Raspberry Pi a vadonban! Hosszabb időtartam akkumulátorral: 10 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

Motiváció: Akkumulátoros Raspberry Pi kamerával szerettem volna napi egyszeri fotókat készíteni a szabadban, hogy hosszú távú time-lapse videókat készítsek. Különleges alkalmazásom a talajtakaró növények növekedésének rögzítése a következő tavasszal és nyáron.

Kihívás: Tervezzen gyenge áramú Raspberry Pi tápellátást, hogy biztosítsa az akkumulátor hosszú élettartamát.

Megoldásom: Feltört ébresztőórát, Attiny85 áramkört és Pimoroni OnOff alátétet használok a Raspberry Pi áramellátásának teljes kikapcsolásához, amikor nem használjuk. Míg az Attiny85 és az ébresztőóra készenléti állapotban továbbra is működik, az áramfelvétel mindössze 5 mikroAmp. Két AAA elemmel működik mind az Attiny, mind az ébresztőóra, míg egy USB tápegység táplálja a Pi -t.

Alapvető műveletek: Amikor az ébresztőóra kikapcsol, alvó Attiny áramkört ébreszt, amely jelzi a Pimoroni OnOff alátétet, hogy áramot vigyen az USB tápegységről a Raspberry Pi -re. A Pi végrehajt egy indításkor futó szkriptet (készítsen fényképet). Miután elegendő idő telt el (az alkalmazásomban 60 másodperc), az Attiny áramkör ismét jelzi a Pimoroni OnOff shim -et, majd az Attiny alvó üzemmódba lép. Az Attiny jelzése alapján a Pimoroni OnOff shim végrehajtja a Pi shutdown parancsot, és miután a Pi leállítási folyamat befejeződött, megszakítja az áramellátást az USB power bankról a Raspberry Pi -re.

1. lépés: Alkatrészek és eszközök

Alkatrészek:

Raspberry Pi Zero vagy Raspberry Pi Zero W (több energiát fogyaszt)

Málna PI kamera modul

Raspberry Pi Zero tok

Pimoroni ONOFF SHIM RASP PI POWER SWITCH, Digikey

OPTOISZOLÁTOR Digikey

Akkumulátoros digitális ébresztőóra cél

ATtiny85 8 DIP Digikey

(2) CAP ALUM 100UF Digikey

DS3231 RTC modul AliExpress

(2) 68 ohmos ellenállás

Rövid (kb. 6 hüvelykes) mikro USB kábel

Clear Box Amac SKU#: 60120. 4 "x 4" x 5-1/16 "h The Container Store

Kmashi 11200 mAh USB tápegység # k-mp806 vagy hasonló

Dupla ragasztószalag

Kis önmetsző csavar

(2) 1 X 8 tűs női halmozófej - általában egy Arduino UNO halmozási fejlécet árulnak AliExpress

Perf vagy szalagdeszka körülbelül 1 1/4 "x 2"

5 1/2 x 5/12 x 3/4 vastag fenyő vagy rétegelt lemez

1 1/4 PVC cső, körülbelül 15 hosszú

1 1/4 PVC csatlakozó

(2) rövid, körülbelül 10 hosszú bungee zsinórok

(4) 1/4 "átmérőjű, fa tiplik csapjai körülbelül 1" hosszúak

UltraDeck természetes post ujjú sapka Menards

Eszközök:

Drótvágók és forrasztópáka

Arduino UNO vagy az ATtiny85 programozásának más módja

Csatlakoztassa a drótot és az áthidalókat

Billentyűzet, egér, HDMI -monitor, USB -port és Ethernet -hub, OTG -kábel

Mulitmérő

2. lépés: Telepítse a Raspberry Pi OS, a Pimoroni OnOff Shim, a DS3231 RTC és a Pi Camera modult

Pi Zero beállítás. Készítsen SD kártyát a Raspberry Pi számára az Ön által választott terjesztéssel. A kezdeti beállítási folyamat során ügyeljen arra, hogy engedélyezze az I2C interfészt, a kamerát és a rendszerindítást CLI -re automatikus bejelentkezéssel, állítsa be a megfelelő helyi időt és módosítsa a jelszavát. Azt is javaslom, hogy állítson be egy statikus IP -címet, hogy megkönnyítse a dolgokat. Forrasztott férfi fejléc a Pi Zero -hoz. Használhatja a standard 2 x 20 fejlécet vagy egy rövidebb 2 x 6 fejlécet is, mivel ehhez a projekthez nem szükséges mind a 40 tű - csak az első 12 érintkező.

