Trạm thời tiết WiFi được cung cấp năng lượng mặt trời V1.0: 19 bước (có hình ảnh)

2025 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2025-01-23 15:15

Trong phần Có thể hướng dẫn này, tôi sẽ chỉ cho bạn cách xây dựng Trạm thời tiết WiFi sử dụng năng lượng mặt trời với bảng Wemos. Wemos D1 Mini Pro có kiểu dáng nhỏ gọn và một loạt các tấm chắn plug-and-play làm cho nó trở thành một giải pháp lý tưởng để nhanh chóng bắt đầu lập trình SoC ESP8266. Đây là một cách rẻ tiền để xây dựng Internet vạn vật (IoT) và tương thích với Arduino.

Bạn cũng có thể xem phiên bản mới của tôi- Trạm thời tiết 3.0.

Bạn cũng có thể xem Trạm thời tiết phiên bản 2.0 mới của tôi.

Bạn có thể mua V2.0 PCB từ PCBWay.

Bạn có thể tìm thấy tất cả các dự án của tôi trên

Trạm Thời tiết mới có các tính năng sau:

1. Trạm thời tiết có thể đo: Nhiệt độ, Độ ẩm, Khí áp, Độ cao

2. Bạn có thể theo dõi các thông số thời tiết trên từ điện thoại thông minh của bạn hoặc từ web (ThingSpeak.com)

3. Toàn bộ mạch cùng với nguồn điện được đặt bên trong một vỏ máy in 3D.

4. Phạm vi của thiết bị được nâng cao bằng cách sử dụng ăng-ten bên ngoài 3dBi. Nó là khoảng 100 mét.

Bước 1: Các bộ phận và công cụ cần thiết

1. Wemos D1 Mini Pro (Amazon / Banggood)

2. Bảng sạc TP 4056 (Amazon / Aliexpress)

3. Diode (Aliexpress)

4. Cảm biến BME 280 (Aliexpress)

5. Bảng điều khiển năng lượng mặt trời (Banggood)

6. Bảng đục lỗ (Banggood)

7. Thiết bị đầu cuối vít (Banggood)

8. PCB standoffs (Banggood)

9. Pin Li Ion (Banggood)

10. Giá đỡ pin AA (Amazon)

11. Dây 22 AWG (Amazon / Banggood)

12. Keo siêu dính (Amazon)

13. Duct Tape (Amazon)

14. Dây tóc in 3D -PLA (GearBest)

Công cụ được sử dụng:

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

2. Sắt hàn (Amazon)

3. Súng bắn keo (Amazon)

4. Máy cắt dây / Máy rút dây (Amazon)

Bước 2: Cung cấp điện

Kế hoạch của tôi là triển khai Trạm thời tiết ở một nơi xa (trang trại của tôi). Để chạy Trạm thời tiết liên tục, phải có nguồn điện liên tục nếu không hệ thống sẽ không hoạt động. Cách tốt nhất để cung cấp năng lượng liên tục cho mạch là sử dụng pin. Nhưng sau một số ngày, nước pin sẽ cạn kiệt và việc đến đó và sạc pin là một công việc thực sự khó khăn. Vì vậy, một mạch sạc năng lượng mặt trời đã được đề xuất để người dùng sử dụng năng lượng miễn phí từ mặt trời để sạc pin và cung cấp năng lượng cho bảng Wemos. Tôi đã sử dụng pin 14450 Li-Ion thay vì pin 18650 vì kích thước nhỏ hơn của nó. Kích thước tương tự như pin AA.

Pin được sạc từ bảng điều khiển Năng lượng mặt trời thông qua mô-đun sạc TP4056. Mô-đun TP4056 đi kèm với chip bảo vệ pin hoặc không có chip bảo vệ. Tôi sẽ khuyên bạn nên mua một mô-đun có chip bảo vệ pin đi kèm.

Giới thiệu về Bộ sạc pin TP4056

Mô-đun TP4056 hoàn hảo để sạc các tế bào LiPo 3.7V 1 Ah hoặc pin đơn cao hơn. Dựa trên IC sạc TP4056 và IC bảo vệ pin DW01, mô-đun này sẽ cung cấp dòng sạc 1000 mA sau đó ngắt khi quá trình sạc kết thúc. Hơn nữa, khi điện áp của ắc quy giảm xuống dưới 2.4V, IC bảo vệ sẽ cắt tải để bảo vệ cell khỏi bị thiếu điện áp. Nó cũng bảo vệ chống quá áp và kết nối ngược cực.

