Estação meteorológica profissional usando ESP8266 e ESP32 DIY: 9 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

LineaMeteoStazione é uma estação meteorológica completa que pode ter interface com sensores profissionais da Sensirion, bem como alguns componentes de instrumentos Davis (Rain Gauge, Anemometer)

O projeto é voltado para uma estação meteorológica DIY, mas exigindo apenas a parte de montagem, pois as placas já serão fornecidas por mim programadas assim como o PCB completo. O código será compartilhado como código-fonte aberto para as pessoas que desejam tentar fazê-lo desde o início ou modificá-lo!

VOCÊ PODE ENCONTRAR A ESTAÇÃO METEOROLÓGICA EM WeatherCloud, Wunderground e LineaMeteo (rede italiana de meteorologia!) (Anemômetro não está instalado) e aqui também uma versão em THINGSPEAK para a comparação entre SHT3x e SHT1x. Estou usando o SHT1x no momento para monitorar a temperatura dentro da caixa à prova de intempéries, mas você também pode usá-lo para monitorar a temperatura e a umidade do solo ou outros fins!

Observação (os links acima ficarão off-line porque a estação meteorológica será removida em fevereiro de 2021 porque estou me mudando para um apartamento)

VOCÊ PODE ENCONTRAR TODAS AS INFORMAÇÕES E ATUALIZAÇÃO DE CÓDIGOS AQUI NO GITHUB

Etapa 1: Lista de componentes

Ele funciona com uma combinação de placas de desenvolvimento ESP8266 e ESP32 e é composto principalmente por 3 dispositivos:

1. DISPOSITIVO 1: WEMOS D1 MINI PRO (nova versão) + PCB projetado (precisa ser instalado FORA) E PAINEL SOLAR Esta é a parte que ficará fora e consiste em uma placa de desenvolvimento e o PCB. Ele é usado para coletar os dados meteorológicos que serão enviados ao Firebase do Google. Os dados são coletados em tempo real de cada sensor, mas o tempo de upload é selecionável nas configurações da estação meteorológica que serão explicadas no manual a seguir. A temperatura máxima e mínima serão coletadas em tempo real. Abaixo a foto da unidade completa:

2. DISPOSITIVO 2: WEMOS D1 MINI PRO (Versão Antiga) + BMP180 pressureEsta é a parte que cuida de todas as comunicações da rede e também coleta os dados do Firebase do Google. As funções do conselho consistem em:  Coletar os dados  Compartilhar alguns dados para um endereço IP em um formato pronto para ser usado para se comunicar com a rede meteorológica LineaMeteo.  Enviar dados para weathercloud  Enviar dados para wunderground  Enviar dados para Thingspeak

A caixa é impressa em 3D de

3. DISPOSITIVO 3: LOLIND32 ESP32 + PCB projetado + INK Display + BME680Esta é a parte que apenas manipula a visualização dos dados no display e possui também um sensor que coleta dados de qualidade do ar, pressão, temperatura e umidade. O visor usado é um visor de tinta de 4,2 polegadas, pode ser usado das marcas WaweShare ou GoodDisplay.

A caixa é impressa em 3D a partir de: Box for ePaper + ESP32 Information Display by sidoh10 - Thingiverse

Etapa 2: DISPOSITIVO 2: Interface para Wi-Fi e Firebase Google

** VEJA O MANUAL DA ESTAÇÃO METEOROLÓGICA NO LINK DO GITHUB ACIMA PARA MAIS DETALHES ESPECÍFICOS **

Em primeiro lugar, precisamos criar uma conta Firebase. Para fazer isso, você precisará de uma conta do Google que poderá criar, caso ainda não tenha uma.

Para configurar a conta Firebase, você precisa seguir as seguintes etapas:

1. Vá para FIREBASE e clique em ‘Começar’

Faça login em sua conta do Google

2. Clique em ‘Adicionar um projeto’ ‘Aggiungi progetto’

3. Dê um nome ao seu projeto! Clique em ‘Continue’ ‘Continua’. Siga as etapas e crie o projeto. Use a conta padrão para Firebase.

