PixelMeteo (ตัวตรวจสอบการพยากรณ์พลังงานต่ำมาก): 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

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

IOT เป็นสิ่งที่เจ๋งเพราะให้คุณเชื่อมต่อทุกอย่างกับอินเทอร์เน็ตและควบคุมจากระยะไกลได้ แต่มีสิ่งหนึ่งที่เจ๋งเหมือนกันและเป็นไฟ LED… แต่มีอีกอย่างหนึ่งที่คนส่วนใหญ่ไม่ชอบสายไฟ แต่พวกเขาไม่ชอบ ไม่ชอบเปลี่ยนเซลล์แบตเตอรี่ ดังนั้นมันคงจะเยี่ยมมากถ้ามันสามารถทำงานได้นานหลายปีโดยไม่ต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่ ด้วยแนวคิดเหล่านี้จึงทำให้เกิดโครงการนี้ขึ้น

ก่อนเริ่ม ถ้าคุณชอบโครงการนี้ โปรดพิจารณาโหวตโครงการนี้ที่งาน WIRELESS AND LED CONTEST ฉันจะชื่นชม

โปรเจ็กต์นี้เป็นเครื่องตรวจสอบสภาพอากาศที่แสดงการพยากรณ์อากาศสำหรับชั่วโมงถัดไปด้วยแอนิเมชั่นพิกเซลย้อนยุคและสามารถทำงานได้นานถึง 3 ปี (เกือบตามทฤษฎี) อุปกรณ์นี้ทำงานด้วย ESP8266 และเชื่อมต่อกับ Accuweather (ซึ่งเป็นเว็บพยากรณ์อากาศ) เพื่อรับสภาพอากาศในสถานที่ที่คุณเลือกแสดงแอนิเมชั่นย้อนยุคพิกเซลพร้อมสภาพอากาศและอุณหภูมิ ตัวเลขด้านซ้ายคือหลักสิบ และด้านขวาคือหน่วยของค่าอุณหภูมิ หลังจากแสดงข้อมูลจะปิดตัวเองเพื่อประหยัดพลังงาน

ได้เวลาเริ่มต้นแล้ว!

ขั้นตอนที่ 1: คุณต้องการอะไร

ส่วนประกอบทั้งหมดหาได้ง่ายใน eBay หรือเว็บภาษาจีนบางเว็บ เช่น Aliexpress หรือ Bangood ในชื่อส่วนประกอบส่วนใหญ่ ฉันได้แนบลิงก์ไปยังผลิตภัณฑ์ ส่วนประกอบบางอย่าง เช่น ตัวต้านทานมีจำหน่ายเป็นชุด ดังนั้น หากคุณไม่ต้องการตัวต้านทานจำนวนมาก แนะนำให้ซื้อในร้านค้าในพื้นที่

เครื่องมือ

• เครื่องพิมพ์ 3 มิติ
• โปรแกรมเมอร์ FTDI USB to TTL
• ประสาน

ส่วนประกอบ

• WS2812 61บิตแหวน: 13€
• ESP8266-01: 2.75€
• 2x 2N2222A: 0.04 € (ตัวเปลี่ยน NPN ที่คล้ายกันจะใช้งานได้)
• BC547 หรือ 2N3906: 0.25 € (ทรานซิสเตอร์ PNP ที่คล้ายกันจะใช้งานได้และคุณอาจพบว่าถูกกว่าในร้านค้าในพื้นที่)
• ตัวต้านทาน 3X 220 โอห์ม: อาจอยู่ที่ประมาณ 0.1 ยูโรลิงก์สำหรับชุดตัวต้านทาน
• เจาะ PCB 40x60mm: 1.10 € (คุณต้องการเพียง 40x30mm)
• 1 ตัวเก็บประจุ 470uF/10V
• สายไฟ
• 3 เซลล์ AAA

