Komplett DIY Raspberry Pi -väderstation med programvara: 7 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:41

I slutet av februari såg jag det här inlägget på Raspberry Pi -webbplatsen.

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

De hade skapat Raspberry Pi -väderstationer för skolor. Jag ville helt ha en! Men vid den tidpunkten (och jag tror fortfarande när de skriver detta) är de inte offentligt tillgängliga (du måste vara i en utvald grupp testare). Tja, jag ville fortsätta och jag kände inte för att få ut hundratals dollar för ett befintligt tredjepartssystem.

Så, som en bra instruerbar användare, bestämde jag mig för att göra min egen !!!

Jag gjorde lite research och hittade några bra kommersiella system som jag kunde basera mina på. Jag hittade några bra instruktioner för att hjälpa till med några av Sensor- eller Raspberry PI -koncepten. Jag hittade till och med den här webbplatsen, som var lönesmuts, de hade rivit ett befintligt Maplin -system:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Spola framåt ungefär en månad och jag har ett grundläggande arbetssystem. Detta är ett komplett Raspberry Pi Weather -system med bara Raspberry Pi -hårdvaran, kameran och några analoga och digitala sensorer för att göra våra mätningar. Inga köp av färdiga vindmätare eller regnmätare, vi gör våra egna! Här är dess funktioner:

• Spelar in information till RRD och CSV, så kan manipuleras eller exporteras/importeras till andra format.
• Använder Weather Underground API för att få cool information som historiska toppar och dalar, månfaser och soluppgång/solnedgång.
• Använder Raspberry Pi -kameran för att ta en bild en gång i minuten (du kan sedan använda dem för att göra tidsförlopp).
• Har webbsidor som visar data för de aktuella förhållandena och några historiska (senaste timmen, dagen, 7 dagarna, månaden, året). Webbplatsens tema ändras med tiden på dagen (4 alternativ: soluppgång, solnedgång, dag och natt).

All programvara för registrering och visning av informationen finns i en Github, jag har till och med gjort en del buggspårning, funktionsförfrågningar också där:

github.com/kmkingsbury/raspberrypi-weather…

Detta projekt var en stor inlärningsupplevelse för mig, jag fick verkligen dyka in i Raspberry Pi: s möjligheter, särskilt med GPIO, och jag träffade också några inlärningssmärta. Jag hoppas att du, läsaren, kan lära av några av mina prövningar och svårigheter.

Steg 1: Material

Elektronik:

• 9 Reed Switches (8 för vindriktningen, 1 för regnmätaren, valfritt 1 för vindhastigheten istället för en hallsensor), jag använde dessa:
• 1 hallsensor (för vindhastigheten, kallad en vindmätare) -
• Temperatur (https://amzn.to/2RIHf6H)
• Luftfuktighet (massor av fuktsensorer kommer med en temperatursensor), jag använde DHT11:
• Tryck (BMP kom också med en temperatursensor), jag använde BMP180, https://www.adafruit.com/product/1603, den här produkten är nu avbruten men det finns en motsvarighet till BMP280 (https://amzn.to/2E8nmhi)
• Fotoresistor (https://amzn.to/2seQFwd)
• GPS -chip eller USB GPS (https://amzn.to/36tZZv3).
• 4 starka magneter (2 för vindmätare, 1 för riktning, 1 för regnmätare), jag använde de sällsynta jordartsmagneterna, rekommenderas starkt) (https://amzn.to/2LHBoKZ).
• En handfull olika motstånd, jag har det här paketet som har visat sig vara mycket praktiskt över tid:

• MCP3008 - för att konvertera analoga till digitala ingångar för Raspberry Pi -

Hårdvara

• Raspberry Pi - Jag använde ursprungligen 2: an med en trådlös adapter, nu får jag också 3 B+ -satsen med strömadapter. (https://amzn.to/2P76Mop)
• Pi -kamera
• En rejäl 5V nätadapter (detta visade sig vara smärtsamt irriterande, jag fick så småningom Adafruit, annars drar kameran för mycket juice och kan/kommer att hänga upp Pi, den är här: https://www.adafruit.com/products /501)

Material:

• 2 trycklager (eller skateboard- eller rullskridslager kommer också att fungera), jag fick dessa på Amazon:
• 2 Vattentäta höljen (jag använde ett elektriskt hölje från den lokala stora lådbutiken), spelar ingen roll, behöver bara hitta ett hölje av bra storlek som ska ha tillräckligt med utrymme och skydda allt).
• Några PVC -rör och ändlock (olika storlekar).
• Fästen i PVC
• Par ark tunn tunn plexiglas (inget för tjusigt).
• plastavstånd
• miniskruvar (jag använde #4 bultar och muttrar).
• 2 Julgranprydnad i plast - används för vindmätaren, jag fick min i den lokala hobbylobbyn.
• Liten plugg
• Liten bit plywood.