4. ‘Vá em‘visão geral do projeto’‘Panoramica del progetto’no topo e selecione‘configurações do projeto’‘Impostazioni progetto’

5. Clique em ‘Conta de serviço’ ‘Conta de serviço’ e ‘Criar conta de serviço’ ‘Criar conta de serviço’

6. Volte para ‘Visão geral do projeto’ e crie o Realtime Database ‘Criar banco de dados’ e siga as etapas e selecione o local mais próximo para o banco de dados.

7. TUDO FEITO! Agora salve o link do seu projeto que você pode encontrar no banco de dados em tempo real e também o segredo que você pode encontrar ‘Conta de serviço’ ‘Conta de serviço’ em ‘Segredo do banco de dados’ ‘Banco de dados Segreti’

Você precisará apenas do destacado na imagem abaixo e do segredo do banco de dados para programar a estação meteorológica! Para te enviar a placa já programada vou precisar dessas credenciais e também para você programar a placa.

Etapa 3: CONFIGURAR WI-FI (CONSULTE O MANUAL NO GITHUB PARA OBTER IMAGENS)

Para configurar a conexão Wi-Fi, siga as seguintes etapas:

· Conecte o cabo USB do DEVICE 2 em uma porta USB (você pode usar um carregador normal para o seu telefone ou qualquer porta USB disponível, por exemplo, no seu roteador (opção recomendada))

· Assim que o DISPOSITIVO 2 estiver LIGADO, você o encontrará nas conexões Wi-Fi disponíveis em seu smartphone ou computador com o nome de LineaMeteoStazioneR.

· Tente conectar e ele pedirá uma senha. SENHA: LaMeteo2005

· Clique em configurar Wi-Fi e selecione sua rede Wi-Fi e digite sua senha e clique em Salvar. Agora o DISPOSITIVO 2 tentará se conectar e se falhar, será necessário reiniciar os procedimentos seguidos anteriormente.

· Depois que o DEVICE 2 estiver conectado, volte ao banco de dados Realtime e verá que muitas informações apareceram.

Etapa 4: configurar o DISPOSITIVO 1 (externo)

Esta é a instalação que requer a segurança da estação meteorológica no exterior. É necessário um escudo de radiação solar para o sensor de temperatura ambiente e umidade. Também é necessária uma caixa à prova de intempéries para o correto armazenamento da bateria e da placa de circuito impresso.

1. Instale a placa em uma caixa à prova de intempéries conforme o exemplo abaixo e instale a bateria (TENHA CUIDADO + E - E A BATERIA DEVE ESTAR 100% CARREGADA ANTES DA PRIMEIRA PARTIDA):

2. Conecte todos os sensores disponíveis na placa usando os conectores RJ12 ou o terminal de parafuso, dependendo do tipo de sensor usado. (Consulte a lista de ‘Sensor compatível e especificação) (SENSORES ESTÃO CONECTADOS A UMA PLACA ADAPTADORA PROJETADA ESPECIFICAMENTE PARA OS SENSORES SHT3X E UV E TAMBÉM UM PARA O SHT35 EM TINDIE) VEJA AS FOTOS

3. Conecte o conector da bateria no Wemos D1 Mini Pro e configure a conexão Wi-Fi igual ao DEVICE 2. O nome da rede será ‘LineaMeteoStazioneS’

Depois disso, conecte também o USB do conversor do painel solar. (A foto é apenas representativa de um protótipo e o conversor USB já estará conectado para você, você só precisará conectar o painel solar)

Etapa 5: definir as configurações da estação meteorológica com Firebase

TODAS AS CONFIGURAÇÕES FEITAS EXIGEM PARA DESCONECTAR DA ENERGIA

DISPOSITIVO 2 E RECONECTE À ALIMENTAÇÃO

Depois de seguir os procedimentos acima, você verá que seu banco de dados em tempo real ficará assim (se o sensor de índice UV estiver conectado, ele não mostrará 655):

O banco de dados é categorizado da seguinte forma:

· ChangeTime

Esta opção é usada para definir o TIMEZONE, que será o seu horário (precisa ser modificado quando o horário de verão se aplicar) e para definir o SendDataTime. Recomenda-se não fazer upload de dados mais rápido do que 90 segundos para economizar a bateria do DEVICE 1

CurrentDay e RESETDATA não precisam ser tocados. Para redefinir todos os dados no banco de dados, digite 0 em RESETDATA.

