Wireless Lunar Phase Tracker: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

ตัวติดตามเฟสทางจันทรคติเป็นอุปกรณ์กึ่งพกพาขนาดเล็กซึ่งช่วยให้คุณรวบรวมข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับดวงจันทร์ได้ อุปกรณ์รายงานพารามิเตอร์กลับ เช่น การส่องสว่างที่มองเห็นได้ เฟส การขึ้นของดวงจันทร์และเวลาที่ตั้งไว้ และอื่นๆ

อุปกรณ์นี้จำเป็นสำหรับผู้ที่มีความสนใจในวิทยาศาสตร์หรือดาราศาสตร์ และให้การตกแต่งสำนักงานบนเดสก์ท็อปที่ยอดเยี่ยม และแน่นอนว่าเป็นการเริ่มต้นการสนทนา

โปรเจ็กต์นี้ค่อนข้างเรียบง่ายและต้องใช้อุปกรณ์ที่เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต เช่น ESP32 อย่างไรก็ตาม คุณสามารถปรับโค้ดให้ทำงานกับ WiFi shield, Ethernet shield หรืออุปกรณ์เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตอื่นๆ ที่คุณมีได้ตลอดเวลา Lunar Phase Tracker ได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้งานกับแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์และจอแสดงผล E-ink ที่ประหยัดพลังงาน ซึ่งไม่เพียงแต่ให้หน้าจอที่ยอดเยี่ยมในการดู แต่ยังเก็บภาพสุดท้ายไว้แม้ว่าไฟดับ!

ขั้นตอนที่ 1: การลงทะเบียนข้อมูลดาราศาสตร์

ขั้นตอนนี้จำเป็นอย่างยิ่ง (แม้ว่าจะน่าเบื่อ) เนื่องจากเราใช้ API ออนไลน์เพื่อรวบรวมข้อมูลของเรา แม้ว่าจะคำนวณระยะข้างขึ้นข้างแรม การส่องสว่าง ฯลฯ ได้ แต่ก็เป็นงานที่น่าเบื่อหน่าย API ที่เราใช้อยู่ให้ข้อมูลที่เป็นปัจจุบันจากสถานีตรวจอากาศสดและระบบตรวจสอบ ดังนั้นข้อมูลที่เราได้รับจึงเป็นผลลัพธ์ในโลกแห่งความเป็นจริง ไม่ใช่ของค่าที่คำนวณได้

ตรงไปที่ Weather Underground คลิก "สมัคร" และกรอกข้อมูลทั้งหมดของคุณ บัญชีนั้นฟรีทั้งหมด และการเรียก API ของคุณก็เช่นกัน ตราบใดที่คุณไม่ได้ขอผลลัพธ์ต่อนาทีมากเกินไปหรือเกิน 500 คำขอต่อวัน อย่าลืมบุ๊กมาร์กหน้านี้ คุณสามารถกลับมาใช้ API เพื่อดูสถิติสภาพอากาศและข้อมูลดีๆ อื่นๆ ได้ในภายหลัง เมื่อคุณสร้างบัญชีแล้ว ไปที่ไซต์ API คลิกที่ "ซื้อคีย์" และเลือกแผนฟรี คุณเพียงแค่ใส่รายละเอียดเล็กน้อยและคุณจะมีปัญหากับรหัสคีย์นักพัฒนาซอฟต์แวร์ รหัสนี้เป็นรหัสเฉพาะสำหรับคุณและควรเก็บไว้เป็นส่วนตัว ฉันได้ให้รหัสของฉันในตัวอย่างโค้ด Arduino ซึ่งเราจะดูในภายหลัง คุณยินดีเป็นอย่างยิ่งที่จะใช้รหัสคีย์ของฉันเพื่อการทดสอบ แต่ฉันขอแนะนำอย่างยิ่งให้ลงชื่อสมัครใช้ด้วยตัวคุณเอง