Kamera telepítése. Csatlakoztassa a Pi Zero -t a tokjába, és használja a mellékelt rövid szalagkábelt, és csatlakoztassa a kameramodult a Pi Zero -hoz, hogy elvezetje a kábel kimeneti tokjának végét. Szerelje fel a GPIO hornyolt felső fedelet, és rögzítse a fényképezőgépet a fedélhez dupla ragasztószalaggal (lásd a fotót).

Készítse elő a Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC. Bár a Pimoroni OnOff Shim 2 x 6 hüvelyes fejléccel érkezik, helyette két 1 x 6 hüvelykes "halmozási fejlécet használtam, amelyeket általában az Arduino UNO -k számára értékesítenek, a fejléceknek a Pimoroni OnOff Shim fölé kell nyúlniuk a Raspberry Pi csapok 1, 3, Az 5., 7., 9. ábrán látható módon a többi tüske levágható szabványos csapszegre. Nyomja a DS3231 RTC-t a meghosszabbított csapokra, amint az a képen látható, majd nyomja a Pimoroni OnOff Shim & DS3231 RTC alszerelvényt a Raspberry Pi fejcsapokra. az ábrán látható módon.

Telepítse a Pimoroni OnOff Shim szoftvert a következőkkel:

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

A Shim telepítéséről további információkat itt talál

Telepítse a DS3231 RTC szoftvert ezen utasítások szerint

Kezdeti tesztek - Kamera, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC

Csatlakoztassa a helyi billentyűzetet és monitort a Pi Zero -hoz. Győződjön meg arról, hogy rendelkezik hálózati kapcsolattal (ethernet kábel vagy Wifi). Csatlakoztassa az USB tápkábelt Pimoroni OnOff Shim.

a. Nyomja meg a Pimoroni OnOff Shim nyomógombot 3 másodpercig, majd engedje el - ez be- vagy kikapcsolja a Pi Zero -t. Figyelje a rendszerindítási és leállítási folyamatot a monitoron. A Pi Zero most fejlett technológiai frissítéssel rendelkezik - egy ki/be kapcsoló!

b. Állítsa be a DS3231 időt, és ellenőrizze, hogy a helyes időt olvassa ki:

sudo hwclock -w

sudo hwclock -r

c. Tesztelje a kamera működését ezen utasítások szerint.

3. lépés: Állítsa be a Raspberry Pi Run-At-Boot parancsfájlt és a tesztkamerát

Hozzon létre és lépjen be az új zerocam alkönyvtárba

mkdir zerocam

cd zerocam

A nano editor használatával hozzon létre új parancsfájlt

nano fotó.sh

Ezután másolja ki és illessze be az alábbi kódot a nano szerkesztőbe. A záró nano Ctrl+X, Y, majd Return billentyűvel.

#!/bin/bash

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

Mivel ez a szkript a convert parancsot használja, telepítenie kell az ImageMagick alkalmazást a Raspberry Pi -re

sudo apt-get update

sudo apt-get install imagemagick

Tegye a fájlt futtathatóvá

chmod +x photo.sh

Nyissa meg az /etc/rc.local fájlt (a fájlban lévő parancsok indításkor futnak)

sudo nano /etc/rc.local

A fájl alján, közvetlenül a 0 kilépés előtt adja hozzá ezt az új sort, majd zárja be a nano billentyűt a Ctrl+X, Y, majd a Return billentyűkombinációval.

sh /home/pi/zerocam/photo.sh

Ha helyi monitor van csatlakoztatva, ellenőrizze, hogy működik -e

sudo újraindítás

A Pi -nek újra kell indulnia, és fényképet kell készítenie. Új-j.webp

Próbálja ki a Pi be- és kikapcsolását a Pimoroni nyomógombbal. Mérje meg és rögzítse a Pi rendszerindítási idejét. Kevesebb, mint 60 másodperc.

4. lépés: Hack ébresztőóra

Figyeljen az előállítási műveletre - Helyezzen be két AAA elemet az ébresztőórába, és gyakorolja a beállítási időt és az ébresztést a mellékelt utasítások szerint. Különösen figyeljen a riasztás megszólalására - látnia kell, hogy (1) a kijelző kis riasztási szimbóluma villog, (2) a zümmögő 1 percig szól, majd kialszik, és (3) a hátsó lámpa LED 5 másodpercig világít, majd kialszik.

Szétszerelés - Távolítsa el az óra négy csavarját a két fél elválasztásához, majd távolítsa el még négy csavart a fő NYÁK felszabadításához.

Hack - Vágja le a LED -vezetékeket a NYÁK elején, az ábrán látható módon, és forrasztjon 5 hüvelyk hosszú vezetékekhez a NYÁK hátoldalán lévő többi vezetékhez (lásd az ábrát). Forrasztja ki a hangjelzőt az ábrán látható módon.

