Метеостанция на солнечной батареи с передачей данных по WiFi

Эта метеостанция вторая версия устройства. Первая модель метеостанции была популярна и изготовлена многими людьми в разных странах мира. По эксплуатации первой модели возникло много предложений и пожеланий, которые мастер и попытался реализовать во второй версии устройства. Особенностями этого устройства являются:
-Мониторинг параметров погоды (температура, влажность, давление и т.д.)
-Передача данных по каналу WiFi
-Удаленный мониторинг состояния батареи
-Дополнительные порты для установки дополнительных датчиков
-Литий-ионный аккумулятор 3400 мАч
-Солнечная панель 1 Вт
-Независимость от внешнего источника питания
-Возможность установки в удаленных местах или в сложных географических условиях
Инструменты и материалы:
-Модуль ESP8266 с антенной;
-Модуль заряда TP 4056;
-Датчик температуры, давления и влажности BME280;
-Датчик давления BMР280;
-Датчик температуры DS18B20;
-Плата Wemos D1 mini Pro;
-Крепеж;
-Переключатель SPDT;
-Клеммы;
-Аккумуляторная батарея 18650;
-Держатель батареи 18650;
-Солнечная панель;
-Провода;
-Коннекторы;
-Супер-клей;
-Резистор 220 кОм;
-3D принтер;
-Паяльные принадлежности;
-Клеевой пистолет;
-Кусачки;
-Нож;

Шаг первый: питание
Сначала автор рассказывает о электронных устройствах, которые он собирается использовать.
Метеостанцию мастер будет устанавливать на ферме и главной проблемой была какой использовать источник питания. Ионно-литиевый аккумулятор 3400 мАч отлично справится с работой, но его нужно заряжать. Для зарядки мастер решил использовать солнечную панель с модулем зарядки TP4056.
Такие модули бывают с защитой и без. Мастер советует устанавливать с защитой. Защита не даст аккумулятору перезарядится или разрядится ниже критических 2,4 В.

Шаг второй: датчики BMPЕ 280
Датчик BME280 отличается от датчика BMР280 способностью измерять влажность. На устройство можно установить любой из этих датчиков, в зависимости от задачи.

Шаг третий: дополнительные датчики
На плату, разработанную мастером можно дополнительно подключить до пяти датчиков, таких, как:
Датчик GY-1145 -для измерения УФ и ИК
Датчик HDC1080 — для измерения температуры и влажности
Датчик DS18B20 — для измерения температуры
и другие.
Все эти устройства могут применяться вмести или отдельно в зависимости от задач.

Шаг четвертый: передача данных
На плате Wemos D1 mini Pro установлена антенна, но для лучшего приема есть возможность установить дополнительную. Перед ее установкой необходимо перепаять резистор на плате, так, как показано на фото.

Шаг пятый: резистор
Метеостанция работает на 18650 литий-ионных батареях, поэтому очень важно следить за ее состоянием. Максимальное входное напряжение на плате Wemos составляет около 3,2 ~ 3,3 В, а напряжение полностью заряженной батареи 18650 составляет 4,2 В. Таким образом, нужно понизить напряжение. Для этой цели мастер устанавливает резистор 220 кОм. На печатной плате он обозначен R1 и расположен чуть выше держателя батареи.
Шаг шестой: спящий режим
Для экономии заряда батареи и корректности показаний метеостанция работает в режиме сон/бодрствование. Энергопотребление в разных режимах приведено в таблице ниже.
Режим работы —— Спящий режим
1. ESP8266 170 мА ——— 10 мкА
2. CH340 12 мА ——— 50 мкА
3. Встроенный светодиод 3 мА ———— 0 мкА
4. Монитор напряжения 0,006 мА —— 6 мкА
Всего 185 мА —- 66 мА
Если цикл будет 10 минут сна30 сек бодрствования, то энергопотребление выглядит следующим образом:
-Время пробуждения 185 мА в течение 0,5 минут = 92,5 мА-минут
-Время сна 0,066 мА в течение 9,5 минут = 0,627 мА-минут
-Всего за 10 минут = 93,13 мА-минут
Таким образом, среднее потребление тока составляет 9,3 мА.
Шаг седьмой: солнечная панель
Из предыдущего шага делается вывод, что среднее потребление тока составляет 9,3 мА. Необходимый ток для работы устройства в течение всего дня = 9,3 мА х 24 часа = 223,2 мАч
Количество солнечного излучения зависит от того, в какой части земного шара вы находитесь. Чтобы узнать количество солнечной излучения можно использовать Глобальный солнечный атлас . Принимая во внимание минимум 1 час полного солнечного света, автор выбирает солнечную панель.
Итак, цель — получить 223,2 мАч за 1 час. Для зарядки литий-ионной батареи 3,7 В достаточно солнечной панели с напряжением от 5 до 6 В. Требуемая номинальная мощность солнечной панели = 223,2 мА при напряжении от 5 до 6 вольт. Номинальная мощность солнечной панели = 223,2 мА х 5 В = 1,1 Вт. Значит нужна солнечная панель 1 Вт / 5 В — 6 В.

Шаг восьмой: схема и печатная плата
Печатную плату и схему мастер разработал с использованием специального программного обеспечения фирмы, занимающейся изготовлением плат.

Схема-солнечная WiFi метеостанция V2.0.pdf
После разработки платы, осталось только отправить заказ и дождаться доставки.

Шаг девятый: монтаж
После получение платы необходимо произвести монтаж компонентов. Припаивает на плату монтажные разъемы согласно схемы.
1. Плата Wemos — 2 х 8 контактов
2. BMP280 — 1 х 6-контактный
3. Порт I2C — 1 х 4 контакта
4. Порт P1 — 1 х 4 контакта
5. Порт P2- 1 х 3 контакта
6. Порт P3- 1 х 4 контакта
7. Порт P4 — 1 х 3 контакта
Затем припаивает держатель батареи, резистор, переключатель.

Устанавливает модули и батарею (проверяет).

Монтирует крепеж.

Шаг десятый: корпус
Корпус мастер на печатал на 3D. Для загрузки можно скачать файл STL

.
Шаг одиннадцатый: сборка
Устанавливает плату в корпус.

Устанавливает модули, антенну, аккумулятор.

На супер-клей закрепляет солнечную панель.

Шаг двенадцатый: программное обеспечение
Чтобы использовать устройство с библиотекой Arduino, необходимо установить IDE Arduino с поддержкой плат ESP8266, согласно этому руководству.
Настройки должны быть следующие:
PU Frequency: 80MHz 160MHz
Flash Size: 4M (3M SPIFFS) – 3M File system size 4M (1M SPIFFS) – 1M File system size
Upload Speed: 921600 bps
Перед загрузкой кода необходимо установить следующие библиотеки:
ESP8266, BMP280, Blynk
Перед использованием функции глубокого сна контакт Wemos D0 должен быть подключен к контакту RST. Это можно сделать, замкнув перемычку JP2.
Solar-WiFi-Weather-Station-V2.0.rar

Шаг тринадцатый: приложение Blynk
Загрузить приложение на Android или на iPhone
Авторизоваться. Нажать на значок QR и сканировать QR-код приведенный ниже. Придет код авторизации.
Затем нужно загрузить Arduino согласно этой инструкции.

Все готово. В дальнейшем мастер планирует добавить еще несколько датчиков ветра, дождя и т.д.

Источник

Источник: usamodelkina.ru

Добавить комментарий