Lengkap Stasiun Cuaca DIY Raspberry Pi Dengan Perangkat Lunak

Kembali pada akhir Februari saya melihat posting ini di situs Raspberry Pi.

//www.raspberrypi.org/school-weather-station -...

Mereka telah menciptakan Stasiun Cuaca Raspberry Pi untuk Sekolah. Saya benar-benar menginginkannya! Tetapi pada saat itu (dan saya percaya masih menulis ini) mereka tidak tersedia untuk umum (Anda harus berada dalam kelompok penguji pilih). Yah, saya ingin dan saya tidak ingin menghabiskan ratusan dolar untuk sistem pihak ke-3 yang ada.

Jadi, seperti pengguna yang baik dan dapat diajari, saya memutuskan untuk membuatnya sendiri !!!

Saya melakukan sedikit riset dan menemukan beberapa sistem komersial yang baik yang bisa saya gunakan untuk menambang. Saya menemukan beberapa Instructables yang baik untuk membantu dengan beberapa konsep Sensor atau Raspberry PI. Saya bahkan menemukan situs ini, yang berbayar kotor, mereka telah merobohkan sistem Maplin yang ada:

//www.philpot.me/weatherinsider.html

Maju cepat sekitar sebulan dan saya memiliki sistem kerja dasar. Ini adalah sistem lengkap Raspberry Pi Weather dengan hanya perangkat keras Raspberry Pi dasar, kamera, dan beberapa sensor analog dan digital yang beragam untuk melakukan pengukuran kami. Tanpa membeli anemometer atau pengukur hujan buatan, kami membuatnya sendiri! Ini fitur-fiturnya:

  • Merekam info ke RRD dan CSV, sehingga dapat dimanipulasi atau diekspor / diimpor ke format lain.
  • Gunakan Weather Underground API untuk mendapatkan info keren seperti tertinggi dan terendah historis, fase bulan, dan matahari terbit / terbenam.
  • Menggunakan Kamera Raspberry Pi untuk mengambil gambar satu menit sekali (Anda kemudian dapat menggunakannya untuk membuat timelapses).
  • Memiliki halaman web yang menampilkan data untuk kondisi saat ini dan beberapa riwayat (jam terakhir, hari, 7 hari, bulan, tahun). Tema situs web berubah seiring waktu (4 pilihan: matahari terbit, matahari terbenam, siang dan malam).

Semua perangkat lunak untuk merekam dan menampilkan informasi dalam Github, saya bahkan telah melakukan beberapa pelacakan bug, permintaan fitur di sana juga:

//github.com/kmkingsbury/raspberrypi-weather ...

Proyek ini adalah pengalaman belajar yang luar biasa bagi saya, saya harus benar-benar menyelami kemampuan Raspberry Pi terutama dengan GPIO, dan saya mencapai beberapa poin yang menyakitkan juga. Saya harap Anda, pembaca, dapat belajar dari beberapa cobaan dan kesengsaraan saya.

Langkah 1: Bahan

Elektronik:

  • 9 Reed Switches (8 untuk Arah Angin, 1 untuk Gauge Hujan, opsional 1 untuk kecepatan angin, bukan Sensor Hall), saya menggunakan ini: //amzn.to/2RExNkT
  • 1 Hall Sensor (untuk Kecepatan Angin, disebut anemometer) - //amzn.to/38tIQTK
  • Temperatur (//amzn.to/2RIHf6H)
  • Kelembaban (banyak sensor Kelembaban datang dengan sensor Suhu), saya menggunakan DHT11: //amzn.to/2PapjQU
  • Tekanan (BMP datang dengan sensor suhu di dalamnya juga), saya menggunakan BMP180, //www.adafruit.com/product/1603, produk ini sekarang dihentikan tetapi ada yang setara dengan BMP280 (// amzn. ke / 2E8nmhi)
  • Photoresistor (//amzn.to/2seQFwd)
  • Chip GPS atau GPS USB (//amzn.to/36tZZv3).
  • 4 magnet kuat (2 untuk anemometer, 1 untuk Arah, 1 untuk Rain Gauge), saya menggunakan magnet tanah jarang, sangat disarankan) (//amzn.to/2LHBoKZ).
  • Sejumlah kecil resistor, saya memiliki paket ini yang telah terbukti sangat berguna dari waktu ke waktu: //www.sparkfun.com/products/10969
  • MCP3008 - untuk mengonversi input analog ke digital untuk Raspberry Pi - //amzn.to/38rtLCa

