Particle Photon IoT Personal Weather Station: 4 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

เสบียง

• อนุภาคโฟตอน
• [ตัวเลือก] เสาอากาศ u. FL 2.4GHz
• SparkFun OpenLog
• SparkFun Photon Weather Shield
• SparkFun เครื่องวัดสภาพอากาศ
• Dallas DS18B20 เซ็นเซอร์อุณหภูมิกันน้ำ
• SparkFun เซ็นเซอร์ความชื้นในดิน
• SparkFun Qwiic VEML6075 UV Light Sensor
• แผงโซล่าเซลล์ 3.5W
• SparkFun ซันนี่บัดดี้
• หน้าจอสตีเวนสันแบบจำลอง 3 มิติแบบกำหนดเอง
• ชุดบัดกรี
• สายจัมเปอร์แกนเดียว
• ขั้วต่อสกรู 2 ขา
• ส่วนหัวชายและหญิงบางส่วน
• สลักเกลียวสแตนเลส 22 3 มม.
• น๊อตสแตนเลส 44 3 มม.
• แท่งเกลียวสแตนเลส 3 6 มม.
• น๊อตสแตนเลส 9 6 มม.

ขั้นตอนที่ 1: ฮาร์ดแวร์

การตระเตรียม

Weather Shieldตามที่อธิบายไว้ในคู่มือการเชื่อมต่อของ Sparkfun ให้ตัดจัมเปอร์ RAW Power Select ที่ด้านหลังออกจาก VREG และประสานเข้ากับ Photon_VIN เพื่อเปลี่ยนเส้นทางสายไฟขาเข้าไปยังตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าภายในของ Photon เพื่อลดการใช้พลังงานระหว่างโหมดสลีป ซึ่งเท่ากับครึ่งหนึ่งของการใช้งาน เวลาการดำเนินการนี้จะจำกัดแรงดันไฟฟ้าขาเข้าระหว่าง 3.6 ถึง 5.5V แต่สายไฟจะตกในจุดที่เหมาะสมโดยมีค่า 3.7V จากแบตเตอรี่ LiPo ผ่าน Sunny Buddy

นอกจากนี้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เชื่อมต่อจัมเปอร์ 3.3V Disable ด้านล่างแล้ว: ไม่เช่นนั้น เซ็นเซอร์ออนบอร์ดจะไม่ได้รับพลังงานใดๆ จากสาย 3.3V ซึ่งทำให้ตัดการเชื่อมต่อจากโฟตอนได้อย่างมีประสิทธิภาพจัมเปอร์นี้มีไว้เพื่อตัดการเชื่อมต่อเพื่อใช้งาน ทั้งไฟภายนอกและ USB เพื่อหลีกเลี่ยงความขัดแย้ง และนั่นเป็นสถานการณ์เดียวที่ทำให้เซ็นเซอร์ออนบอร์ดรับพลังงานและทำงานได้อย่างถูกต้อง ไม่ต้องกังวลหากคุณต้องเชื่อมต่อสาย USB กับโฟตอนสำหรับการตรวจสอบแบบอนุกรม: ฉันได้ลองด้วยตัวเองหลายครั้งแล้ว และโฟตอนก็อยู่รอดได้อย่างปลอดภัยและมีเสียงโดยไม่มีความเสียหาย บางทีอย่าปล่อยให้มันเป็นชั่วโมงและชั่วโมงที่สิ้นสุดเช่นนั้น ตรวจสอบแผนผังของโล่ หากคุณสนใจรายละเอียดเพิ่มเติม

หันโล่ไปรอบๆ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เชื่อมต่อแผ่นจัมเปอร์ I2C PU ทางด้านขวาแล้ว บัส I2C ซึ่งรวมถึงเซ็นเซอร์ออนบอร์ด ต้องใช้การต้านทานการดึงขึ้นอย่างชัดเจนตามมาตรฐานโปรโตคอล และการดึงอื่นๆ ค่าจะป้องกันไม่ให้อุปกรณ์ต่อพ่วงถูกจดจำ: ตามหลักการทั่วไป ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นเพียงคู่เดียวเท่านั้นที่จะเชื่อมต่อบนบัส ชุดเซ็นเซอร์จะเกี่ยวข้องกับเซ็นเซอร์อีกตัวหนึ่งบนรถบัส นั่นคือเซ็นเซอร์วัดแสงยูวี แต่ในฐานะอุปกรณ์ต่อพ่วง I2C ที่มาพร้อมกับตัวต้านทานแบบดึงขึ้นสองตัว และฉันขอแนะนำให้ถอดการเชื่อมต่อเหล่านั้นแทน: อย่างน้อยในโครงการนี้ ชิลด์สามารถใช้คนเดียวได้ ในขณะที่เซ็นเซอร์ยูวีแทบจะไม่ใช้เลยหากไม่มีชีลด์