· Conexão

A conexão é usada para saber seu endereço IP atual do DISPOSITIVO 2 e monitorar a intensidade do sinal Wi-Fi do DISPOSITIVO 1. Tente manter o DISPOSITIVO 1 com pelo menos -75 ou mais intensidade do sinal.

O endereço IP pode ser usado para encaminhar a porta do IP para configurar seus dispositivos na rede meteorológica LineaMeteo. (PortForwarding pode ser feito no roteador, mas cada roteador é diferente, então você precisa saber o seu. A porta externa deve ser 4600 e a porta interna deve ser 80, exemplo abaixo)

· Pressão

Aqui é armazenado o valor da Pressão e também é possível calibrá-lo com base no nível do mar. Consulte alguma estação meteorológica próxima ou procure a pressão atmosférica atual na previsão. Cada número significa 1Pa

· Chuva

Aqui é armazenado o valor da chuva em 24H e também outros valores relacionados à chuva. Você pode usar todos os pluviômetros de balde basculante, então isso significa que você precisará calibrar a contagem de cada tombamento. Modifique 'mmGoccia' para alterar a contagem de inclinação em mm. O padrão é 0,2 mm

· SHT1x

Este contém os dados das séries Sensirion SHT1x ou SHT7x.

· SHT3x

Este contém os dados da série Sensirion SHT3x.

· Serviços

Contém todos os serviços disponíveis para uso com esta estação meteorológica.

OPENWEATHER

Você pode configurar sua própria conta no OpenWeather para a descrição do clima das condições atuais no DEVICE 3 (encontre Minhas chaves de API e copie na API em Serviços, OpenWeather.)

Hemisfério digite norte se você mora no hemisfério norte ou sul no hemisfério sul para exibir a seção de astronomia correta.

Idioma ‘en’ ou ‘it’ para alterar de inglês para italiano no DEVICE 3.

Latitude e longitude para exibir a descrição correta das condições climáticas no DEVICE 3

Se for do hemisfério sul, será um número negativo na latitude.

THINGSPEAK

Crie uma conta no ThingSpeak e encontre o WriteAPIkey e copie no myWriteAPIKey, para ver a diferença com gráficos entre as séries SHT1x e SHT3x se conectado a 2 sensores ou apenas para monitorar o SHT1x

WeatherCloud

Você pode vincular a estação meteorológica à rede Weather Cloud usando esta opção. Vá para Configurações em seus dispositivos e selecione ‘Link’, isso lhe dará o ID e a chave que você pode copiar no banco de dados.

WunderGround

Você pode vincular a estação meteorológica ao WunderGround usando esta opção.

Encontre o ID e a chave em Meus dispositivos e copie-os para o banco de dados.

· Dormir

Por padrão, é definido como 1, mas pode ser alterado para 0 para ativar o modo de espera. No modo de hibernação, o pluviômetro e o anemômetro não funcionarão, então eles devem ser desconectados do PCB

O modo de suspensão, se usado com bateria, dura em média 6 meses sem recarregar a bateria com o painel solar.

· Índice UV

Este contém o valor do UVindex atual.

· Vento

Este contém os valores do Vento, como os graus da Direção do Vento e também a Velocidade do Vento e a Rajada. Pode ser ajustado o Offset aqui, a fim de apontar a direção certa da Direção do Vento. 0 graus ou 360 graus deve ser o ponto Norte.

Etapa 6: configurar a TELA DO DISPOSITIVO 3 (MAIS FOTOS DISPONÍVEIS NO GITHUB)

O DEVICE 3 é alimentado com uma única bateria 18650, que pode ser recarregada via USB conforme mostrado na foto (a foto não representa o projeto final, mas apenas o protótipo, dentro dela terá um design PCB adequado). O pequeno círculo mostra o sensor BME680.

O display é atualizado a cada 20 minutos automaticamente e a cada 1 hora após a meia-noite e até as 7h. Mas pode ser atualizado manualmente clicando no botão do lado direito da caixa.

UMA VEZ ATUALIZADO TAMBÉM IRÁ ALTERAR O IDIOMA SELECIONADO NAS CONFIGURAÇÕES DO FIREBASE

Depois que a bateria for instalada, siga os mesmos procedimentos do DISPOSITIVO 2 para conectar ao Wi-Fi.

