ESP32 Weathercloud Weather Station: 16 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Tavaly megjelentettem eddigi legnagyobb Instructable -m, Arduino Weathercloud Weather Station néven. Mondhatni nagyon népszerű volt. Feltűnt az Instructables honlapján, az Arduino blogon, a Wiznet múzeumban, az Instructables Instagramban, az Arduino Instagram -ban és a Weathercloud Twitteren is. Ez még a 2018 -as év 100 legjobb utasításának egyike is volt! És ez nagyon nagy dolog volt egy ilyen kis gyártónak, mint én. Örömmel láttam ennyi pozitív reakciót, és alaposan elolvastam minden egyes megjegyzést és tippet. Körülbelül 8 hónapja dolgozom ezen az új, kifinomult állomáson. Javítottam és javítottam különböző dolgokat. Próbáltam kisebbre, egyszerűbbre, okosabbra, hűvösebbé tenni, és hagyni az elfogadható 150 eurós (165 dolláros) költséget. Az állomást egy robotfarmon szerelték fel Szlovákia, Szenec közelében. Itt vannak az aktuális adatok.

Megpróbálom itt elmagyarázni az egész gondolatmenetemet, így ha csak az építésen akar kezdeni, ugorjon a 3. lépésre.

Jellemzők:

• 12 meteorológiai érték mérése
• 8 különböző érzékelő használata
• IoT - az adatok nyilvánosak a felhőben
• 5V 500mA működés
• kommunikáció Wi-Fi-n keresztül
• teljesen időjárásálló
• jól néz ki
• ez barkács

Nagyon köszönöm a Lab Cafe makerspace -nek, hogy helyet és támogatást nyújtott az állomás építése során. Menj, nézd meg őket!

Fotó: ME (természetesen) + Demčák Viktor

FRISSÍTÉS 2020.07.18: Üdv mindenkinek! Rég volt. Sokan írtatok nekem a hardver és szoftver számos problémájáról. Az új hardver néhány héten belül elkészül, de addig új firmware -t adok ki. Ez a szoftver segít kiküszöbölni néhány problémát. További információért ugorjon a 12. lépésre. És ami a legfontosabb, élvezd!

1. lépés: Tervezés

Az időjárás állomás tervezése hosszú és átgondolt folyamat. Annyi lehetőség közül választhat. Az időjárásállomás tervezésekor (vagy legalábbis én) ezekre a fő dolgokra kell gondolni:

1) KÖLTSÉGVETÉS. Ez elég magától értetődő.

2) HELYSZÍN. Ez nagyon fontos, mivel befolyásolja a telepítést, valamint a kommunikációs technológiát és a szükséges áramforrást. A távoli időjárás-állomásoknak nagy hatótávolságú távadókra és önfenntartó áramforrásra, például napelemre van szükségük.

3) MÉRT VÁLTOZÓK. Csak a hőmérsékletet vagy a páratartalmat szeretné mérni? Ezután szinte bárhová elhelyezheti a szondát. De ha csapadékot, szelet, napsugárzást, UV -indexet vagy más, a napsütéssel vagy csapadékkal kapcsolatos dolgot szeretne mérni, akkor az érzékelők nem lehetnek árnyékban, és nem zárhatók sem fejjel, sem oldalról.

4) PONTOSSÁG. Szeretné, ha mérései pontosan kalibráltak és összehasonlíthatóak lennének az országos időjárási intézetekkel, vagy elég amatőr értékek?

Tehát mostanra elég jó képet kell alkotnia arról, amit szeretne. Térjünk tehát a rajzlapra! Íme néhány alapvető szabály, amelyekre gondoltam:

1) VÉDJE A HŐMÉRSÉKLET -ÉRZÉKELŐT. Ezt feltétlenül meg kell tennie. A hő olyan sokféle módon terjedhet, hogy az állomás szerkezetén keresztül sugározhat és vezethet. Ezért próbálja meg bevonni az összes fém alkatrészt, és helyezze a hőmérséklet -érzékelőt sugárvédőbe. Tudom, hogy a sugárzási állomásom nem tökéletes, de segít.