Verktyg:

• Dremel
• Limpistol
• Lödkolv
• Multimeter
• Borra

Steg 2: Huvudkapsling - Pi, GPS, kamera, ljus

Huvudkapslingen rymmer PI, kameran, GPS: n och ljussensorn. Den är konstruerad för att vara vattentät eftersom den rymmer alla kritiska komponenter, mätningarna tar från fjärrkontrollen och att den är utformad för att vara exponerad/öppen för elementen.

Steg:

Välj ett hölje, jag använde en elektrisk kopplingsdosa, olika projektlådor och vattentäta fodral fungerar lika bra. Huvudpunkten är att det har tillräckligt med utrymme för att rymma allt.

Min bilaga innehåller:

• Raspberry pi (on standoffs) - Behöver ett WIFI -chip, vill inte köra Cat5e in på bakgården!
• Kameran (även på avstånd)
• GPS -chipet, anslutet via USB (med hjälp av en sparkfun FTDI -kabel: https://www.sparkfun.com/products/9718) - GPS: n ger latitud och longitud, vilket är trevligt, men ännu viktigare, jag kan få exakt tid från GPS: en!
• två ethernet/cat 5 -uttag för att ansluta huvudhöljet till det andra höljet som rymmer de andra sensorerna. Detta var bara ett bekvämt sätt att ha kablar mellan de två lådorna, jag har ungefär 12 ledningar och de två cat5 ger 16 möjliga anslutningar, så jag har utrymme att utöka/ändra saker.

Det finns ett fönster på framsidan av mitt hölje som kameran kan se ut ur. Fodralet med det här fönstret skyddar kameran, men jag hade problem där den röda lysdioden på kameran (när den tar ett foto) reflekteras av plexiglas och dyker upp på fotot. Jag använde lite svart tejp för att mildra detta och försök att blockera det (och andra lysdioder från Pi och GPS), men det är inte 100% än.

Steg 3: 'Fjärrkapsling' för temperatur, luftfuktighet, tryck

Det är här jag lagrade temperatur-, luftfuktighets- och trycksensorerna samt "kopplingar" för regnmätare, vindriktning och vindhastighetssensorer.

Det är väldigt enkelt, stift här ansluter via ethernetkablarna till de nödvändiga stiften på Raspberry Pi.

Jag försökte använda digitala sensorer där jag kunde och sedan läggs alla analoga till MCP 3008, det tar upp till 8 analoga som var mer än tillräckligt för mina behov, men ger utrymme att förbättra / expandera.

Detta hölje är öppet för luften (det måste vara för exakt temperatur, luftfuktighet och tryck). De nedre hålen poppar ut, så jag gav några av kretsarna en spray med en Silicone Conformal Coating spray (du kan få den online eller en plats som Fry's Electronics). Förhoppningsvis bör det skydda metallen från fukt, men du måste vara försiktig och inte använda den på några av sensorerna.

Överst på höljet är också där vindhastighetssensorn passar. Det var ett uppkast, jag kunde ha lagt vindhastigheten eller vindriktningen på topp, jag såg inga större fördelar med det ena framför det andra. Sammantaget vill du att båda sensorerna (vindriktning och hastighet) är tillräckligt höga där byggnader, staket, hinder inte stör mätningarna.

Steg 4: Regnmätare

Jag följde mest detta instruerbara för att göra den faktiska mätaren:

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

Jag gjorde det här av plexiglas så att jag kunde se vad som hände och jag trodde att det skulle vara coolt. Sammantaget fungerade plexiglaset ok, men i kombination med Gluegun, gummitätning och övergripande skärning och borrning ser det inte ut att vara så orört, inte ens med skyddsfilmen.

