Estação meteorológica solar: 5 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Você sempre quis informações em tempo real sobre o clima do seu quintal? Agora você pode comprar uma estação meteorológica na loja, mas essas geralmente requerem baterias ou precisam ser conectadas a uma tomada. Esta estação meteorológica não precisa ser conectada à rede porque possui painéis solares que giram em direção ao sol para maior eficiência. Com seus módulos RF, ele pode transferir dados da estação externa para um Raspberry Pi dentro de sua casa. O Raspberry Pi hospeda um site no qual você pode visualizar os dados.

Etapa 1: Reúna os materiais

Materiais

• Raspberry Pi 3 modelo B + + adaptador + cartão micro SD de 16 GB
• Arduino Uno
• Arduino Pro Mini + FTDI basic breakout
• 4 painéis solares 6V 1W
• 4 18.650 baterias
• Booster 5v
• 4 carregadores de bateria TP 4056
• Sensor de temperatura e umidade Adafruit DHT22
• Sensor de pressão barométrica BMP180
• 4 LDR
• Receptor e transmissor RF 433
• 2 motores de passo Nema 17
• 2 drivers de motor de passo DRV8825
• lcd 128 * 64
• Muitos fios

Ferramentas e materiais

• Cola
• Placas de madeira
• Serra
• Parafusos + chave de fenda
• Fita adesiva
• 2 tiras de alumínio

Etapa 2: Projeto Mecânico

O corpo da estação meteorológica é feito de compensado. Você não precisa usar madeira, você pode fazer com qualquer material de sua preferência. Para os suportes do motor, fiz um furo inteiro em um bloco de madeira e depois aparafusei um parafuso plano no eixo do motor, que funciona melhor do que eu esperava. Dessa forma, você não precisa imprimir em 3D um suporte de motor e é fácil de fazer. Então dobrei 2 tiras de alumínio para manter os motores bem firmes. Em seguida, cortei uma prancha e fiz furos nela para os painéis solares. Em seguida, cole os painéis solares nele e solde os fios nos painéis solares. Em seguida, você também precisará fazer uma cruz de material preto. Se você não tiver nada preto, pode usar fita preta. Essa cruz conterá um LDR em cada canto para que o Arduino possa comparar as medições do LDR e calcular em que direção ele precisa virar. Portanto, faça furos minúsculos em cada canto para que você possa colocar um LDR lá. Tudo o que resta fazer agora é fazer uma placa de base e algo para colocar os componentes eletrônicos. Para a placa de base, você precisará perfurar um todo para passar todos os fios pela calha. Para as medições, não vou lhe dar nenhuma, porque realmente depende de como você deseja projetar isso. Se você tiver outros motores ou outros painéis solares, terá que calcular as medições sozinho.

Etapa 3: Projeto elétrico

Poder

Todo o sistema funciona com baterias (exceto o Raspberry Pi). Coloquei 3 baterias em série. 1 A bateria tem em média 3,7 V, portanto, 3 em série fornecem cerca de 11 V. Este pacote de bateria 3s é usado para os motores e o transmissor RF. A outra bateria restante é usada para alimentar o Arduino Pro Mini e os sensores. Para carregar as baterias, usei 4 módulos TP4056. Cada bateria possui 1 módulo TP4056, cada módulo é conectado a um painel solar. Como o módulo tem B (entrada) e B (saída), posso carregá-los separadamente e descarregá-los em série. Certifique-se de comprar os módulos TP4056 corretos porque nem todos os módulos têm B (entrada) e B (saída).

Conrtol

O Arduino Pro Mini controla os sensores e os motores. O pino bruto e aterrado do Arduino é conectado ao amplificador de 5V. O booster de 5 V é conectado a uma única bateria. O Arduino Pro Mini tem um consumo de energia muito baixo.

Componentes

DHT22: Eu conectei este sensor ao VCC e aterramento, então conectei o pino de dados ao pino digital 10.

BMP180: Eu conectei este sensor no VCC e no Ground, conectei SCL no SCL no Arduino e SDA no SDA no Arduino. Tenha cuidado porque os pinos SCL e SDA no Arduino Pro Mini estão no meio da placa, então se você soldou os pinos à placa e os colocou em uma placa de ensaio, não funcionará porque você terá interferência de outros pinos. Soldei esses 2 pinos na parte superior da placa e conectei um fio diretamente a ela.

Transmissor RF: Eu conectei este ao pacote de bateria 3s para melhor sinal e maior alcance. Tentei conectar no 5V do Arduino mas aí o sinal de RF fica super fraco. Em seguida, conectei o pino de dados ao pino digital 12.

LDR: Eu conectei os 4 LDRs aos pinos analógicos A0, A1, A2, A3. Eu coloquei o LDR junto com um resistor de 1K.

Motores: Os motores são acionados por 2 módulos de controle DRV8825. Eles são muito úteis porque levam apenas 2 linhas de entrada (direção e passo) e podem produzir até 2A por fase para os motores. Eu os conectei aos pinos digitais 2, 3 e 8, 9.

LCD: Eu conectei o lcd ao Raspberry Pi para mostrar seu endereço IP. Usei um aparador para regular a luz de fundo.

Receptor RF: conectei o receptor ao Arduino Uno em 5V e aterramento. O receptor não deve levar mais de 5V. Em seguida, conectei o pino de dados ao pino digital 11. Se você encontrar uma biblioteca para esses módulos RF que funcione no Raspberry Pi, não precisará usar o Arduino Uno.

Raspberry Pi: O Raspberry Pi é conectado ao Arduino Uno por meio de um cabo USB. O Arduino passa os sinais de RF para o Raspberry Pi por meio de uma conexão serial.

Etapa 4: vamos começar a codificar

Para codificar o Arduino Pro Mini, você precisará do programador FTDI. Como o Pro Mini não tem porta USB (para economizar energia), você precisará dessa placa breakout. Programei o código no IDE do Arduino, acho que essa é a maneira mais fácil de fazer isso. Faça upload do código do arquivo e ele deve estar pronto para uso.

Para codificar o Arduino Uno, conectei-o ao meu computador por meio de um cabo USB. Depois de fazer upload do código, conectei-o ao Raspberry Pi. Também consegui alterar o código no Raspberry Pi porque instalei o IDE do Arduino e pude programá-lo a partir daí. O código é muito simples, ele pega a entrada do receptor e a envia pela porta serial para o Raspberry Pi.

Para codificar o Raspberry Pi, instalei o Raspbian. Em seguida, usei o Putty para me conectar a ele por meio de uma conexão SSH. Em seguida, configuro o Raspberry para que possa conectar-se a ele via VNC e, assim, ter uma GUI. Eu instalei um servidor web Apache e comecei a codificar o back-end e o front-end para este projeto. Você pode encontrar o código no github:

Etapa 5: Banco de dados

Para armazenar os dados, uso um banco de dados SQL. Fiz o banco de dados no MySQL Workbench. O banco de dados contém as leituras do sensor e os dados do sensor. Tenho 3 tabelas, uma para armazenar os valores do sensor com carimbos de data / hora, outra para armazenar informações sobre os sensores e a última para armazenar informações sobre os usuários. Não uso a tabela Usuários porque não codifiquei essa parte do projeto, pois não estava no meu MVP. Baixe o arquivo SQL, execute-o e o banco de dados estará pronto para uso.