2) FELHASZNÁLJUK A SZÉL ÉRZÉKELŐT. A szélérzékelőket a nemzetközi szabványok szerint 10 méter magasra kell helyezni. Még pénzem sincs, hogy 10 méteres oszlopot vásároljak, így a tető feletti 2 méteres cső nekem elég.

3) TISZTA TERÜLET AZ ÁLLOMÁS KÖRÜL és FELE. Ha napfényt szeretne mérni, akkor az érzékelő nem lehet árnyékban. Ha csapadékot szeretne mérni, akkor nem akadályozhatja meg a cseppeket. Ezért győződjön meg arról, hogy az állomás környékén és fölötte lévő terület ki van takarítva.

Folytassuk. Tehát az állomásomon úgy döntöttem, hogy meg akarom mérni ezeket a változókat: Levegőhőmérséklet, talajhőmérséklet, relatív páratartalom, légköri nyomás, hőindex, harmatpont, szélhűtés, csapadék, napsugárzás, UV -index, szélsebesség és szélirány. Ez összesen 8 érzékelő, amelyekből 3 kicsi, PCB-re szerelhető modul és 5 külső szonda található. 2 külön mikrokontrollerre lesz szükségem, az egyik a csapadékmérések kezelésére, a másik minden másra.

Úgy döntöttem, hogy mindent, amit tudok, egyetlen NYÁK -ra teszek. A NYÁK -ot átlátszó fedéllel ellátott IP65 -ös dobozba tettem, hogy a napfény átjusson a napsugárzás és az UV -index érzékelőkön. Az összes többi érzékelő kábellel csatlakozik a fő vezérlődobozhoz. Szóval ennyi a tervezésemhez.

2. lépés: Weathercloud

"ESP32 Weathercloud Weather Station" Mi az Weatherclud? A Weathercloud az időjárás -állomások nagy hálózata, amely valós időben adatokat szolgáltat a világ minden tájáról. Ingyenes, és több mint 10 000 meteorológiai állomás csatlakozik hozzá. Először is volt saját HTML webhelyem, ahová az összes adatot elküldték, de a saját webhelyének és grafikájának elkészítése nehéz, és sokkal könnyebb egyszerűen elküldeni az adatokat egy nagy felhőplatformra, amely szép grafikával és stabil szerverekkel rendelkezik. Kerestem, hogyan kell adatokat küldeni az weathercloud -ra, és azt találtam, hogy ezt egyszerűen elérheti egy egyszerű GET hívással. A Weathercloud egyetlen problémája, hogy egy ingyenes fiókkal csak tíz percenként küldhet adatokat, de ez a legtöbb felhasználásnál nem okozhat problémát. Ahhoz, hogy működjön, létre kell hoznia egy Weathercloud fiókot. Ezután létre kell hoznia egy állomásprofilt a webhelyén. Amikor az Weathercloudon hozza létre az időjárás -állomás profilját, megkapja a Weathercloud azonosítót és az Weathercloud KULCSOT. Tartsa meg ezeket, mert az Arduino -nak szüksége lesz rájuk, hogy tudják, hová kell adatokat küldeni.

3. lépés: Alkatrészlista

Rendben, ezért ehhez a projekthez szüksége lesz mindenre, ami itt található a Google Dokumentumok BOM -jában.

A projekt becsült költsége: 150 €/165 USD

4. lépés: Eszközök

Ezek az eszközök jól jöhetnek (bár a legtöbb feltétlenül szükséges):

Lézervágó

Hegesztő

Acél fűrész

Huzalcsupaszító

Villanyfúró

Akkumulátoros fúró

Forrasztópáka

Fogó

Csavarhúzók

Ragasztópisztoly

Multiméter

Fa fúró

5. lépés: Vezérlőpult tervezése

Nagyon központosított architektúrával mentem. Ez azt jelenti, hogy minden, ami lehet, nem csak egy dobozban van, hanem egy áramköri lapon. Nemrég tanultam meg PCB -k tervezését, ami nagyon értékes és hasznos készség. Valamennyi projekt sokkal tisztább és pontosabb, sőt bizonyos szempontból elegáns. Ez nagyon kényelmes is: csak elküldi fájljait Kínába, és ők elvégzik az összes bekötési munkát, és elküldik Önnek a teljes táblát. Ezután csak a helyére forrasztja az alkatrészeket, és kész.

