Hallon Pi i det vilda! Utökad timelapse med batterikraft: 10 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:38

Motivation: Jag ville använda batteridriven Raspberry Pi-kamera för att ta bilder en gång om dagen utomhus för att skapa långsiktiga tidsfördröjningsvideor. Min speciella applikation är att registrera växttillväxt av markskydd under våren och sommaren.

Utmaning: Utforma lågström Raspberry Pi -strömkontroll för att säkerställa lång batteritid.

Min lösning: Jag använder en hackad väckarklocka, Attiny85 -krets och Pimoroni OnOff -mellanlägg för att helt bryta strömmen till Raspberry Pi när den inte används. Medan Attiny85 och väckarklockan fortsätter att köra i vänteläge är den nuvarande dragningen bara 5 mikroAmp. Två AAA -batterier driver både Attiny och väckarklocka, medan en USB -powerbank driver Pi.

Grundläggande användning: När väckarklockan går av väcker den en sovande Attiny -krets, som sedan signalerar Pimoroni OnOff -mellanlägg för att tillföra ström från USB -powerbank till Raspberry Pi. Pi kör ett skript som körs vid start (ta ett fotografi). Efter att tillräckligt lång tid har gått (60 sekunder i min ansökan), signalerar Attiny -kretsen igen Pimoroni OnOff -mellanlägg och sedan går Attiny in i viloläge. Baserat på signalen från Attiny, Pimoroni OnOff shim kör Pi -avstängningskommando, och efter att Pi -avstängningsprocessen är klar bryter strömmen från USB -powerbank till Raspberry Pi.

Steg 1: Delar och verktyg

Delar:

Raspberry Pi Zero eller Raspberry Pi Zero W (drar mer kraft)

Raspberry PI -kameramodul

Raspberry Pi Zero -fodral

Pimoroni ONOFF SHIM RASP PI POWER SWITCH, Digikey

OPTOISOLATOR Digikey

Batteridriven digital väckarklocka

ATtiny85 8 DIP Digikey

(2) CAP ALUM 100UF Digikey

DS3231 RTC -modul AliExpress

(2) 68 ohm motstånd

Kort (ca 6 tum) mikro -USB -kabel

Clear Box Amac SKU#: 60120. 4 "x 4" x 5-1/16 "h Behållarbutiken

Kmashi 11200 mAh USB Power Bank # k-mp806 eller liknande

Dubbelpinne

Liten självgängande skruv

(2) 1 X 8 -stifts kvinnliga stapelhuvuden - säljs vanligtvis en Arduino UNO stapelhuvud AliExpress

Perf- eller bandbräda ca 1 1/4 "x 2"

5 1/2 x 5/12 x 3/4 tjock tall eller plywood

1 1/4 PVC -rör ca 15 långt

1 1/4 PVC -koppling

(2) korta elastiska sladdar ca 10 långa

(4) 1/4 "dia. Träpinnar cirka 1" långa

UltraDeck Natural Post Sleeve Cap Menards

Verktyg:

Trådskärare och lödkolv

Arduino UNO eller annat sätt att programmera ATtiny85

Anslut tråd och hoppare

Tangentbord, mus, HDMI -skärm, USB -port och Ethernet -hubb, OTG -kabel

Mulitmeter

Steg 2: Installera Raspberry Pi OS, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC och Pi Camera Module

Pi Zero -installation. Förbered SD -kort för Raspberry Pi med distributionen du väljer. Under den första installationsprocessen, var noga med att aktivera I2C -gränssnitt, kamera och start till CLI med automatisk inloggning, ställ in rätt lokal tid och ändra ditt lösenord. Jag rekommenderar också att du konfigurerar en statisk IP -adress för att göra det lättare på vägen. Löd hanehuvud till Pi Zero. Du kan antingen använda standard 2 x 20 rubrik eller en kortare 2 x 6 rubrik, eftersom alla 40 stift inte krävs för detta projekt - bara de första 12 stiften.

Kamerainstallation. Sätt fast Pi Zero i fodralet och använd den medföljande korta bandkabeln för att ansluta kameramodulen till Pi Zero och dra ut kabelhöljet. Montera GPIO -höljet med hål och fäst kameran på höljet med tejp (se bild).