Az elemtartó csatlakozóihoz tegyen két további vezetéket (piros és fekete), valamint egy 100MFD elektrolit kondenzátort az ábrán látható módon (ügyeljen a polaritásra).

Szerelje vissza az órát, ügyelve arra, hogy a LED és az új akkumulátor kivezetje a hátsó burkolat rögzítőnyílásait az ábrán látható módon.

Újbóli tesztelés - Helyezze be az elemeket és tesztelje a riasztási funkciót - most, amikor a riasztás megszólal, látni kell a kijelző kis riasztási szimbólumának villogását - de nincs hangjelzés és nincs háttérvilágítás. Csatlakoztasson egy multimétert a LED -vezetékekhez, és körülbelül 3 VDC -t kell észlelnie, amikor a riasztás körülbelül 5 másodpercig szól.

5. lépés: Készítse el az Attiny85 áramköri lapot

A fényképre és az Attiny85 Schematic.pdf -re hivatkozva építse meg az áramköri lapot egy kis darab perf vagy szalaglapon. Megjegyzések:

• Feltétlenül használjon 8 tűs DIP foglalatot az Attiny85 chiphez, mivel azt el kell távolítani a programozáshoz.
• Forrasztás előtt győződjön meg az Optos helyes tájolásáról.
• Az áthidaló vezet a Pimoroni -hoz. Az alátétnek legalább 4 hüvelyk hosszúnak kell lennie, női fejjel, hogy rögzítse a Shims BTN hüvelyes csapokat.
• Ügyeljen a polaritásra, amikor riasztó kattanással csatlakoztatja az áramkört

6. lépés: Töltse fel a kódot az Attiny 85 Chipre

Arduino Uno vagy más módon töltse fel a kódot (mellékelt AttinyPiPowerControl.ino fájl) az Attiny85 chipre. Megjegyzés - ez a kód 60 másodpercig tart, amíg a PI elindul, fényképet készít és eljut a terminál parancssorába, mielőtt elindítja a leállítási folyamatot. Ezután telepítheti az Attiny85 chipet az áramköri foglalatába - ellenőrizze a tájolást.

Megjegyzés: Ha többé -kevésbé Pi futási időre van szüksége, csak szerkessze ezt a sort az alján:

késleltetés (60000); // hagyjuk Pi -t elindulni és futni egy ideig

7. lépés: Kábelezés, kezdeti tesztelés és fényképfájlok letöltése a PI -ből

Vezeték:

Csatlakoztassa az USB tápegységet a Pimoroni alátét mikro usb portjához. Csatlakoztassa az áthidaló vezetékeket az Attiny85 áramköri lapból a Pimoroni alátéthez, és győződjön meg arról, hogy a fekete vezeték csatlakozik a Pimoroni alátét szélső BTN csapjához.

Teszt:

Helyezzen be 2 AAA elemet az ébresztőórába, és állítsa be az órát. Azt is javaslom, hogy csatlakoztassa a Pi HDMI -portját egy helyi monitorhoz.

Kapcsolja be a riasztást, és állítson be ébresztőt néhány perc múlva a jövőben. Amikor a riasztó megszólal, látnia kell:

a. Az óra ébresztése ikon villogni kezd

b. Körülbelül 5 másodperc múlva a Pimoroni Shim piros LED 5 másodpercre kigyullad

c. A Pi elindul

d. Körülbelül 20 másodperc múlva a kamera LED -je kigyullad, és fénykép készül. Ha helyi monitor van csatlakoztatva, megjelenik egy rövid előnézeti kép a készített fényképről.

e. Körülbelül 40 másodperc múlva a Pi teljesen elindul a terminál parancssoráig

f. A Pi elindítja a leállítási folyamatot, körülbelül 20 másodperc múlva a Pimoroni Shim piros LED villog, jelezve, hogy a PI áramellátása megszakad.

Fotófájlok letöltése a PI -ből

Csatlakoztatom a PI -t a hálózatomhoz OTG kábellel, és USB -t ethernet adapterrel, amely a Pi -t a szemölcsből táplálja. Ezután a WinSCP segítségével töltsön le fájlokat a számítógépre.

8. lépés: Szerelje össze az elektronikai házat

Csatlakoztassa az Attiny85 áramköri lapot az ébresztőóra hátoldalához egy kis csavar segítségével. Csatlakoztassa a PI -t az órához dupla ragasztószalaggal az ábrán látható módon

Rögzítse az órát a bal oldalon a vitrin aljához dupla ragasztószalaggal

Csatlakoztassa az USB tápegységet a vitrin aljához dupla ragasztószalaggal az ábrán látható módon.

Helyezze a felső tokot a kijelző alsó részére az ábrán látható módon.