A NYÁK mindkét mikrokontrollert tartalmazza ezen az állomáson: az ESP32 (a fő vezérlőegység) és az Arduino NANO (a csapadékprocesszor). Ezenkívül tartalmaz néhány érzékelőt, például: BME280, BHT1750 és az ML8511. Aztán ott van a DS3231 RTC modul. Végül, de nem utolsósorban, vannak ellenállások és csavaros csatlakozók.

Az alaplapomat az Autodesk Eagle -ben terveztem. Csak töltse le a mellékelt Gerber fájlt "ESP32 weather station.zip" néven, és töltse fel a JLC PCB -re. Vagy ha szerkeszteni szeretné, letöltheti az "ESP32 meteorológiai állomás schematic.sch" és az "ESP32 meteorológiai állomás board.brd" fájlokat, és szerkesztheti őket az Eagle -ben. Határozottan javaslom, hogy először regisztrálja az áramkör tervezési osztályát az Instructables -ből.

6. lépés: Forrasztás

Oké mindenki, valószínűleg mindannyian csináltátok már ezt. Ez a gyönyörű tábla, amelyet én terveztem, szép selyemnyomatos lábnyomokkal van nyomtatva. Ha ez megvan, akkor a forrasztásnak tortának kell lennie, mert pontosan látja, hogy hová megy. Csak THT komponensek vannak a szabványos 0,1 -os távolsággal. Tehát csak folytassa a forrasztást a táblával, mert ügyes és egyedül is meg tudja csinálni! Ez nem tarthat fél óránál tovább.

FRISSÍTÉS 2020.07.18.: Az RTC modul már nem szükséges. Nem szükséges a táblára szerelni. A 12. lépésben többet megtudhat.

7. lépés: A sugárzási pajzs elkészítése

Amikor ezt építettem, azt mondtam magamban: "Rendben, ezt már kétszer megcsináltad, nincs esély arra, hogy most elrontod." És nem tettem.

A napsugárzás elleni védőpajzs nagyon gyakori dolog, amelyet az időjárás -állomásokon használnak a közvetlen napsugárzás blokkolására, és ezáltal a mért hőmérséklet hibáinak csökkentésére. A hőmérséklet -érzékelő tartóként is működik. A sugárzásvédők nagyon hasznosak, de általában acélból készülnek, és drágák, ezért úgy döntöttem, hogy saját pajzsot építek. Készítettem egy Instructable -t, amely megmutatja, hogyan kell ilyen sugárvédőt készíteni.

8. lépés: Vezérlő doboz

Ennek az állomásnak a fő része nyilvánvalóan a vezérlődoboz. Tartalmazza az elsődleges és másodlagos mikrovezérlőket, néhány érzékelőt, az RTC -t és néhány passzív komponenst. Mindezt egy kényelmes IP65 csomagban. A doboz áttetsző fedéllel rendelkezik, így a napfény átjuthat az UV- és napsugárzás -érzékelőkhöz.

Mielőtt felszerelnénk a NYÁK -t, elő kell készítenünk a kábelt a dobozhoz. A dobozba öt táp- és adatkábel kerül. Az állomás vízálló tulajdonságainak fenntartása érdekében vízszigetelő tömszelencékre lesz szükségünk. Pontosabban az egyik PG7 a tápkábelhez, a második PG7 a szél- és csapadékérzékelőkhöz és a harmadik PG11 mindkét hőmérséklet -érzékelőhöz. A nagyobb (PG11) mirigyet a doboz egyik falának közepébe helyeztem, a két kisebb (PG7) mirigyet pedig a szemközti falba. Tehát a dobozcsere folyamata a következő:

1) Jelölje meg minden lyuk közepét jelzővel.

2) Fúrjon egy kis lyukat egy vékony fúróval.

3) Lassan növelje a lyuk méretét egy fával.

4) Tisztítsa meg a lyukakat.

5) Helyezzen be és rögzítsen egy tömszelencét minden lyukba.