Förbered Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC. Även om Pimoroni OnOff Shim levereras med en 2 x 6 honahuvud använde jag istället två 1 x 6 hona "staplingshuvuden som vanligtvis säljs för Arduino UNO, men huvudstiften måste sträcka sig över Pimoroni OnOff -mellanlägget på Raspberry Pi -stiftplatser 1, 3, 5, 7, 9 kan de andra stiften skäras ner till standard stiftlängd. Skjut DS3231 RTC på de förlängda stiften som visas på bilden och tryck sedan Pimoroni OnOff Shim & DS3231 RTC-underenheten på Raspberry Pi-huvudstiften som visat.

Installera Pimoroni OnOff Shim -programvaran med:

curl https://get.pimoroni.com/onoffshim | våldsamt slag

För mer information om installation av Shim, titta här

Installera DS3231 RTC -programvaran enligt dessa instruktioner

Initiala tester - Kamera, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC

Anslut det lokala tangentbordet och bildskärmen till Pi Zero. Se till att du har en nätverksanslutning (Ethernet -kabel eller Wifi). Anslut USB -strömkabel Pimoroni OnOff Shim.

a. Tryck på Pimoroni OnOff Shim -tryckknappen i 3 sekunder och släpp sedan - detta slår på eller av Pi Zero. Observera start- och avstängningsprocessen på monitorn. Din Pi Zero har nu en avancerad teknikuppgradering - en strömbrytare!

b. Ställ in DS3231 -tiden och kontrollera att den läser upp rätt tid med:

sudo hwclock -w

sudo hwclock -r

c. Testa kamerafunktionen enligt dessa instruktioner.

Steg 3: Konfigurera Raspberry Pi Run-At-Boot Script och testkamera

Skapa och flytta till den nya zerocam -underkatalogen

mkdir zerocam

cd zerocam

Använd nanoredigeraren för att skapa en ny skriptfil

nano photo.sh

Kopiera sedan och klistra in nedanstående kod i nanoredigeraren. Stäng nano med Ctrl+X, Y och sedan Return.

#!/bin/bash

DATE = $ (datum +"%Y-%m-%d_%H%M") raspistill -o /home/pi/zerocam/$DATE.jpg convert -pointsize 80 -fill yellow -draw "text 570, 1800 ' $ (datum) '"/home/pi/zerocam/$DATE.jpg /home/pi/zerocam/$DATE.jpg

Eftersom detta skript använder kommandot convert måste du installera ImageMagick på Raspberry Pi

sudo apt-get uppdatering

sudo apt-get install imagemagick

Gör filen körbar

chmod +x photo.sh

Öppna /etc/rc.local (kommandon i den här filen körs vid start)

sudo nano /etc/rc.local

Nära botten av filen, strax före exit 0 -sats lägger du till den nya raden och stänger sedan nano med Ctrl+X, Y och sedan Return.

sh /home/pi/zerocam/photo.sh

Med en lokal bildskärm ansluten, testa att den fungerar

sudo starta om

Pi bör starta om och ta ett foto. Det kommer att finnas en ny-j.webp

Testa också att slå på och av Pi med Pimoroni -knapp. Mät och registrera Pi -starttiden. Det bör vara mindre än 60 sekunder.

Steg 4: Hacka väckarklocka

Observera som producerad funktion - Installera två AAA -batterier i väckarklockan och öva på att ställa in tid och larm enligt de medföljande instruktionerna. Var särskilt uppmärksam på att larmet ljuder - du bör se (1) displayens lilla larmsymbol blinka, (2) summern låter i 1 minut och stängs sedan av och (3) LED -lampan för bakgrundsbelysningen tänds i 5 sekunder och släcks sedan.

Demontera - Ta bort de fyra skruvarna från klockan bakåt för att separera de två halvorna, ta sedan bort ytterligare fyra skruvar för att frigöra huvudkortet.