เมื่อคุณมี ID เฉพาะของคุณแล้ว คุณสามารถตรงไปยังข้อมูล Astronomy API ได้ ซึ่งตรงไปตรงมามาก คุณจะพบตัวอย่างง่ายๆ ซึ่งมีลักษณะดังนี้:

api.wunderground.com/api/8c6dc2e5c6f36de9/a…

URL นี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากเป็นสิ่งที่ทำให้เรามีข้อมูลทั้งหมดที่เราต้องการเพื่อสร้างโครงการของเรา ไปข้างหน้า คลิกลิงก์ คุณจะเห็นผลลัพธ์สำหรับซิดนีย์ เช่น ข้างขึ้นข้างแรม ไฟส่องสว่าง และข้อมูลดีๆ อื่นๆ ดู URL เราจะเห็นซิดนีย์ ออสเตรเลีย และรหัสยาวที่ขึ้นต้นด้วย "8c6dcwe…" รหัสนั้นเป็นรหัสคีย์ของคุณที่เราหยิบขึ้นมาก่อนหน้านี้ เปลี่ยนรหัสนั้นด้วย ID เฉพาะของคุณและดูว่ามันทำงานอย่างไร คุณควรได้ผลลัพธ์ที่เหมือนกันทุกประการ ลองเล่นกับสถานที่ต่างๆ สำหรับตัวฉันเองในแอฟริกาใต้ ฉันใช้ Johannesburg และ ZA

ขั้นตอนที่ 2: ส่วนประกอบ

ดังนั้นตอนนี้สำหรับสิ่งที่น่าสนใจ เราต้องการส่วนประกอบไม่กี่อย่าง ไม่มากและไม่มีใครแพงมาก และฉันได้ให้ลิงก์ Amazon สำหรับส่วนประกอบที่ฉันใช้ จำไว้ว่า หากคุณเก่งเรื่องการเขียนโปรแกรม คุณสามารถใช้จอภาพหรืออุปกรณ์อินเทอร์เน็ตที่คุณมีได้ สำหรับงานสร้างของฉัน ฉันใช้สิ่งต่อไปนี้:

Waveshare E-Ink SPI 4.2" SPI Display

• บอร์ดพัฒนา ESP32 (ทั่วไป)
• อดาฟรุต พาวเวอร์ บูสท์ 500
• ชุดแบตเตอรี่ Lipo 5000mAh
• สตริปบอร์ด (Protoboard)

คุณจะต้องใช้เครื่องมือพื้นฐานเช่น:

• หัวแร้ง
• ประสาน
• มัลติมิเตอร์
• เครื่องวัดเส้นผ่าศูนย์กลาง
• ดอกสว่านเพื่อแยกรางบนโปรโตบอร์ด
• ลวด
• ลวดสนิป
• กาว (กาวร้อนจะใช้ได้)
• แล็ปท็อปที่ติดตั้ง Arduino IDE

เครื่องมือขั้นสูงเพียงอย่างเดียวที่คุณอาจต้องการคือเครื่องพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างกล่องหุ้ม ถ้าคุณไม่มี ไม่เป็นไร ทำตู้จากไม้และเลื่อยมือหรืออะไรก็ได้ที่คุณมี และใช่ เครื่องพิมพ์ 3D ของฉันเก่าและมีฝุ่นมาก lol

ขั้นตอนที่ 3: ซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์

ก่อนที่เราจะสามารถเริ่มทำงานกับวงจรและการเขียนโปรแกรมได้ ก่อนอื่นเราต้องมี Arduino IDE เวอร์ชันล่าสุดซึ่งสามารถพบได้ที่นี่

เนื่องจากเราใช้ ESP32 ร่วมกับแกน Arduino เราจึงต้องติดตั้งแกนหลักนี้บน Arduino IDE ทำตามคำแนะนำง่ายๆ จาก Github ซึ่งจะแสดงซอฟต์แวร์และการกำหนดค่าที่คุณต้องทำ เพื่อให้คุณสามารถใช้บอร์ด ESP32 dev ภายใน Arduino IDE ได้