การบัดกรีขั้วต่อสกรูบนขั้วต่อสายไฟและจัมเปอร์ตัวเมียบางตัวบนขั้วต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงก็เป็นความคิดที่ดีเช่นกัน และสิ่งหนึ่งที่ผมแนะนำสำหรับโมดูลาร์: คุณสมบัติการเชื่อมต่อและตัดการเชื่อมต่ออย่างรวดเร็วอาจเป็นประโยชน์อย่างมากสำหรับการแก้ไขปัญหา การซ่อมแซม หรือการอัพเกรด เพื่อการจัดการสายเคเบิลที่พอดีและเป็นระเบียบยิ่งขึ้น ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เชื่อมต่อสายด้านข้างที่ด้านหลังตามที่แสดงในรูปภาพ ฉันยังบัดกรีจัมเปอร์บนรูส่วนขยายของโฟตอนเพื่อให้เป็นโมดูลได้มากขึ้น แต่นั่นไม่จำเป็นเนื่องจากหมุดเหล่านั้นยังไม่ได้ใช้งาน.

OpenLogCut และเล็มลวดสั้น 4 เส้น แล้วประสานเข้ากับ OpenLog ตามที่แสดงในรูปภาพ มันไม่ใช่ส่วนหัวของจัมเปอร์ แต่ฉันพบว่านี่เป็นทางออกที่ดีที่สุดสำหรับการเชื่อมต่อสั้นๆ เช่นนี้ หากคุณกำลังคิดที่จะบัดกรีหมุดส่วนหัวของตัวผู้บนกระดานและเชื่อมต่อหมุดเหล่านั้นกับส่วนหัวของตัวเมียของโล่ น่าเสียดายที่รูปแบบพินที่แตกต่างกันบนอินเทอร์เฟซทั้งสองป้องกันแนวคิดที่ยอดเยี่ยมนี้จากการทำงานได้

UV Light Sensor ตัดและเล็มลวดอีก 4 เส้น คราวนี้นานกว่านั้นมาก และบัดกรีพวกมันเข้ากับขั้วต่อของบอร์ดดังที่แสดงในภาพ อีกครั้ง มันไม่ใช่ส่วนหัวของจัมเปอร์ แต่ฉันเลือกให้ความสำคัญกับความทนทานมากกว่าโมดูลาร์ในการเชื่อมต่อ เช่น สิ่งนี้สัมผัสกับองค์ประกอบและไม่ได้รับการปกป้องจากสิ่งที่แนบมา ฉันยังแนะนำให้พันสายไฟเหมือนที่ทำเพื่อการเชื่อมต่อที่สะอาดขึ้นและใช้งานได้จริงมากขึ้น ปลายอีกด้านหนึ่งเป็นสถานที่สำหรับส่วนหัวของจัมเปอร์: บัดกรีหมุดตัวผู้ 4 ตัวเพื่อให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อนั้นแน่นหนาและจัดลำดับตามที่ตั้งใจไว้บนสายยาว ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ปฏิบัติตามคำสั่ง: ขณะอยู่บนเกราะ GND VCC SDA SCL