9. lépés: Szerelje fel a szerelési tétet, a végső szerelést és engedje el a PI -t a vadonba

Alsó darab: Egy 5 1/2 X 5 1/2 fadarabban vágjon 4 rést 3/4 "befelé mindkét oldalról az ábrán látható módon. Én 1/4 marószúrót használtam, de fúrhat és fűrészelhet is. a közepén lyukat kell készíteni 1 1/4 PVC csatlakozóhoz. Az ideális furatméret 1 5/8 ", de mivel csak 1 3/4" lyukú fűrészem volt, ezt használtam, és kapocsszalaggal felépítettem az OD csatlakozót. csatlakozás a helyén epoxiddal.

Középre állítsa az elektronika burkolatát a fatuskó fölé, és jelölje meg a körvonalait. Ezután fúrjon négy 1/4 lyukat mindkét oldalon az ábra szerint. Ragasszon négy 1 "hosszú, 1/4" átmérőjű fa dübelt ezekbe a lyukakba - ez segít a ház középen tartásában.

Felső darab: fúrjon négy 3/16 "lyukat minden méret alsó széle közelében, és helyezzen be 3/4" hosszú S-kampókat minden lyukba, hajlítva a végeket, hogy ne essenek le. A belső szélein forró ragasztó 4 négy 1/2 vastag fahulladék - ezek segítenek abban, hogy a felső darab a ház felett középre kerüljön.

Végső összeszerelés: Szendvicselje az elektronikai házat a felső és alsó részek közé, és rögzítse két bungee -zsinórral az ábrán látható módon

Engedje el a PI -t a vadonba: Készítsen rögzítőelemet az Ön céljaihoz megfelelő 1 1/4 "-os PVC cső vágásával, egyik végét 45 fokos szögben vágja el, hogy könnyebb legyen a földbe ütni. Esetemben m tavasszal érdekel a talajtakaró növények növekedése (Vinea minor), és így a PVC tétem csak 15 "hosszú. Ellenőrizze kétszer, hogy az AAA elemek frissek -e, az USB tápegység teljesen fel van -e töltve és az ébresztőóra megfelelően van -e beállítva.

10. lépés: Árammérés és gyorsított akkumulátor -élettartam teszt

Az áramot a Radio Shack RS-232 multiméter (22-812) és a kísérő Meter View szoftver segítségével mértem. Nem a szörnyeteg választás, de nekem ez van.

Az áramfelvétel mérése két AAA elemmel, Attiny85 tábla és ébresztőóra

A multiméter "soros csatlakoztatásához" próbabábu elemeket és 3 VDC pad tápegységet használtam (lásd a fotót). Lásd az "aktív" periódusban mért áram grafikonját (riasztási eseménnyel kezdődik - véget ér, amikor Attiny85 visszatér alvó üzemmódba). A nem riasztási feszültség állandó 0,0049 mA volt. Összefoglaló -

Aktív időszak = 78 másodperc

Aktív időszak átl. Áram = 4,85 mA

Nem riasztási áram = 4,9 mikroA (0,0049 mA)

A két AAA -ból (egyenként 750 mAh/nap) átlagos napi 0,0093 mA áramfelvételt számítottam ki, figyelembe véve az alvó és aktív üzemmódokat, valamint az elméleti akkumulátor élettartamot> 8 évig ezzel a módszerrel.

PI áramfelvétel mérése az USB powerbank -ból. A multiméter "soros csatlakoztatásához" módosított usb -kábelt használtam (lásd a fotót). Lásd az "aktív" időszakban mért áram grafikonját (PI indítás - PI leállítás). A nem aktív időszakban a Pimoroni ONOFF tárcsa teljesen lekapcsolja a Pi áramot, így az áramfelvétel ~ nulla. Összefoglaló -

Aktív időszak = 97 másodperc

Aktív időszak átl. Áram = 137 mA

Egy 11200 mAh -s erőforrást feltételezve az aktív időszakok elméleti száma> 3000.

Gyorsított akkumulátor -élettartam teszt

A PI -t ideiglenesen a gyors kerékpározásra programozott Arduino UNO -val szabályoztam - a riasztások közötti idő 2 perc volt a normál 24 órával szemben.

1. teszt: 11200 mAh -s powerbank. 22 órakor kezdődött, és másnap 13 órakor leálltam. Eredmények: 413 fénykép készült, 3 a 4 töltöttségi szint LED -je a teszt végén.

2. teszt: 7200mAh teljesítménybank. 19: 30 -kor kezdődött, és másnap 16: 30 -kor leálltam. Eredmények: 573 fénykép készült, 2 a 4 töltöttségi szint LED -je továbbra is világít a teszt végén.

Következtetés: Úgy vélem, hogy a fenti eredmények azt mutatják, hogy legalább egy éves művelet, fényképenként 1 fénykép készítése valószínű.