นอกจากนี้เรายังต้องการไลบรารีเพิ่มเติมอีกสองไลบรารีเพื่อให้ระบบของเราทำงานได้ อย่างแรกคือไลบรารี Arduino JSON ซึ่งช่วยให้เราสามารถอ่านและแยกวิเคราะห์คำขอ JSON ซึ่งเป็นสิ่งที่เราได้รับจาก Weather Underground คุณสามารถดาวน์โหลดไลบรารีทั้งสองนี้ได้จาก Dropbox ส่วนตัวของฉันหรือด้านล่าง เมื่อคุณมีไฟล์แล้ว ให้แตกไฟล์แล้ววางลงในโฟลเดอร์ไลบรารี Arduino ของคุณ โดยทั่วไปจะอยู่ที่ C:\Users\YOUR_NAME\Documents\Arduino\libraries ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณรีสตาร์ท IDE มิฉะนั้น Arduino จะไม่รับส่วนเพิ่มเติมใหม่ รหัส Arduino SRC หลักอยู่ในโฟลเดอร์นั้นด้วย ไลบรารียังมีตัวอย่างเวอร์ชันที่แก้ไขจากการแสดง Waveshare ไฟล์ได้รับการแก้ไขเพื่อให้ทำงานบนโมดูล ESP32 ด้วย GPIO ของพวกเขา และฉันได้ใช้ "แบบอักษร" ใหม่ซึ่งมีรูปภาพทั้งหมดสำหรับระยะต่างๆ ของดวงจันทร์

ขั้นตอนที่ 4: วงจร

โอเค วงจรสำหรับสิ่งนี้ง่ายมากและต้องการส่วนประกอบและสายไฟเพียงไม่กี่ชิ้น

แนวคิดทั่วไปคือเรามีวงจรเครื่องชาร์จ Lipo ตัวแปลงบูสต์เพื่อให้ 5V แก่เรา และชุดเครื่องมือ ESP32 Dev ซึ่งลดแรงดันไฟฟ้าลงเหลือ 3.3V 3.3V นี้ยังใช้สำหรับการแสดงผล Waveshare E-Ink ใช่ สิ่งนี้ไม่มีประสิทธิภาพเล็กน้อยเนื่องจากการเพิ่มแรงดันแล้วลดระดับลงด้วยตัวควบคุมเชิงเส้น แต่ ESP32 ทำงานในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่แย่มาก ที่ไหนสักแห่งประมาณ 2.5 - 3.6V ไม่เหมาะสำหรับโครงการแบตเตอรี่โดยเฉพาะโครงการที่ใช้เซลล์ลิเธียมโพลิเมอร์

การเดินสายพื้นฐานมีดังนี้:

• Boost converter เอาต์พุต 5V Vin & GND บน ESP32 Dev Kit
• ESP32 3.3V 3.3V & GND E-Ink Display
• ESP32 PIN 18 CLK E-Ink Display
• ESP32 PIN 23 DIN/MOSI E-Ink Display
• ESP32 PIN 5 จอแสดงผล E-Ink CS/SS
• ESP32 PIN 32 DC E-Ink Display
• ESP32 PIN 33 RST E-Ink Display
• ESP32 PIN34 BUSY E-Ink Display

คุณสามารถเห็นการเดินสายได้ง่ายมาก และบอร์ด DIY ของฉันใช้เวลาสร้างเพียง 15 นาทีเท่านั้น ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ตรวจสอบการลัดวงจรด้วยมัลติมิเตอร์ก่อนที่จะจ่ายไฟ

ฉันยังถอด LED ออกจากบอร์ด ESP32 และ Lipo Boost เพื่อประหยัดพลังงานประมาณ 40mA ระหว่างโหมดสลีป วิธีนี้จะช่วยให้แบตเตอรี่ใช้งานได้นานขึ้นเล็กน้อย คุณสามารถใช้สวิตช์ไฟ วงจรประหยัดพลังงาน ตัดการเชื่อมต่ออัตโนมัติ ฯลฯ ได้หากต้องการ คุณสามารถขยายโครงการนี้และทำให้ซับซ้อนเท่าที่คุณต้องการ

ขั้นตอนที่ 5: รหัส

รหัสสามารถพบได้ในโฟลเดอร์ที่ให้มาระหว่างขั้นตอนที่ 3 หรือคุณสามารถดาวน์โหลดไฟล์.ino ได้จากด้านล่าง คุณจะต้องติดตั้งไลบรารีที่เกี่ยวข้องตามที่กล่าวไว้ในขั้นตอนที่ 3 เพื่อให้ทุกอย่างทำงานร่วมกันได้ ขั้นตอนนี้ไม่มีอะไรจะพูดมาก เนื่องจากโค้ดมีให้ในสภาพการทำงาน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ใส่ SSID และรหัสผ่านเครือข่ายของคุณก่อนที่จะทำการทดสอบโปรแกรม คุณสามารถเรียกใช้ ESP32 WiFi Scan เพื่อตรวจหาเครือข่ายไร้สายในบริเวณใกล้เคียงได้เสมอ อย่างไรก็ตาม ในโปรแกรมของฉัน ข้อมูลเครือข่ายจะถูกตั้งค่าเป็นรหัสและรหัสเท่านั้น บางทีคุณสามารถแก้ไขเพื่อถามว่าคุณต้องการเชื่อมต่อกับเครือข่ายใด:)