9. lépés: NYÁK -rögzítés

Mivel csak az Autodesk Eagle diák próbaverziója van, nem tudok 8 cm -nél nagyobb NYÁK -okat tervezni. Minden illeszkedik ehhez a táblához, így nem baj. Az egyetlen probléma a vezérlődobozzal van. A dobozban található tábla rögzítő lyukak egymástól 14 cm -re vannak. Ez azt jelenti, hogy szükségünk lesz egy tartóra a NYÁK -hoz. Ez lehet egy tábla (fa/műanyag/fém), amelyre a NYÁK -ot rögzítjük. Ezután rögzítjük a tartólapot a vezérlődobozhoz. Így a NYÁK a vezérlődobozhoz lesz rögzítve.

A tartót úgy készítheti el, ahogy akarja. Készítheti kézzel egy fából vagy acélból készült lemezből, vághatja lézerrel (mint én), vagy akár 3D -ben is kinyomtathatja. Mellékelem a tábla méreteit, így a választás az Öné. Ha hozzáfér a lézervágóhoz, akkor a lézervágás a legegyszerűbb lehetőség. A lézervágó fájlokat itt találja.pdf és.svg formátumban is.

Mint látható, a tartó számos változatát átéltem. Végül az akrilhoz mentem, mert nem érinti a nedvesség (mint fa) és nem vonzza a hőt (mint acél).

10. lépés: Összeszerelés + huzalozás

Ez nagyon egyszerű lesz, de elég nehéz megmagyarázni, mert sok apró lépés van. Akkor térjünk rá rögtön:

1) Dugja be az összes kábelt a kijelölt lyukba. A kábelcsavarokat még ne rögzítse.

2) Csatlakoztassa az összes vezetéket a szélérzékelőből, a csapadékérzékelőből és a tápkábelből a mellékelt kapcsolási rajz szerint. Ne csatlakoztassa még a kábeleket a hőmérséklet -érzékelőkből.

3) Ha fel van szerelve, távolítsa el a NYÁK -tartót. Ezután fordítsa meg a NYÁK -ot úgy, hogy a kábelek az alsó oldalán haladjanak. Rögzítse a NYÁK -tartót úgy, hogy a kábelek egy szendvicsben legyenek rögzítve a NYÁK és a tartó között.

4) Helyezze be és csavarja be a NYÁK -tartót a NYÁK -val.

5) Rögzítse a két kisebb (PG7) tömszelencét. A nagyobbat még ne rögzítse.

6) Csatlakoztassa és csatlakoztassa a kábeleket a hőmérséklet -érzékelőkről a mellékelt kapcsolási rajz szerint.

7) Tegye fel a felső fedelet és csavarja be a helyére.

11. lépés: Légy boldog

Ez a lépés egyfajta ellenőrzőpont. Ezen a ponton valami olyat kellett volna készítenie magának, ami úgy néz ki, mint a képen. Ha ez igaz, légy boldog. Fogyasszon el egy kis harapnivalót és pihenjen, mert ez nem csak egy kis lépés az ember számára, hanem óriási ugrás az emberiség számára. Ha nem, nézze át az előző lépéseket, és keresse meg a problémát. Ha ez nem segít, írj kommentet vagy üzenetet.

Tehát ha újra egészséges és fitt, akkor továbbléphet a kódolási és hibakeresési részhez.

12. lépés: Kódolás és hibakeresés

Jaaaa, mindenki szeret kódolni! És ha nem is, nem számít, mert csak letöltheti és használhatja a kódomat.

Először is hozzá kell adnia az ESP32 dev modult a táblák kezelőjéhez. Ehhez le kell töltenie egy JSON csomagot, és telepítenie kell a táblák kezelőjén keresztül. Lásd ezt a bemutatót a Random Nerd Tutorials.

Most le kell töltenie az összes alapvető könyvtárat. Létrehoztam neked a "Libraries.zip" ZIP archívumot, hogy egyszerűbb legyen. Ne importálja az archívumot az Arduino IDE -be, mint egy klasszikus könyvtárat. Ehelyett bontsa ki az archívumot, és helyezze át az összes fájlt a Dokumentumok/Arduino/könyvtárakba. Most letöltheti mind a négy programomat: "Wi-Fi_Weathercloud_API_test.ino", "System_test.ino", "ESP32_Weathercloud_Weather_Station.ino".