Bước 3: Đo dữ liệu thời tiết

Trong những ngày trước đó, các thông số thời tiết như nhiệt độ xung quanh, độ ẩm và áp suất khí quyển được đo bằng các dụng cụ tương tự riêng biệt: nhiệt kế, ẩm kế và khí áp kế. Nhưng ngày nay thị trường tràn ngập các cảm biến kỹ thuật số giá rẻ và hiệu quả có thể được sử dụng để đo nhiều thông số môi trường khác nhau. Ví dụ tốt nhất là các cảm biến như DHT11, DHT 22, BMP180, BMP280, v.v.

Trong dự án này, chúng tôi sẽ sử dụng cảm biến BMP 280.

BMP 280:

BMP280 là một cảm biến tinh vi giúp đo rất chính xác áp suất khí quyển và nhiệt độ với độ chính xác hợp lý. BME280 là thế hệ cảm biến tiếp theo của Bosch và là bản nâng cấp lên BMP085 / BMP180 / BMP183 - với độ ồn thấp 0,25m và cùng thời gian chuyển đổi nhanh.

Ưu điểm của cảm biến này là nó có thể sử dụng I2C hoặc SPI để giao tiếp với vi điều khiển. Để đi dây đơn giản dễ dàng, tôi sẽ đề nghị mua bảng phiên bản I2C.

Bước 4: Sử dụng Ăng-ten ngoài (3dBi)

Bo mạch chủ Wemos D1 mini Pro có một ăng-ten gốm tích hợp cùng với việc cung cấp kết nối ăng-ten bên ngoài để cải thiện phạm vi. Trước khi sử dụng ăng-ten ngoài, bạn phải định tuyến lại tín hiệu ăng-ten từ ăng-ten gốm tích hợp đến ổ cắm bên ngoài. Điều này có thể được thực hiện bằng cách xoay giá đỡ bề mặt nhỏ (0603) điện trở Zero Ohm (đôi khi được gọi là liên kết).

Bạn có thể xem video này do Alex Eames thực hiện để xoay điện trở zero ohm.

Sau đó gắn đầu nối SMA ăng-ten vào khe cắm ăng-ten mini của Wemos Pro.

Bước 5: Hàn các tiêu đề

Các mô-đun Wemos đi kèm với nhiều loại tiêu đề nhưng bạn phải hàn nó theo yêu cầu của mình.

Đối với dự án này, 1. Hàn hai đầu đực vào bo mạch mini Wemos D1 pro.

2. Hàn đầu cắm đực 4 chân vào mô-đun BMP 280.

Sau khi hàn các tiêu đề, mô-đun sẽ trông như trong hình trên.

Bước 6: Thêm tiêu đề và thiết bị đầu cuối

Bước tiếp theo là hàn các tiêu đề vào bảng đục lỗ.

1. Đầu tiên, đặt bảng Wemos lên trên bảng đục lỗ và đánh dấu dấu chân. Sau đó hàn hai hàng tiêu đề nữ lên vị trí đã đánh dấu.

2. Sau đó hàn một đầu 4 pin cái như trong hình.

3. Các đầu nối vít hàn để kết nối pin.

Bước 7: Gắn Bảng sạc:

Dán một miếng băng dính hai mặt nhỏ vào mặt sau của mô-đun sạc rồi dán lên bảng đục lỗ như trong hình. Trong quá trình lắp, cần chú ý căn chỉnh bảng sao cho các lỗ hàn khớp với các lỗ trên bảng đã đục lỗ.

Thêm thiết bị đầu cuối cho Bảng điều khiển năng lượng mặt trời

Hàn một đầu cuối vít ngay gần cổng micro USB của bảng sạc.

Bạn cũng có thể hàn thiết bị đầu cuối này trong bước trước đó.

Bước 8: Sơ đồ đấu dây

Đầu tiên, tôi cắt những đoạn dây nhỏ có màu sắc khác nhau và loại bỏ lớp cách điện ở cả hai đầu.