Perangkat keras

  • Raspberry Pi - Saya awalnya menggunakan 2 dengan adaptor nirkabel, sekarang dapatkan 3 B + kit dengan adaptor daya juga. (//amzn.to/2P76Mop)
  • Pi Camera //amzn.to/2LGDFGz
  • Adaptor daya 5V yang solid (ini ternyata sangat menyebalkan, saya akhirnya mendapatkan Adafruit, jika tidak, kamera menarik terlalu banyak jus dan dapat / akan menggantung Pi, ada di sini: //www.adafruit.com/products/501 )

Bahan:

  • 2 Thrust Bearings (atau bantalan skateboard atau sepatu roda juga bisa digunakan), saya dapat ini di Amazon: //amzn.to/2siMwra
  • 2 Waterproof Enclosures (saya menggunakan kandang listrik dari toko kotak besar lokal), tidak masalah, hanya perlu menemukan kandang ukuran baik yang akan memiliki ruang yang cukup dan melindungi semuanya).
  • Beberapa Pipa PVC dan End Caps (berbagai ukuran).
  • Kurung pemasangan PVC
  • Sepasang plexiglass tipis (tidak terlalu mewah).
  • kebuntuan plastik
  • sekrup mini (saya menggunakan baut dan mur nomor 4).
  • 2 Hiasan Pohon Natal Plastik - digunakan untuk anemometer, saya mendapatkan milik saya di Lobi Hobi setempat.
  • Pena kecil
  • Sepotong kecil kayu lapis.

Alat:

  • Dremel
  • Lem tembak
  • Baut pateri
  • Multimeter
  • Bor

Langkah 2: Kandang Utama - Pi, GPS, Kamera, Cahaya

Kandang utama menampung PI, Kamera, GPS, dan sensor cahaya. Ini dirancang agar tahan air karena menampung semua komponen penting, pengukuran diambil dari kandang jarak jauh dan yang dirancang untuk terbuka / terbuka ke elemen.

Langkah:

Pilih penutup, saya menggunakan kotak sambungan listrik, berbagai kotak proyek dan kotak tahan air akan berfungsi dengan baik. Poin utamanya adalah ia memiliki ruang yang cukup untuk menampung semuanya.

Enklosur saya mengandung:

  • The raspberry pi (on standoffs) - Membutuhkan chip WIFI, tidak ingin menjalankan Cat5e ke halaman belakang!
  • Kamera (juga siaga)
  • Chip GPS, terhubung melalui USB (menggunakan kabel FTDI sparkfun: //www.sparkfun.com/products/9718) - GPS menyediakan garis lintang dan bujur, yang bagus, tetapi yang lebih penting, saya bisa mendapatkan waktu yang akurat dari GPS !
  • dua jack ethernet / cat 5 untuk menghubungkan enclosure utama ke enclosure lain yang menampung sensor lainnya. Ini hanya cara yang nyaman untuk memiliki kabel di antara dua kotak, saya memiliki sekitar 12 kabel, dan kedua cat5 menyediakan 16 kemungkinan koneksi, jadi saya punya ruang untuk memperluas / mengubah hal-hal di sekitar.

Ada jendela di bagian depan selungkupku agar Kamera tidak bisa melihat. Kasing dengan jendela ini melindungi kamera, tetapi saya memang memiliki masalah di mana lampu merah mengarah pada kamera (saat mengambil foto) memantulkan plexiglass dan muncul di foto. Saya menggunakan beberapa pita hitam untuk mengurangi ini dan mencoba dan memblokirnya (dan LED lain dari Pi dan GPS), tetapi belum 100%.