Nyissa meg a "Wi-Fi_Weathercloud_API_test.ino" fájlt. Meg kell változtatnia egy -két dolgot. Először is ki kell cserélnie az "SSID" és "KEY" jelszavakat a Wi-Fi hálózat SSID-jére (név) és jelszavára. Másodszor a „WID” és „KEY” helyére le kell cserélnie Weathercloud azonosítóját és a 2. lépésből származó kulcsot. Ugyanezt kell tennie az „ESP32_Weathercloud_Weather_Station.ino” fájllal is. Folytassa, és töltse fel a kódot az ESP32 -re. Látnia kell az előre meghatározott adatokat a Weathercloud webhelyen. Ha ez helyes, folytassa.

Töltse fel a "System_test.ino" fájlt az ESP32 -be, az "I2C_rainfall_sender" -t pedig az Arduino NANO -ba. Nyissa meg az ESP32 soros konzolt 115200 baudon. Most látnia kell az érzékelő adatait 15 másodpercenként a képernyőn. Játssz az érzékelőkkel. Ragyogjon fényt a napsugárzás -érzékelőbe, fújja be a szélsebesség -érzékelőt, melegítse fel a hőmérséklet -érzékelőt … Így tesztelheti, hogy minden működik -e. Ha arra a következtetésre jut, hogy minden a helyén van, folytassa.

Töltse fel az "ESP32_Weathercloud_Weather_Station.ino" fájlt az ESP32 -re. Ha mindent helyesen tett, akkor 10 percenként látnia kell az állomás valós adatait a Weathercloud oldalon. Ha ez működik, az azt jelenti, hogy az állomás most már teljesen működőképes, és már csak az a dolga, hogy telepítse azt egy szép helyre.

FRISSÍTÉS 2020.07.18.: Az összes másodlagos/tesztelő program ugyanaz marad. De az időjárás állomás fő programját frissítették. A kód felépítése sokkal világosabb, mint korábban. Az összes szükséges paramétert a kód elején állíthatja be. Az ESP32 most időt kap egy NTP szervertől, így az RTC modulra már nincs szükség. Végül, de nem utolsó sorban az ESP32 most mélyalvási eljárást futtat, amikor nem mér és nem küld adatokat. Ez csökkenti az áramfogyasztást, és segít meghosszabbítani az időjárásjelző állomás élettartamát. Az új kód használatához csak töltse le a frissített "ESP32_Weathercloud_Weather_Station.ino" kódot és a könyvtárakkal ellátott frissített ZIP fájlt (az Instructables nem fogadja el, így itt van egy Google Drive link). Élvezd!

13. lépés: Állomás rögzítése

Tehát miután meggyőződött arról, hogy az állomás működik, meg kell terveznie és rögzítenie kell egy rögzítést. Erősnek, tartósnak, kompaktnak és nem utolsó sorban szépnek kell lennie. Végezze el ezt a lépést inkább ajánlásként vagy inspirációként, mint pontos utasításként. Nem tudom, hogy néz ki, hová fogod felszerelni. Kicsit kreatívabbnak kell lenni. De ha lapos tetője van, és 5 cm átmérőjű fémcső áll ki, akkor folytassa, és tegye, mint én. Ennek az állomásnak két doboza van. Ezért úgy döntöttem, hogy mindkettőt egymás mellé helyezem egy fém panelre. 5 cm átmérőjű fémcsőre kell felszerelni. Tehát egy 5 cm belső átmérőjű csövet tettem a panel aljára. Mindkét szélérzékelőnek távol kell lennie az állomás többi részétől. Tehát tegyen két 40 cm hosszú csövet az állomás mindkét oldalára, és két 10 cm hosszú csövet mindegyik végére. A sugárvédőt a panel alá kell felszerelni, hogy extra árnyékot biztosítson. Ehhez egy 7 x 15 cm -es L konzolot tettem a vastag fémcsőre.

Íme az összes szükséges fém alkatrész egyenként [méretek mm -ben]:

1x cső, belső átmérő 50, hossz 300

1x panel, 250 x 300, vastagság 3

1x L konzol, 75 és 150 kar

2x cső, külső átmérő 12, hossz 400

2x cső, belső átmérő 17, hossz 100

Ha mindezek a fém alkatrészek megvannak, a helyükön hegesztheti őket az általam megadott 3D modell szerint. Ezután ki kell fúrnia az összes lyukat a dobozokhoz és a sugárzásvédőhöz. Ezután csak festeni kell fémfestékkel. Azt javaslom, hogy a fehéret használd, mert az a legkevesebb hőt szívja el az összes színből. Ez az, hogy van egy állomástartója, amelyre felszerelheti állomását!