Sau đó, tôi hàn các dây theo sơ đồ Schematic như trong hình trên.

Wemos -> BME 280

3,3 V - -> Vin

GND GND

D1 SCL

D2 SDA

Kết nối TP4056

Thiết bị đầu cuối Bảng điều khiển năng lượng mặt trời -> + và - gần cổng micro USB

Đầu nối pin -> B + và B-

5V và GND của Wemos -> Out + và Out-

Lưu ý: Không cần diode kết nối với bảng điều khiển năng lượng mặt trời (hiển thị trong sơ đồ) vì mô-đun TP4056 có diode tích hợp ở đầu vào.

Bước 9: Thiết kế vỏ bọc

Đây là bước mất thời gian nhất đối với tôi. Tôi đã dành khoảng 4 giờ để thiết kế vỏ máy. Tôi đã sử dụng Autodesk Fusion 360 để thiết kế nó. Vỏ bao gồm hai phần: Thân chính và Nắp trước

Phần thân chính được thiết kế cơ bản để phù hợp với tất cả các thành phần. Nó có thể chứa các thành phần sau

1. Bảng mạch 50x70mm

2. Giá đỡ pin AA

3. Bảng điều khiển năng lượng mặt trời 85,5 x 58,5 x 3 mm

4. Ăng-ten bên ngoài 3dBi

Tải xuống các tệp.stl từ Thingiverse

Bước 10: In 3D

Sau khi hoàn thành thiết kế, đó là thời gian để in 3D bao vây. Trong Fusion 360, bạn có thể nhấp vào tạo và cắt mô hình bằng cách sử dụng phần mềm máy cắt. Tôi đã sử dụng Cura để cắt mô hình.

Tôi đã sử dụng máy in 3D Anet A8 và PLA xanh 1,75 mm để in tất cả các bộ phận của cơ thể. Tôi mất khoảng 11 giờ để in phần thân chính và khoảng 4 giờ để in bìa trước.

Tôi thực sự khuyên bạn nên sử dụng một máy in khác cho bạn đó là Creality CR - 10. Hiện tại, phiên bản nhỏ của CR-10 cũng đã có sẵn. Máy in Creality là một trong những Máy in 3D yêu thích của tôi.

Vì tôi mới làm quen với thiết kế 3D nên thiết kế của tôi không được lạc quan. Nhưng tôi chắc chắn, vỏ bọc này có thể được làm bằng cách sử dụng vật liệu ít hơn (thời gian in ít hơn). Tôi sẽ cố gắng cải thiện thiết kế sau này.

Cài đặt của tôi là:

Tốc độ in: 40 mm / s

Chiều cao lớp: 0,2

Mật độ lấp đầy: 15%

Nhiệt độ máy đùn: 195 độ C

Nhiệt độ giường: 55 độ C

Bước 11: Lắp đặt Bảng điều khiển năng lượng mặt trời và Pin

Hàn dây màu đỏ 22 AWG vào đầu cực dương và dây màu đen vào đầu cực âm của bảng điều khiển Năng lượng mặt trời.

Chèn hai dây vào các lỗ trên nóc của thân vỏ chính.

Sử dụng keo siêu dính để cố định Bảng điều khiển năng lượng mặt trời và ấn nó một thời gian để kết dính thích hợp.

Bịt các lỗ từ bên trong bằng cách sử dụng keo nóng.

Sau đó, lắp ngăn chứa pin vào khe ở dưới cùng của hộp.

Bước 12: Cài đặt Antenna

Tháo các đai ốc và vòng đệm trong đầu nối SMA.

Chèn đầu nối SMA vào các lỗ được cung cấp trong vỏ. Xem hình ảnh trên.

Sau đó siết chặt đai ốc cùng với vòng đệm.

Bây giờ hãy lắp đặt ăng-ten bằng cách căn chỉnh đúng với đầu nối SMA.

Bước 13: Lắp đặt bảng mạch

Gắn chân đế ở 4 góc của bảng mạch.

Bôi keo siêu dính ở 4 khe của thùng loa. Tham khảo hình trên.

Sau đó, căn chỉnh giá đỡ với 4 khe cắm và đặt nó. để lại một ít để làm khô nó.