Hacka - Klipp LED -kablarna på framsidan av kretskortet som visas och löd till 5 långa ledningar till de återstående ledningarna på baksidan av kretskortet (se illustration). Avlöd summern enligt bilden.

Till batterifackets terminaler lägg till ytterligare två ledningar (röda och svarta) plus en 100MFD elektrolytkondensator enligt bilden (observera polaritet).

Sätt tillbaka klockan och se till att LED och nytt batteri leder ut de bakre luckans hållarspår som visas.

Testa igen - Sätt i batterier och testa larmfunktionen - nu när larmet går ska du se displayens lilla larmsymbol blinka - men ingen summer och ingen bakgrundsbelysning. Anslut en multimätare till LED -ledningar, du bör upptäcka cirka 3 VDC när larmet går från cirka 5 sekunder.

Steg 5: Bygg Attiny85 kretskort

Med hänvisning till fotot och Attiny85 Schematic.pdf konstruera kretskortet på en liten bit perf eller strip board. Anmärkningar:

• Var noga med att använda ett 8 -stifts DIP -uttag för Attiny85 -chipet eftersom det måste tas bort för programmering.
• Säkerställ korrekt riktning av Optos före lödning.
• Bygel leder till Pimoroni Shim ska vara minst 4 tum lång med honhuvuden för att fästa Shims BTN -hanstiften.
• Observera polaritet när du gör anslutningar med larmklick - kretsen har inget omvänd polaritetsskydd

Steg 6: Ladda upp kod till Attiny 85 Chip

Ladda upp koden (filen AttinyPiPowerControl.ino bifogad) med ett Arduino Uno eller på annat sätt till ditt Attiny85 -chip. Observera - den här koden tillåter 60 sekunder för PI att starta, ta ett foto och komma till kommandotolken innan terminalen stängs av. Du kan sedan installera Attiny85 -chipet i kretskortsuttaget - dubbelkolla riktningen.

Obs: Om du behöver mer eller mindre Pi -körning, redigerar du bara den här raden längst ner:

fördröjning (60000); // låt Pi starta och köra en stund

Steg 7: Anslutning och första test och nedladdning av fotofiler från PI

Kabeldragning:

Anslut USB -powerbank till mikro -usb -porten på Pimoroni shim. Anslut bygelkablar från Attiny85 kretskort till Pimoroni mellanlägg, se till att den svarta ledningen ansluter till den yttersta kantn BTN -stiftet på Pimoroni mellanlägg.

Testa:

Installera 2 AAA -batterier i väckarklockan och ställ in klockan. Jag rekommenderar att du också ansluter Pi: s HDMI -port till en lokal bildskärm.

Slå på larmet och ställ in ett larm några minuter in i framtiden. När larmet går ska du se:

a. Klocklarmikonen börjar blinka

b. Efter cirka 5 sekunder tänds Pimoroni Shim röd lysdiod i 5 sekunder

c. Pi börjar starta upp

d. Efter cirka 20 sekunder tänds kamerans LED och ett foto tas. Om du har en lokal bildskärmsanslutning ser du en kort förhandsvisning av fotot som tagits.

e. Efter ytterligare 40 sekunder startar Pi ända upp till kommandotolken

f. Pi startar avstängningsprocessen, efter cirka 20 sekunder blinkar den röda lysdioden för Pimoroni Shim som indikerar att strömmen är avbruten till PI

Ladda ner fotofiler från PI

Jag ansluter PI till mitt nätverk med hjälp av OTG -kabel och USB till ethernetadapter, som driver Pi från väggvårta. Använd sedan WinSCP för att ladda ner filer till min dator.

Steg 8: Montera elektronikskåp

Fäst kretskortet Attiny85 på baksidan av väckarklockan med en liten självgängande skruv. Fäst PI på klockan med hjälp av dubbelpinne som visas

Fäst klockan på vänster sida för att visa fodralets botten med tejp

Anslut USB -powerbanken till displayens botten med tejp som visas.

Placera det övre fodralet över vitrines botten enligt bilden.