ฉันยังแนะนำให้เคลือบหน้าสัมผัสที่บัดกรีและไฟ LED ด้วยฉนวนของเหลว: การเคลือบตามรูปแบบได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับสิ่งนี้ แต่ยาทาเล็บแบบใสจะทำได้เพียงหยิบมือ และนั่นคือสิ่งที่ฉันใช้ แม้จะมี "หลังคา" ของ PMMA ที่จะปิดกระดาน แต่จะยังคงสัมผัสกับองค์ประกอบต่างๆ และคุณค่อนข้างจะปลอดภัยมากกว่าเสียใจ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่ได้ปิดบังเซ็นเซอร์วัดแสงยูวี - เศษสีดำที่อยู่ตรงกลางของกระดาน - โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากคุณกำลังใช้การเคลือบตามรูปแบบ: สารประกอบส่วนใหญ่เป็นหลอด UV-fluorescent ซึ่งหมายความว่าพวกมันดูดซับแสงบางส่วน เซ็นเซอร์พยายามจับ ดังนั้นจึงรบกวนการอ่านค่า ในทางกลับกัน PMMA เป็นวัสดุโปร่งแสงยูวีชนิดหนึ่งที่มีอยู่ทั่วไป และจะปกป้องเซ็นเซอร์จากองค์ประกอบต่างๆ ได้อย่างเพียงพอ ในขณะที่ยังคงมีอิทธิพลต่อการวัดให้เหลือน้อยที่สุด

เซ็นเซอร์วัดความชื้นในดินตัดแต่งปลายสาย 3 เส้น แล้วบัดกรีเข้ากับขั้วต่อของบอร์ดตามที่แสดงในภาพ และอีกด้านหนึ่ง ให้บัดกรีหมุดตัวผู้ 3 ตัวเพื่อการเชื่อมต่อที่ดีขึ้น อีกครั้ง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ปฏิบัติตามคำสั่ง: GND A1 D5 สำหรับเซ็นเซอร์นี้เช่นกัน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เคลือบหน้าสัมผัสและวงจรออนบอร์ดด้วยฉนวนของเหลว ซึ่งต่างจากเซ็นเซอร์วัดแสงยูวีตรงที่ไม่มีสิ่งใดบัง และจะต้องสัมผัสกับองค์ประกอบต่างๆ อย่างสมบูรณ์ จึงจำเป็นต้องมีการป้องกันในระดับที่ดี

เซ็นเซอร์อุณหภูมิดินตัดแต่งปลายสายเคเบิลแล้วประสานอีกครั้งกับหมุดตัวผู้ 3 ตัวตามลำดับ: GND D4 VCC สายไฟปลายปิดมีรหัสสีตามอัตภาพ: BLACK=GND WHITE=SIG RED=VCC

Sunny Buddyฉันบัดกรีหัวจัมเปอร์ตัวเมียสองสามตัวเข้ากับตัวเชื่อมต่อโหลดรองบนบอร์ด แต่สุดท้ายก็ใช้ไม่ได้ ดังนั้นจึงไม่จำเป็น

เสาอากาศภายนอกเพียงแค่ติดเสาอากาศไว้ที่ด้านล่างของชิ้นส่วนฐาน หรือที่อื่นๆ ที่เหมาะสมกับฟอร์มแฟคเตอร์

การสอบเทียบ

เซ็นเซอร์วัดความชื้นในดินนี่คือเซ็นเซอร์ที่ต้องการสอบเทียบมากที่สุด และสิ่งสำคัญคือต้องสอบเทียบกับดินซึ่งจะมีการตรวจสอบเมื่อนำไปใช้งาน

เพื่อช่วยในเรื่องนั้น ฉันได้รวบรวมโปรแกรมง่าย ๆ ชื่อ calibrator.ino: เพียงแค่คอมไพล์และแฟลชมันไปยังโฟตอนของคุณ และเตรียมมอนิเตอร์แบบอนุกรมให้พร้อม ตัวอย่างเช่น ด้วยคำสั่ง Particle CLI มอนิเตอร์ซีเรียลอนุภาค หรือหน้าจอ /dev/ ttyACM0. วางเซ็นเซอร์ประมาณสามในสี่ของทางลงในดินที่คุณต้องการสอบเทียบ ในสภาพที่แห้งสนิทดังแสดงในภาพแรก และบันทึกค่าที่อ่านได้นี้ในฟิลด์ smCal0 ของไฟล์ calibration.h จากนั้น ให้ดินเปียกให้มากที่สุด จนกว่าน้ำจะอิ่มตัวตามที่แสดงในภาพที่ 2 แล้วบันทึกค่าที่อ่านได้ดิบนี้ในฟิลด์ smCal100 ของไฟล์เดียวกัน