Bước 14: Đóng nắp trước

Sau khi in nắp trước, nó có thể không hoàn toàn vừa khít với thân vỏ chính, nếu đúng như vậy, bạn chỉ cần dùng giấy nhám chà nhám ở các cạnh.

Trượt nắp trước vào các khe trên thân máy chính.

Để giữ chặt nó, hãy sử dụng băng keo ở dưới cùng.

Bước 15: Lập trình

Để sử dụng Wemos D1 với thư viện Arduino, bạn sẽ phải sử dụng Arduino IDE với hỗ trợ bảng ESP8266. Nếu bạn chưa làm điều đó, bạn có thể dễ dàng cài đặt hỗ trợ Board ESP8266 cho Arduino IDE của mình bằng cách làm theo hướng dẫn này của Sparkfun.

Các cài đặt sau được ưu tiên:

Tần số PU: 80MHz 160MHz

Kích thước Flash: 4M (3M SPIFFS) - Kích thước hệ thống tập tin 3M 4M (1M SPIFFS) - Kích thước hệ thống tập tin 1M

Tốc độ tải lên: 921600 bps

Mã Arduino cho Ứng dụng Blynk:

Chế độ ngủ:

ESP8266 là một thiết bị khá ngốn điện. Nếu bạn muốn dự án của mình hết pin trong hơn vài giờ, bạn có hai lựa chọn:

1. Nhận pin khủng

2. Khéo léo đưa Điều vào giấc ngủ.

Lựa chọn tốt nhất là lựa chọn thứ hai. Trước khi sử dụng tính năng ngủ sâu, chân Wemos D0 phải được kết nối với chân Đặt lại.

Tín dụng: Điều này được đề xuất bởi một trong những người dùng có thể tham gia được "tim Rowledge".

Thêm tùy chọn tiết kiệm điện:

Wemos D1 Mini có một đèn LED nhỏ sáng khi bo mạch được cấp nguồn. Nó tiêu tốn rất nhiều điện năng. Vì vậy, chỉ cần kéo đèn LED đó ra khỏi bảng bằng một cặp kìm. Nó sẽ làm giảm đáng kể dòng điện ngủ.

Giờ đây, thiết bị có thể chạy trong thời gian dài với một pin Li-Ion duy nhất.

#define BLYNK_PRINT Serial // Nhận xét phần này để tắt tính năng in và tiết kiệm dung lượng # include #include

#include "Seeed_BME280.h" #include BME280 bme280; // Bạn sẽ nhận được Mã xác thực trong Ứng dụng Blynk. // Đi tới Cài đặt dự án (biểu tượng hạt). char auth = "3df5f636c7dc464a457a32e382c4796xx"; // Thông tin đăng nhập WiFi của bạn. // Đặt mật khẩu thành "" cho các mạng mở. char ssid = "SSID"; char pass = "PASS WORD"; void setup () {Serial.begin (9600); Blynk.begin (auth, ssid, pass); Serial.begin (9600); if (! bme280.init ()) {Serial.println ("Lỗi thiết bị!"); }} void loop () {Blynk.run (); // lấy và in nhiệt độ float temp = bme280.getTempeosystem (); Serial.print ("Nhiệt độ:"); Serial.print (tạm thời); Serial.println ("C"); // Đơn vị cho độ C vì arduino gốc không hỗ trợ các ký hiệu đặc biệt Blynk.virtualWrite (0, temp); // chân ảo 0 Blynk.virtualWrite (4, temp); // chân ảo 4 // lấy và in dữ liệu áp suất khí quyển float pressure = bme280.getPressure (); // áp suất trong Pa float p = áp suất / 100.0; // áp suất trong hPa Serial.print ("Áp suất:"); Serial.print (p); Serial.println ("hPa"); Blynk.virtualWrite (1, p); // chân ảo 1 // lấy và in dữ liệu độ cao float height = bme280.calcAltitude (áp suất); Serial.print ("Cao độ:"); Serial.print (độ cao); Serial.println ("m"); Blynk.virtualWrite (2, độ cao); // chân ảo 2 // lấy và in dữ liệu độ ẩm float precision = bme280.getHumidity (); Serial.print ("Độ ẩm:"); Serial.print (độ ẩm); Serial.println ("%"); Blynk.virtualWrite (3, độ ẩm); // chân ảo 3 ESP.deepSleep (5 * 60 * 1000000); // thời gian deepSleep được xác định bằng micro giây. }

Bước 16: Cài đặt ứng dụng và thư viện Blynk

Blynk là một ứng dụng cho phép toàn quyền kiểm soát Arduino, Rasberry, Intel Edison và nhiều phần cứng khác. Nó tương thích với cả Android và iPhone. Ngay bây giờ ứng dụng Blynk được cung cấp miễn phí.