14. lépés: Telepítés

Fogja meg az időjárás állomását, a tartóját és az összes szerszámát, mert mindegyikre szüksége lesz. Szállj be egy autóba (vagy egy buszba, amit nem érdekel), és menj el az állomásod jövőbeli helyére. Végül felszerelheti az állomást.

Az egyik dolog, hogy az időjárás-állomást működtetni kell a műhelyben, de az más, hogy működjön a valódi zord körülmények között. A telepítési eljárás nagyban függ attól az épülettől, amelyre az állomást szereli. De ha megvan az előző lépés tartója és erőteljes fúró, akkor rendben kell lennie. Csak a vastag csövet kell felragasztani a tartóról a kissé vékonyabb csőre a tetőn. Ezután csak fúrja át mindkét csövet, és rögzítse őket egy hosszú csavarral. Szerelje fel az összes dobozt és érzékelőt. Ez az. Az állomás telepítése sikeres.

Ezt egy esős napon tettük. Nagyon nehéz volt, de a verseny határideje miatt nem volt más lehetőségünk.

15. lépés: Tápellátás, Uplink beállítása és hibakeresés

Az állomás fizikailag telepítve van, de még nincs online. Most tegyük meg. Valahogy árammal kell ellátni az állomást. Itt kicsit kreatívnak kell lenni. Helyezzen egy adaptert a házba, és húzza át a kábelt az ablakon. A kábelt a föld alá temetheti. Tápellátását napelemmel végezheti. Csak az számít, hogy 5V 500mA van a vezérlő dobozból érkező tápkábel csapjain. Ne feledje, mindennek időjárásállónak kell lennie! Ha bekapcsolja az állomást, továbbléphet a felfelé irányuló kapcsolat beállítására és a hibakeresésre.

Az Uplink Setup alapvetően az ESP32 csatlakoztatását teszi lehetővé a Wi-Fi hálózathoz. Ha a házadon van, akkor rendben kell lennie. Ha garázsban vagy távolabb van, szükség lehet egy Wi-Fi bővítőre vagy akár egy egyedi Wi-Fi hálózatra. Ezután a hibakeresési szakasz következik. Csak feltöltheti a végső kódot, és remélheti a legjobbat, de tényleg azt javaslom, hogy tesztelje mindegyik érzékelőt egyenként, hogy megbizonyosodjon arról, hogy minden megfelelően működik. Alapvetően ugyanaz, mint a 12. lépésben. Ha minden úgy működik, ahogy kell, nyomja meg a FELTÖLTÉS gombot, húzza ki az USB -kábelt, és zárja be a vezérlődobozt.

16. lépés: Élj boldogan azután

Jesszusom, ez nagyon utolsó pillanat volt srácok. Észrevettem a Szenzorok versenyt csak 10 nappal a vége előtt. Ugyanazon az estén körülbelül 10 telefonhívást kellett intéznem, hogy mindent elintézzek az állomás véglegesítéséhez. Még nem volt teljesen kész. Aznap, amikor telepítenünk kellett az állomást, óriási vihar zavarta meg terveinket. Be kellett fejeznem az összes szöveget, mielőtt az állomás elkészült. Az állomást végül csak ma telepítették, ugyanazon a napon, amikor közzétettem ezt az Instructable -t.

Biztosan sok mindent lehetett volna itt jobban csinálni, de sok hasznos dolgot megtanulhat itt, és felhasználhatja azokat saját állomásépítésénél. Ha minden lépést helyesen hajtott végre, akkor egy teljesen működőképes ESP32 felhőjárás -állomással rendelkezik. És ez valami! Minden kemény munka meghozta gyümölcsét (remélem, hogy megtette). Itt láthatja az állomásom adatait. Ha kérdése vagy javaslata van, szívesen meghallgatom őket az alábbi megjegyzések részben.

Ja, és ha tetszett ez a projekt, nagyon megköszönném, ha rám szavazna a Szenzorok versenyen. Köszönöm szépen és élvezd !!!

Első díj az érzékelők versenyében