Sunny Buddyองค์ประกอบอื่นๆ ที่ต้องมีการปรับเทียบคือ Sunny Buddy: แม้ว่าจะไม่มีเซ็นเซอร์ แต่การออกแบบ MPPT (Maximum Power Point Transfer) จะต้องได้รับการปรับเทียบจนถึงจุดที่มีการถ่ายโอนพลังงานสูงสุด ในการทำเช่นนั้น ให้เชื่อมต่อกับแผงโซลาร์เซลล์บนแสงแดดจ้า วัน วัดแรงดันไฟฟ้าทั่วทั้งแผ่น SET และ GND และบิดโพเทนชิออมิเตอร์ที่อยู่ใกล้เคียงด้วยไขควงจนแรงดันไฟฟ้านั้นอยู่ที่ประมาณ 3V

ขั้นตอนที่ 2: ซอฟต์แวร์

คุณสามารถค้นหาโค้ดทั้งหมด อัปเดต และจัดทำเป็นเอกสารได้ใน GitHub repo

ขั้นตอนที่ 3: การประกอบ

มาเริ่มประกอบกันเลยกับหน้าจอ Stevenson โดยเริ่มจากการประกอบจากบนลงล่างตามภาพ อย่างแรกสุดคือฝาครอบด้านบนโดยแยกฐานรองสำหรับเซ็นเซอร์วัดแสง UV และแผงโซลาร์เซลล์มาประกอบเข้าด้วยกันแล้วขันน็อต ถัดไป ในการเติม ให้ติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์บนชั้นวางและปิดเซ็นเซอร์แสงยูวีด้วยหลังคา PMMA จากนั้น ฝาครอบที่เหลือสามารถประกอบเข้ากับท่อนบนด้วยแท่งเกลียวได้: รูอาจต้องมีความน่าเชื่อถือบ้าง แต่การเสียดสีเล็กน้อยสามารถช่วยในการรักษาทั้งหมดเข้าด้วยกัน

เมื่อประกอบหน้าจอ Stevenson แล้ว ให้เชื่อมต่อชิ้นส่วนฐานกับมาตรวัดปริมาณน้ำฝนและเติมด้วยวงจร โดยติดตั้งส่วนประกอบบนแผงและเชื่อมต่อตามที่แสดงในรูปภาพ ถัดไป สามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วง เช่น เสาอากาศภายนอก เซ็นเซอร์อุณหภูมิดินและความชื้น และ OpenLog จากนั้น คุณสามารถประกอบเครื่องวัดลมบนเสาตามที่แสดงในคู่มือการประกอบของ SparkFun และติดตั้งมาตรวัดปริมาณน้ำฝนและ ชิ้นฐานประมาณสามในสี่ของทางขึ้น

จากนั้น คุณสามารถดำเนินการตามเส้นทางสายเคเบิลที่มาจากแผงโซลาร์เซลล์ เซ็นเซอร์วัดแสงยูวี และมาตรวัดฝนและลมผ่านช่องเปิดระหว่างฝาครอบ และติดตั้งหน้าจอ Stevenson บนชิ้นส่วนฐาน เมื่อยึดแท่งเหล็กเข้ากับน็อตแต่ละตัวแล้ว สถานีตรวจอากาศส่วนตัวของคุณจะเสร็จสมบูรณ์และพร้อมที่จะนำไปใช้ในสนาม!

ขั้นตอนที่ 4: การปรับใช้ + ข้อสรุป

เมื่อคุณทำเสร็จแล้ว คุณสามารถเอนหลัง ผ่อนคลาย และเพลิดเพลินกับการดูข้อมูลสภาพอากาศแบบไฮเปอร์โลคัลแบบสดของคุณบนแพลตฟอร์มต่อไปนี้ทั้งหมด!

• ThingSpeak
• สภาพอากาศใต้ดิน
• WeatherCloud

ลิงก์เฉพาะด้านบนนี้เป็นข้อมูลสภาพอากาศของฉัน แต่ถ้าคุณทำโปรเจ็กต์นี้ด้วย โปรดใส่ลิงก์ไปยังอุปกรณ์ของคุณด้วย -- ฉันชอบที่จะเห็นเครือข่ายที่มนุษย์สร้างขึ้นนี้ขยายออกไป!