân nối đất của Arduino được kết nối với bộ tăng áp 5V. Bộ tăng áp 5V được kết nối với một pin duy nhất. Arduino Pro Mini có mức tiêu thụ điện năng rất thấp.

Các thành phần

DHT22: Tôi đã kết nối cảm biến này với VCC và Ground, sau đó tôi kết nối chân dữ liệu với chân số 10.

BMP180: Tôi đã kết nối cảm biến này với VCC và Ground, tôi đã kết nối SCL với SCL trên Arduino và SDA với SDA trên Arduino. Hãy cẩn thận vì các chân SCL và SDA trên Arduino Pro Mini nằm ở giữa bảng, vì vậy nếu bạn đã hàn các chân vào bảng và đặt nó vào bảng mạch, nó sẽ không hoạt động vì bạn sẽ bị nhiễu từ các chân khác. Tôi hàn 2 chân đó trên đầu bảng và kết nối dây trực tiếp với nó.

Máy phát RF: Tôi đã kết nối bộ này với bộ pin 3s để có tín hiệu tốt hơn và phạm vi xa hơn. Tôi đã thử kết nối nó với 5V từ Arduino nhưng sau đó tín hiệu RF siêu yếu. Sau đó, tôi kết nối chân dữ liệu với chân số 12.

LDR: Tôi đã kết nối 4 LDR's với các chân analog A0, A1, A2, A3. Tôi đã đặt LDR cùng với một điện trở 1K.

Động cơ: Động cơ được điều khiển bởi 2 mô-đun điều khiển DRV8825. Chúng rất tiện dụng vì chúng chỉ lấy 2 dòng đầu vào (hướng và bước) và có thể tạo ra tới 2A mỗi pha cho động cơ. Tôi đã kết nối chúng với các chân kỹ thuật số 2, 3 và 8, 9.

LCD: Tôi đã kết nối màn hình LCD với Raspberry Pi để hiển thị địa chỉ IP của nó. Tôi đã sử dụng một tông đơ để điều chỉnh ánh sáng ngược.

Bộ thu RF: Tôi đã kết nối bộ thu với Arduino Uno trên nguồn 5V và mặt đất. Máy thu không được quá 5V. Sau đó, tôi đã kết nối chân dữ liệu với chân số 11. Nếu bạn có thể tìm thấy thư viện cho các mô-đun RF này hoạt động trên Raspberry Pi, thì bạn không cần sử dụng Arduino Uno.

Raspberry Pi: Raspberry Pi được kết nối với máng Arduino Uno bằng cáp USB. Arduino chuyển tín hiệu RF đến Raspberry Pi thông qua kết nối nối tiếp.

Bước 4: Hãy bắt đầu mã hóa

Để viết mã Arduino Pro Mini, bạn sẽ cần lập trình FTDI. Vì Pro Mini không có cổng USB (để tiết kiệm điện), bạn sẽ cần bảng đột phá đó. Tôi đã lập trình mã trong Arduino IDE, tôi nghĩ đây là cách dễ nhất để làm điều đó. Tải lên mã từ tệp và nó sẽ tốt.

Để viết mã Arduino Uno, tôi đã kết nối nó với máy tính của mình qua cáp USB. Sau khi tải mã lên, tôi đã kết nối nó với Raspberry Pi. Tôi cũng có thể thay đổi mã trên Raspberry Pi vì tôi đã cài đặt Arduino IDE và vì vậy tôi có thể lập trình nó từ đó. Mã này rất đơn giản, nó lấy đầu vào từ bộ thu và gửi nó qua cổng nối tiếp tới Raspberry Pi.

Để viết mã Raspberry Pi, tôi đã cài đặt Raspbian. Sau đó, tôi đã sử dụng Putty để kết nối với nó thông qua kết nối SSH. Sau đó, tôi định cấu hình Raspberry để tôi có thể kết nối với nó qua VNC và do đó có GUI. Tôi đã cài đặt một máy chủ web Apache và bắt đầu viết mã phụ trợ và giao diện người dùng cho dự án này. Bạn có thể tìm thấy mã trên github:

Bước 5: Cơ sở dữ liệu

Để lưu trữ dữ liệu, tôi sử dụng cơ sở dữ liệu SQL. Tôi đã tạo cơ sở dữ liệu trong MySQL Workbench. Cơ sở dữ liệu lưu trữ các bài đọc cảm biến và dữ liệu cảm biến. Tôi có 3 bảng, một bảng để lưu trữ các giá trị cảm biến bằng dấu thời gian, bảng còn lại để lưu trữ thông tin về các cảm biến và bảng cuối cùng để lưu trữ thông tin về người dùng. Tôi không sử dụng bảng Người dùng vì tôi đã không viết mã phần đó của dự án vì nó không có trong MVP của tôi. Tải xuống tệp SQL và thực thi nó và cơ sở dữ liệu sẽ hoạt động tốt.