Langkah 3: 'Kandang Jarak Jauh' untuk Suhu, Kelembaban, Tekanan

Di sinilah saya menyimpan sensor Suhu, Kelembaban, dan Tekanan serta "kait" untuk pengukur hujan, arah angin dan sensor kecepatan angin.

Semuanya sangat mudah, pin di sini terhubung melalui kabel ethernet ke pin yang diperlukan pada Raspberry Pi.

Saya mencoba menggunakan sensor Digital di mana saya bisa dan kemudian setiap Analog ditambahkan ke MCP 3008 dibutuhkan hingga 8 analog yang lebih dari cukup untuk kebutuhan saya, tetapi memberi ruang untuk meningkatkan / memperluas.

Penutup ini terbuka ke udara (harus untuk suhu, kelembaban dan tekanan yang akurat). Lubang-lubang bawahnya muncul, jadi saya memberikan beberapa rangkaian semprotan semprotan Silicone Conformal Coating (Anda bisa mendapatkannya secara online atau di tempat seperti Fry's Electronics). Semoga itu harus melindungi logam dari kelembaban, meskipun Anda harus berhati-hati dan tidak menggunakannya pada beberapa sensor.

Bagian atas penutup juga merupakan tempat yang cocok dengan sensor kecepatan angin. Itu adalah melemparkan, saya bisa menempatkan kecepatan angin atau arah angin di atas, saya tidak melihat kelebihan utama dari satu di atas yang lain. Secara keseluruhan Anda ingin kedua sensor (kecepatan dan kecepatan angin) cukup tinggi di mana bangunan, pagar, rintangan tidak mengganggu pengukuran.

Langkah 4: Rain Gauge

Saya kebanyakan mengikuti instruksi ini untuk membuat ukuran aktual:

//www.instructables.com/id/Arduino-Weather-St ...

Saya membuat ini dari plexiglass sehingga saya bisa melihat apa yang sedang terjadi dan saya pikir itu akan keren. Secara keseluruhan plexiglass bekerja dengan baik, tetapi dikombinasikan dengan Gluegun, sealant karet dan pemotongan dan pengeboran secara keseluruhan, plexiglass tidak terlihat asli, bahkan dengan film pelindung.

Poin-poin penting:

  • Sensor adalah saklar buluh sederhana dan magnet diperlakukan seperti tombol tekan dalam kode RaspberryPi, saya menghitung sederhana ember dari waktu ke waktu dan kemudian membuat konversi nanti menjadi "inci hujan".
  • Buat cukup besar untuk menampung cukup air sampai ke ujung, tetapi tidak terlalu banyak sehingga perlu banyak untuk memberi tip. Pass pertama saya, saya membuat setiap nampan tidak cukup besar sehingga akan mengisi dan mulai mengeringkan tepi sebelum terbalik.
  • Saya juga menemukan bahwa air sisa dapat menambah kesalahan pada pengukuran. Artinya, benar-benar kering butuh X tetes untuk mengisi sisi dan ujungnya, setelah basah butuh Y tetes (yang kurang dari X) untuk mengisi dan memberi tip. Bukan jumlah yang besar tetapi mulai berpengaruh ketika mencoba untuk mengkalibrasi dan mendapatkan pengukuran "1 beban yang baik sama dengan berapa banyak".
  • Seimbangkan itu, Anda bisa menipu dengan menambahkan lem gluegun ke ujung di bawahnya jika satu sisi jauh lebih berat dari yang lain, tetapi Anda membutuhkannya sedekat mungkin dengan keseimbangan.
  • Anda dapat melihat di foto saya menyiapkan rig pengujian kecil menggunakan beberapa spons dan tempat kayu untuk menguji dan membuatnya seimbang dengan benar sebelum menginstal.