Bạn có thể tải xuống ứng dụng từ liên kết sau

1. Đối với Android

2. Đối với Iphone

Sau khi tải xuống ứng dụng, hãy cài đặt nó trên điện thoại thông minh của bạn.

Sau đó, bạn phải nhập thư viện vào IDE Arduino của mình.

Tải xuống Thư viện

Khi bạn chạy ứng dụng lần đầu tiên, bạn cần đăng nhập - để nhập địa chỉ email và mật khẩu. Nhấp vào dấu “+” ở trên cùng bên phải của màn hình để tạo một dự án mới. Sau đó đặt tên cho nó.

Chọn phần cứng đích "ESP8266" Sau đó nhấp vào "E-mail" để gửi mã xác thực đó cho chính bạn - bạn sẽ cần nó trong mã

Bước 17: Tạo Bảng điều khiển

Trang tổng quan bao gồm các tiện ích con khác nhau. Để thêm tiện ích, hãy làm theo các bước dưới đây:

Nhấp vào “Tạo” để vào màn hình Trang tổng quan chính.

Tiếp theo, nhấn “+” một lần nữa để nhận “Hộp tiện ích”

Sau đó kéo 4 Đồng hồ đo.

Nhấp vào biểu đồ, nó sẽ bật ra menu cài đặt như hình trên.

Bạn phải thay đổi tên "Nhiệt độ", Chọn Chân ảo V1, sau đó thay đổi phạm vi từ 0 -50. Tương tự, làm cho các thông số khác.

Cuối cùng, kéo một biểu đồ và lặp lại quy trình tương tự như trong cài đặt máy đo. Hình ảnh bảng điều khiển cuối cùng được hiển thị trong hình trên.

Bạn cũng có thể thay đổi màu bằng cách nhấp vào biểu tượng vòng tròn ở phía bên phải của Tên.

Bước 18: Tải dữ liệu cảm biến lên ThingSpeak

Đầu tiên, hãy tạo một tài khoản trên ThingSpeak.

Sau đó, tạo một Kênh mới trên tài khoản ThingSpeak của bạn.

Điền Trường 1 là Nhiệt độ, Trường 2 là Độ ẩm và Trường 3 là áp suất.

Trong tài khoản ThingSpeak của bạn, hãy chọn “Kênh” và sau đó chọn “Kênh của tôi”.

Nhấp vào tên kênh của bạn.

Nhấp vào tab "Khóa API" và sao chép "Viết khóa API"

Mở mã Solar_Weather_Station_ThingSpeak. Sau đó viết SSID và Mật khẩu của bạn.

Thay thế “WRITE API” bằng “Write API Key” đã sao chép.

Thư viện yêu cầu: BME280

Tín dụng: Mã này không phải do tôi viết. Tôi lấy nó từ liên kết được đưa ra trong một video YouTube của plukas.

Bước 19: Kiểm tra cuối cùng

Đặt thiết bị dưới ánh sáng mặt trời, đèn led màu đỏ trên mô-đun bộ sạc TP 4056 sẽ sáng.

1. Giám sát ứng dụng Blynk:

Mở dự án Blynk. Nếu mọi thứ đều ổn, bạn sẽ nhận thấy máy đo sẽ hoạt động và biểu đồ bắt đầu vẽ dữ liệu nhiệt độ.

2. Giám sát ThingSpeak:

Đầu tiên, mở Thingspeak Chanel của bạn.

Sau đó, chuyển đến tab “Chế độ xem riêng tư” hoặc tab “Chế độ xem công khai” để xem Biểu đồ dữ liệu.

Cảm ơn vì đã đọc Có thể hướng dẫn của tôi.

Nếu bạn thích dự án của tôi, đừng quên chia sẻ nó.

Giải nhất cuộc thi Vi điều khiển 2017