Steg 9: Konstruera monteringspinne, slutmontering och släpp PI i naturen

Bottenstycke: I en 5 1/2 X 5 1/2 bit trä, skär 4 slitsar 3/4 "inåt från varje sida enligt bilden. Jag använde en 1/4 fräsbit, men du kan också borra och såga. I mitten gör ett hål för 1 1/4 PVC -koppling. Idealisk hålstorlek är 1 5/8 ", men eftersom jag bara hade en 1 3/4" hålsåg, använde jag det och byggde upp koppling OD med andtejp. Lim koppling på plats med epoxi.

Centrera elektronikhöljet ovanför träklossen och markera dess kontur. Borra sedan fyra 1/4 hål längs varje sida enligt bilden. Limma fyra 1 "långa 1/4" dia wood pluggar i dessa hål - detta hjälper till att hålla höljet centrerat.

Toppstycke: borra fyra 3/16 "hål nära den nedre kanten av varje storlek och sätt in 3/4" långa S-krokar i varje hål och böj ändarna stängda så att de inte ramlar av. På insidan kanter varmt lim 4 fyra 1/2 tjocka träskivor - dessa hjälper till att hålla toppstycket centrerat ovanför höljet.

Slutmontering: Smörj in elektronikhöljet mellan topp- och bottenstycken och säkra med två bungee -sladdar som visas

Släpp PI i naturen: Gör en monteringspinne genom att skära 1 1/4 PVC -rör med en längd som passar dina ändamål. Jag är intresserad av marktäckande växttillväxt (Vinea minor) i våras och min PVC -insats är därför bara 15 tum lång. Dubbelkolla att AAA -batterierna är färska, att USB -powerbanken är fulladdad och att väckarklockan är korrekt inställd - slå sedan insatsen i marken och glid enheten ovanpå monteringsposten - se bilden.

Steg 10: Aktuella mätningar och accelererat batteritest

Jag mätte ström med Radio Shack RS-232 Multimeter (22-812) och medföljande Meter View-programvara. Inte djurets val, men det är vad jag har.

Mätning av strömförbrukning från två AAA -batterier driver Attiny85 -kortet och väckarklocka

Till "seriekoppling" -multimeter använde jag dummy -batterier och 3 VDC -strömförsörjning (se bild). Se diagram över strömmen mätt under den "aktiva" perioden (börjar med larmhändelse - slutar med att Attiny85 återgår till viloläge). Icke-larmdragning var konstant 0,0049 mA. Sammanfattning -

Aktiv period = 78 sekunder

Aktiv period Genomsnittligt Ström = 4,85 mA

Icke-larmström = 4,9 microA (0,0049 mA)

Jag beräknade en genomsnittlig daglig strömförbrukning på 0,0093 mA från de två AAA (750 mAh/vardera) med tanke på sovande och aktiva lägen, och teoretisk batteritid> 8 år med denna metod.

Mätning av PI strömdragning från USB powerbank. Till "seriekoppling" multimeter använde jag en modifierad usb -kabel (se foto). Se diagram över ström uppmätt under den "aktiva" perioden (PI -start - PI -avstängning). Under icke-aktiv period bryter Pimoroni ONOFF shim helt strömmen till Pi, så nuvarande dragning ~ noll. Sammanfattning -

Aktiv period = 97 sekunder

Aktiv period Genomsnittligt Ström = 137 mA

Om vi antar en 11200 mAh powerbank är det teoretiska antalet aktiva periodcykler> 3000.

Snabbare batteritidstest

Jag kontrollerade tillfälligt PI med Arduino UNO programmerad för snabb cykling - tiden mellan larm var 2 minuter kontra de normala 24 timmarna.

Test nr 1: 11200mAh powerbank. Började kl 22 och jag stannade kl 13 dagen efter. Resultat: 413 bilder tagna, 3 av 4 laddningsnivåer lyser fortfarande vid testets slut.

Test nr 2: 7200mAh powerbank. Började 19:30 och jag stannade 16:30 följande dag. Resultat: 573 bilder tagna, 2 av 4 laddningsnivå -LED fortfarande på vid testets slut.

Slutsats: Jag tror att ovanstående resultat indikerar att minst ett års operation som tar 1 per foto är troligt.