Langkah 5: Arah Angin

Ini adalah baling-baling cuaca sederhana. Saya mendasarkan elektronik dari sistem Maplin:

//www.philpot.me/weatherinsider.html

Poin-Poin Utama:

  • Ini adalah sensor analog. Delapan reed switch yang dikombinasikan dengan berbagai resistor membagi output menjadi potongan-potongan sehingga saya dapat mengidentifikasi koordinat sensor dengan nilai. (Konsep ini dijelaskan dalam instruksi ini: //www.instructables.com/id/Accessing-5-button ...
  • Setelah mengacaukan bagian baling-baling cuaca Anda perlu mengkalibrasi sehingga "arah ini adalah apa yang menunjuk ke utara".
  • Saya membuat rig uji dengan kayu sehingga saya bisa dengan mudah masuk dan keluar resistor yang mencakup berbagai nilai bagi saya, itu sangat membantu!
  • Saya menggunakan dorong bantalan, itu baik-baik saja, saya yakin skateboard biasa atau bantalan rollerskate akan sama baiknya.

Langkah 6: Kecepatan Angin

Yang ini saya sekali lagi beralih ke komunitas Instructable dan menemukan dan mengikuti instruksi ini:

//www.instructables.com/id/Data-Logging-Anemo ...

Poin-poin penting:

  • Anda dapat menggunakan sensor hall atau beralih ke sensor buluh juga. Sensor hall lebih merupakan sensor analog sehingga jika Anda menggunakannya dengan cara digital, seperti menekan tombol, Anda perlu memastikan pembacaan / tegangan cukup tinggi sehingga berfungsi seperti penekanan tombol yang sebenarnya, daripada tidak cukup. .
  • Ukuran cawan sangat penting, demikian juga panjang tongkat! Awalnya saya menggunakan bola ping pong dan ukurannya terlalu kecil. Saya juga meletakkannya di tongkat panjang yang juga tidak berfungsi. Saya menjadi sangat frustrasi dan kemudian menemukan instruksi itu, Ptorelli melakukan pekerjaan dengan baik menjelaskan dan itu membantu saya ketika desain asli saya tidak bekerja juga.

Langkah 7: Perangkat Lunak

Perangkat lunak ditulis dengan Python untuk merekam data dari sensor. Saya menggunakan beberapa perpustakaan Git pihak ke-3 dari Adafruit dan yang lainnya untuk mendapatkan informasi dari sensor dan GPS. Ada juga beberapa pekerjaan cron yang menarik beberapa informasi API juga. Sebagian besar dijelaskan / diuraikan dalam dokumentasi Git di docs / install_notes.txt

Perangkat lunak web dalam PHP untuk menampilkannya di halaman web sementara juga menggunakan YAML untuk file konfigurasi dan tentu saja alat RRD untuk menyimpan dan membuat grafik data.

Ini menggunakan Weather Underground API untuk mendapatkan beberapa data menarik yang tidak dapat ditarik oleh sensor: Rekam Hi dan Lows, Fase Bulan, Matahari Terbit dan Matahari Terbit, ada juga Pasang yang tersedia di API mereka, yang saya pikir sangat rapi, tapi saya tinggal di Austin TX yang sangat jauh dari air.

Semua itu tersedia di Github dan dikelola secara aktif dan saat ini sedang digunakan karena saya semakin memperbaiki dan mengkalibrasi sistem saya sendiri, sehingga Anda dapat mengirimkan permintaan fitur dan laporan bug juga.

Perangkat lunak mengalami perubahan tema tergantung pada waktu hari, ada 4 tahap. Jika waktu saat ini adalah + atau - 2 jam dari matahari terbit atau terbenam maka Anda akan mendapatkan tema matahari terbit dan terbenam, masing-masing (saat ini hanya latar belakang yang berbeda, saya mungkin akan melakukan berbagai font / warna perbatasan di masa mendatang). Demikian juga di luar rentang tersebut memberikan tema siang atau malam.

Terima kasih telah membaca, Jika Anda ingin melihat lebih banyak foto dan video proyek saya daripada melihat Instagram dan Saluran YouTube saya.

Artikel Terkait