โค้ดนี้ค่อนข้างเรียบง่าย และฉันจะใช้เวลาแสดงความคิดเห็นและปรับแต่งมันในอีกไม่กี่สัปดาห์ข้างหน้า โดยทั่วไปเราเชื่อมต่อกับเครือข่าย ในกรณีของฉัน เครือข่ายในบ้านของฉัน จากนั้นเราพยายามเชื่อมต่อกับ Weather Underground และรับข้อความ JSON จากหน้าเว็บ จากนั้นใช้ไลบรารี ArduinoJSON เพื่อแยก หรือแยกวิเคราะห์รหัส JSON เป็นอาร์เรย์ถ่านหรือสตริงที่ช่วยให้เราสามารถจัดการค่าก่อนที่จะแสดงให้ผู้ใช้เห็น โค้ดบิตสุดท้ายใช้สำหรับการเขียนโปรแกรม GUI อย่างเคร่งครัดและกระทำโดยการลองผิดลองถูก ฉันดูที่จอแสดงผล เพิ่มหรือลดตำแหน่งของสินทรัพย์ แล้วรันโค้ดอีกครั้งจนกระทั่งฉันพอใจกับขนาดแบบอักษร เลย์เอาต์ และรูปภาพที่ดู

ฉันใช้รูทีนการนอนหลับสนิทสำหรับ ESP32 เพื่อประหยัดพลังงาน ค่าเริ่มต้นคือ 60 วินาที แต่ฉันแนะนำให้คุณเปลี่ยนค่าเป็นชั่วโมงหรือสองชั่วโมงเนื่องจากการอัปเดตจะไม่เกิดขึ้นอย่างน้อยสองสามชั่วโมง ตัวอย่างยอมรับวินาที ดังนั้นให้แน่ใจว่าคุณทำการแปลงอย่างถูกต้อง

ฉันยังใช้โปรแกรม Dot Factory เพื่อสร้างอาร์เรย์ฐานสิบหกสำหรับแบบอักษรใหม่ แบบอักษรนี้ใช้เพื่อสร้าง "ภาพ" สำหรับข้างขึ้นข้างแรม หากคุณต้องการแก้ไขไฟล์ฟอนต์ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณใช้โปรแกรมที่กล่าวถึงข้างต้นสำหรับรุ่น มันค่อนข้างสับสนเนื่องจากไลบรารี E-Ink ไม่ได้รับการบันทึกไว้อย่างดี และความสำเร็จส่วนใหญ่ของฉันเกิดจากการลองผิดลองถูก เมื่อฉันใช้เวลามากขึ้นกับโค้ดนี้ ฉันจะอัปเดต Instructable เพื่อให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับสิ่งที่ค้นพบของฉัน