O nome da rede será ‘LineaMeteoStazioneVisual’

A bateria deve estar suficientemente carregada antes de começar.

Etapa 7: SENSORES COMPATÍVEIS (MAIS INFORMAÇÕES NO GITHUB)

Temperatura / umidade PRINCIPAL: Sensirion série SHT3x. A precisão consulte a folha de dados de cada

sensor.

 Temperatura / umidade SEGUNDO (pode ser usado para temperatura e umidade do solo): Sensirion das séries SHT1x e SHT7x. A precisão consulte a folha de dados de cada sensor.

 Temperatura, umidade, qualidade do ar interno: BME680

 Pressão: BMP180

 Medidor de chuva: Cada medidor de chuva do balde basculante, resolução ajustável. QUANDO A RESOLUÇÃO AJUSTADA PODE LEVAR ATÉ 3 HORAS PARA ALTERAR AS CONFIGURAÇÕES NO DISPOSITIVO 1. Isso ocorre porque o dispositivo vai hibernar a cada 3 horas para economizar energia se nenhuma chuva for detectada. Quando ele acordar, ele verificará as configurações novamente. Você também pode redefinir manualmente clicando no botão Redefinir, conforme mostrado na foto anterior.

 Anemômetro: Anemômetro Davis

 UVIndex: SI1145

Etapa 8: ESPECIFICAÇÕES E PAINEL SOLAR (MAIS INFORMAÇÕES SOBRE O GITHUB NO MANUAL)

Consumo: Dispositivo 1 = 19mA em média se o tempo de upload for 90 segundos.

Dispositivo 3 = 2mA em média se sempre atualizado automaticamente.

Bateria DISPOSITIVO 1: 3,7 V 21700 Bateria de lítio (recomendado 5000mAh) (Autonomia sem sol 8 dias *)

AVISO: Tenha cuidado com a bateria de lítio com alta temperatura (mais de 45C), a caixa à prova de intempéries deve ser colocada na sombra. Além disso, se a temperatura negativa de -10C ocorrer com frequência ou a condição abaixo de 0 persistir por muito tempo ou ocorrer uma temperatura negativa extrema (por exemplo -20C), será necessária uma bateria específica para temperatura fria. Neste caso, o PCB precisará ser modificado para uma bateria 18650 resistente ao frio -40C com menos capacidade (2900mAh). A autonomia sem sol será de 5 dias. * Sem sol significa escuridão total, um dia nublado claro não significa nenhuma energia solar, mas também não pode ser contado como dia ensolarado.

 Bateria DISPOSITIVO 3: 3.7 V 18650 Bateria de lítio (Recomendado 3000mAh) (Autonomia sem recarga 6 semanas)

 Painel Solar 6-20V (6V fortemente recomendado)

Watt dependendo da sua localização do Global Solar Atlas. Com menos de 1500 kWh / m2, a estação meteorológica não pode funcionar de forma autônoma. Se o modo de hibernação for usado, um painel solar menor, menor do que o mínimo, será suficiente. (VER FOTO) PERGUNTE SE PRECISA DA FÓRMULA PARA O CÁLCULO DO TAMANHO DO PAINEL SOLAR.

 O comprimento do cabo para a série SHT3x não deve exceder 3m

 O comprimento do cabo para as séries SHT1x e SHT7x não deve exceder 10m

Etapa 9: SOLUÇÃO DE PROBLEMAS E CONTATOS

Se um dos DISPOSITIVOS não estiver funcionando como esperado, será necessário REINICIAR. Retire o conector da bateria ou remova a bateria e reinicie o dispositivo se RESET não funcionar.

Para o DISPOSITIVO 1, SEMPRE coloque primeiro a bateria e depois o conector do painel solar.

 Se o DISPOSITIVO 3 mostra 100% durante a recarga, isso é normal no momento, porque a placa não tem um IC específico para o estado de carga, então é influenciado pela resistência interna da célula.

 Outras questões relacionadas com problemas, por favor contacte-me.

CONTATOS Para discutir sobre como solicitar a estação meteorológica ou a fonte do material, envie um e-mail para Eugenio [email protected]

Fórum do tópico LineaMeteo: Strumenti meteo:: Stazione Meteo Completa WiFi Con ESP8266 E ESP32 E Arduino! (lineameteo.it)