Nyckelord:

• Sensorn är en enkel vassomkopplare och magnet behandlad som en knapptryckning i RaspberryPi -koden, jag räknar enkelt hinkar över tiden och gör sedan omvandlingen till "tum regn".
• Gör det tillräckligt stort för att hålla tillräckligt med vatten för att tippa, men inte så mycket att det behöver mycket för att tippa. Mitt första pass gjorde att varje bricka inte var tillräckligt stor för att den skulle fyllas och börja rinna över kanten innan den tippade.
• Jag fann också att kvarvarande vatten kan lägga till ett visst fel i mätningen. Det vill säga helt torrt det tog X droppar att fylla en sida och tippa den, när det var blött tog det Y droppar (vilket är mindre än X) att fylla och tippa. Inte en enorm mängd men påverkades när man försökte kalibrera och få en bra "1 last lika med hur mycket" mätning.
• Balansera det, du kan fuska genom att lägga till limpistoler i de nedre ändarna om den ena sidan är mycket tyngre än den andra, men du behöver det så nära balanserat du kan.
• Du kan se på bilden jag ställde in en liten testrigg med några svampar och en trähållare för att testa och få den balanserad ordentligt innan du installerar.

Steg 5: Vindriktning

Detta var en enkel väderflöjel. Jag baserade elektroniken på Maplin -systemet:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Nyckelord:

Detta är en analog sensor. De åtta vassomkopplarna i kombination med olika motstånd delar upp utgången i bitar så att jag kan identifiera vilken koordinat sensorn är i med värdet. (Konceptet förklaras i denna instruerbara:

• Efter att ha skruvat på väderskoveldelen behöver du kalibrera den så att "denna riktning är det som pekar norrut".
• Jag gjorde en testrigg med trä så att jag enkelt kunde växla in och ut motstånd som täckte hela värdena för mig, det var super hjälpsamt!
• Jag använde ett draglager, det gick bra, jag är säker på att ett vanligt skateboard- eller rullskridslager hade varit lika bra.

Steg 6: Vindhastighet

Den här vände jag mig återigen till Instructable community och hittade och följde denna instruerbara:

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

Nyckelord:

• Du kan också använda hallsensorn eller byta till en vassensor. Hallsensorn är mer en analog sensor, så om du använder den på ett digitalt sätt, som ett knapptryck, måste du se till att avläsningen/spänningen är tillräckligt hög för att den ska fungera som en riktig knapptryckning, snarare än inte tillräckligt.
• Koppens storlek är avgörande, så är pinnens längd! Ursprungligen använde jag pingisbollar och de var alldeles för små. Jag la dem också på långa pinnar som inte fungerade heller. Jag blev väldigt frustrerad och kom då över det instruerbara, Ptorelli gjorde ett bra jobb med att förklara och det hjälpte mig när min ursprungliga design inte fungerade lika bra.

Steg 7: Programvara

Programvara är skriven i Python för att registrera data från sensorerna. Jag använde några andra tredjeparts Git -bibliotek från Adafruit och andra för att få information från sensorerna och GPS. Det finns också några cron -jobb som också hämtar lite av API -informationen. Det mesta förklaras/beskrivs i Git -dokumentationen på docs/install_notes.txt

Webbprogramvaran finns i PHP för att visa den på webbsidan samtidigt som den använder YAML för konfigurationsfilerna och naturligtvis RRD -verktyget för att lagra och rita data.

Det använder Weather Underground API för att få några av de intressanta data som sensorer inte kan dra: Spela in Hi och Lows, Moon of Phase, Sunset och Sunrise -tider, det finns också tidvatten tillgängliga på deras API, vilket jag tyckte var riktigt snyggt, men jag bor i Austin TX som är väldigt långt från vatten.

Allt är tillgängligt på Github och underhålls aktivt och används för närvarande när jag vidareutvecklar och kalibrerar mitt eget system, så att du också kan skicka in funktionsförfrågningar och felrapporter.

Programvaran går igenom en temaväxling beroende på tid på dygnet, det finns fyra steg. Om den aktuella tiden är + eller - 2 timmar från soluppgång eller solnedgång får du teman för soluppgång respektive solnedgång (just nu bara en annan bakgrund, jag kommer förmodligen att göra olika teckensnitt/kantfärger i framtiden). Likaså utanför dessa områden ger dag eller natt tema.

Tack för att du läser. Om du vill se fler foton och videor av mina projekt än kolla in min Instagram- och YouTube -kanal.

Tredje priset i Pi/e Day Contest