แบบอักษรที่ใช้สำหรับข้างขึ้นข้างแรมต้องทำตามรูปแบบ ASCII มาตรฐาน หากคุณเปิด font24 ในโฟลเดอร์ EPD-master คุณจะเห็นเลย์เอาต์ที่กราฟิกแรกระบุด้วยช่องว่างสีขาว ส่วนที่สองคือ "!" (เครื่องหมายอัศเจรีย์) เป็นต้น คุณจะเห็นว่าฉันดึงแบบอักษรที่เกี่ยวข้องโดยใช้หมายเลข 3 หรือสัญลักษณ์แฮชแท็กในโค้ดบิตสุดท้าย (ฟังก์ชัน getLunarChar) เนื่องจาก Arduino คาดหวังมาตรฐาน ASCII จาก 32 ถึง 127 เนื่องจากเราใช้แบบอักษรที่ไม่เกี่ยวข้องกับแบบอักษรจริงและเป็นเมทริกซ์กราฟิคของดวงจันทร์ เราจึงต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าอักขระ ASCII อ้างอิงภาพข้างขึ้นข้างแรมที่เราเลือก ซึ่งหมายความว่าการใช้ ! ลงชื่อ แบบอักษรข้างขึ้นข้างแรมของเราแสดงภาพกราฟิกข้างขึ้นข้างแรมที่สองในรายการนั้น หากคุณดูที่แบบอักษรข้างขึ้นข้างแรม คุณจะเห็นข้างขึ้นข้างแรมจำนวนหนึ่ง ซึ่งทั้งหมดมีระดับความสว่างต่างกัน ในอนาคตฉันจะเพิ่มโค้ดเพิ่มเติมเพื่อใช้ประโยชน์จากกราฟิกทั้งหมดที่เราใช้งาน ในขณะนี้ เราใช้เพียงบางส่วนเท่านั้น อย่างไรก็ตาม มีการใช้งานกราฟิกในแบบอักษรเฟสจันทรคติแล้ว และจำเป็นต้องติดตั้งในโค้ดเพื่อใช้งาน

ขั้นตอนที่ 6: การประกอบขั้นสุดท้าย

ส่วนสุดท้ายของงานสร้างและที่น่าพอใจที่สุดคือกระบวนการประกอบ ฉันออกแบบและพิมพ์กล่องหุ้ม 3 มิติที่เหมาะกับบอร์ดของฉัน โครงการนี้เป็นแบบ DIY มาก ไม่มี PCB แบบมืออาชีพหรือรูปแบบมาตรฐานเดียว ส่วนใหญ่กล่องที่ฉันใช้มีขนาดใหญ่พอที่จะรองรับเครื่องชาร์จ lipo หรือตัวแปลงบูสต์ที่คุณเลือกใช้ ตราบใดที่พวกเขามีฟังก์ชันพื้นฐานที่กล่าวถึงในคำแนะนำนี้ คุณก็ควรจะใช้ได้

ฉันใช้สกรู 4 ตัวเพื่อยึดครึ่งบนและล่างของกล่องหุ้มไว้ด้วยกัน และใช้กาวร้อนสำหรับติดตั้งวงจร DIY ของฉัน ฉันใช้กาวหยดเล็กๆ เพื่อยึดแบตเตอรี่ แต่ถ้าฉันมีเวลามากกว่านี้ ฉันจะทำขายึดสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดเอง

ฉันยังตัดสินใจที่จะทำรูสำหรับปุ่มกดล็อคที่ด้านหลัง สิ่งนี้จะตัดการเชื่อมต่อแบตเตอรี่จากตัวแปลงบูสต์ซึ่งมีประโยชน์หากคุณไม่ได้วางแผนที่จะใช้งานอุปกรณ์ตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน น่าเสียดายที่ตัวแปลงบูสต์ยังคงใช้พลังงานแม้ว่า ESP32 ของคุณจะอยู่ในโหมดดีปสลีป

โดยรวมแล้วฉันพอใจมากกับผลลัพธ์ ฉันได้เรียนรู้มากมายในขณะที่ใช้ ESP32 และฉันสามารถเห็นตัวเองใช้มันสำหรับโครงการต่างๆ ในอนาคต

หากคุณมีคำถามใด ๆ โปรดถามฉันยินดีที่จะช่วยเหลือและหากคุณพบข้อผิดพลาดใด ๆ ในคำแนะนำนี้โปรดแจ้งให้เราทราบ

แก้ไข: จริง ๆ แล้วฉันทำเครื่อง CNC เป็นเคสเล็ก ๆ แทนที่จะเป็นรุ่นพิมพ์ 3 มิติซึ่งเป็นสิ่งที่คุณเห็นในภาพเด่น

แก้ไข: ในภาพเด่นเราเห็นพระจันทร์เต็มดวงที่มีการส่องสว่าง 99% ดังนั้นวงกลมสีขาว เมื่อดวงจันทร์เคลื่อนผ่านเฟสปกติ ภาพของดวงจันทร์จะเปลี่ยนไปตามนั้น รูปภาพเพิ่มเติมจะถูกอัปโหลดเมื่อดวงจันทร์เคลื่อนผ่านเฟสต่างๆ เพื่อให้คุณได้ภาพกราฟิกแทน

วิ่งขึ้นใน Space Challenge