ขั้นตอนที่ 2: วงจรไฟฟ้าและวิธีการทำงาน

เพื่อแสดงวิธีการทำงาน ฉันแนบรูปถ่ายสองรูป รูปแรกคือมุมมองโปรโตบอร์ดใน Fritzing (ฉันอัปโหลดไฟล์ด้วย) และรูปที่สองเป็นแผนผังใน Eagle พร้อมการออกแบบ PCB ด้วย แม้จะมีส่วนประกอบ "คล้ายคลึง" อยู่บ้าง แต่ก็เป็นวงจรที่ค่อนข้างง่าย

การทำงานของวงจรนี้คือ: เมื่อคุณกดปุ่ม วงจรของทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP ให้ป้อน ESP8266 และ LEDS วงจรประเภทนี้เรียกว่า "ปุ่มสลัก" คุณสามารถดูคำอธิบายที่ดีของวงจรประเภทนี้ได้ที่นี่หรือที่นี่ เมื่อทุกอย่างเสร็จสิ้น (มีการแสดงแอนิเมชั่น) ไมโครคอนโทรลเลอร์จะให้สถานะสูงไปที่ฐานของทรานซิสเตอร์และปิดวงจร นั่นเป็นสาเหตุที่เชื่อมต่อฐานของทรานซิเตอร์ NPN ตัวที่สองกับกราวด์

เหตุผลที่ใช้วงจรนี้เป็นเพราะเราต้องการให้มีการบริโภคน้อยที่สุด และด้วยการกำหนดค่านี้ เราสามารถบรรลุได้ประมาณ 0.75 µA เมื่อปิด ซึ่งมากหรือน้อย… ไม่มีอะไรเลย การบริโภคในปัจจุบันนี้เป็นเพราะทรานซิสเตอร์มีกระแสไฟรั่ว

หากคุณไม่ต้องการทฤษฎีเล็กน้อยข้ามไปที่บรรทัดถัดไป:

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

ฉันไม่ต้องการที่จะลึกซึ้งกับทฤษฎีนี้ แต่ฉันคิดว่ามันดีที่จะรู้วิธีคำนวณว่าจะมีอุปกรณ์แบบนี้ได้อย่างไร ดังนั้นทฤษฎีเล็กน้อย

ในอุปกรณ์ IOT ที่มีอายุการใช้งานแบตเตอรี่มากคือ 50% ของอุปกรณ์ ดังนั้นจึงมีวิธีที่จะบรรลุความเป็นอิสระได้หลายปี: เปิดเฉพาะเมื่อจำเป็นและใช้เวลาเพียงเล็กน้อยเท่านั้นและตัวจับเวลาหรือเซ็นเซอร์จะตัดสินใจเมื่อเปิดเครื่อง อีกครั้ง. ฉันคิดว่ามันชัดเจนด้วยตัวอย่าง

การถ่ายภาพเซ็นเซอร์ความชื้นในป่าซึ่งจับระดับความชื้นในโซนของป่าและโซนนั้นค่อนข้างกะทันหัน ดังนั้นคุณจึงต้องการสิ่งที่สามารถทำงานได้หลายปีโดยไม่ต้องมีปฏิสัมพันธ์กับมนุษย์ และต้องใช้เวลา 30 วินาที (ซึ่งก็คือ เวลาที่ต้องการวัดและส่งข้อมูล) ทุกๆ 12 ชั่วโมง ดังนั้น แผนผังจะเป็น: ตัวจับเวลาที่ปิด 12 ชั่วโมงและ 30 วินาทีโดยเอาต์พุตของตัวจับเวลาจะเชื่อมต่อกับอินพุตแหล่งจ่ายของไมโครคอนโทรลเลอร์ ตัวจับเวลานี้เปิดอยู่เสมอ แต่มีการบริโภคนาโนแอมแปร์

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

สิ้นสุดทฤษฎี

เมื่อเราได้เห็นตัวอย่างนี้แล้ว เราจะเห็นได้ว่าโครงการนี้ค่อนข้างคล้ายคลึงกันแต่ต่างกันตรงที่เราตัดสินใจหยุดงาน ดังนั้นในการคำนวณระยะเวลาการใช้งานแบตเตอรี่ เราต้องใช้สูตรที่แนบมาในภาพและนี่คือค่าที่จะใช้:

• ไอออน: กระแสไฟที่ใช้เมื่อเปิดเครื่อง (ในกรณีนี้ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศเพราะแต่ละแอนิเมชั่นมีการสิ้นเปลืองพลังงานซึ่งสามารถไปจาก 20mA ถึง 180mA และ a)
• Ton: เวลาที่มันเปิด (ในกรณีนี้ทุกครั้งที่คุณเริ่มอุปกรณ์จะเปิดเป็นเวลา 15 วินาที)
• Ioff: การบริโภคปัจจุบันเมื่อปิดอยู่
• ทอฟ: หมดเวลา (นี่คือทั้งวัน (เป็นวินาที) น้อยกว่า 15 วินาทีถ้าเราเปิดเพียงครั้งเดียว)
• ความจุของแบตเตอรี่ (ในกรณีนี้ 3 เซลล์ AAA ในซีรีย์ที่มีความจุ 1500mAh)

ระยะเวลาการใช้งานแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับจำนวนครั้งที่คุณเปิดเครื่องในแต่ละวันและสภาพอากาศ เพราะเมื่อมีแดดจัดและมีเมฆมาก กระแสไฟจะอยู่ที่ประมาณ 180 mA แต่เมื่อฝนตกหรือหิมะตก จะมีเพียง 50 mA

ในที่สุดในโครงการนี้ เราสามารถบรรลุ 2.6 ปีโดยนำค่านี้ไปใช้กับสูตร:

• ความจุของแบตเตอรี่: 1000mAh
• ไอออน: 250mA (กรณีที่เลวร้ายที่สุด-> Sunny cloud)
• ออฟ: 0.75uA
• ตัน: 15 วินาที (เปิดวันละครั้งเท่านั้น)
• Toff: 24 ชั่วโมง น้อยกว่า 15 วินาที

รูปสุดท้ายเป็น PCB ที่เสร็จแล้ว แต่คุณสามารถทำได้ใน PCB แบบเจาะ ซึ่งจะดีกว่าถ้าคุณไม่รู้วิธีทำ cooper PCB

ขั้นตอนที่ 3: มันทำงานอย่างไรรหัส?

โปรเจ็กต์นี้ทำงานด้วย ESP8266-01 และ Arduino IDE

ฉันแนบวิดีโอที่มีทุกแอนิเมชั่นและการใช้เคส คุณภาพของวิดีโอไม่ได้ดีที่สุด เนื่องจากการบันทึกเป็นการเคลื่อนไหวด้วยแสงค่อนข้างยาก เมื่อเห็นด้วยตาก็ดูดีขึ้น

รหัสหากมีการจัดทำเป็นเอกสารอย่างสมบูรณ์เพื่อให้คุณสามารถดูรายละเอียดทั้งหมดได้ แต่ฉันจะอธิบายวิธีการทำงานในลักษณะ "แผนผัง" และสิ่งที่จำเป็นในการทำงานอย่างถูกต้อง

ขั้นตอนการทำงานของซอฟต์แวร์นี้คือ:

1. เชื่อมต่อกับเครือข่าย Wi-Fi ของคุณ ขณะเชื่อมต่อจะแสดงภาพเคลื่อนไหวในไฟ LED
2. สร้างไคลเอ็นต์ http และเชื่อมต่อกับ Accuweather Web
3. ส่งคำขอรับ JSON ไปยัง Accuweather โดยพื้นฐานแล้วเป็นการขอให้เว็บคาดการณ์ชั่วโมงถัดไปในสถานที่หนึ่ง ข้อมูลเพิ่มเติม: สิ่งนี้น่าสนใจมากสำหรับโครงการจำนวนมาก เพราะด้วยสิ่งนี้ คุณจะได้รับข้อมูลจากรถประจำทาง รถไฟใต้ดิน รถไฟ… หรือมูลค่าหุ้น และด้วยข้อมูลเหล่านี้ คุณสามารถทำทุกอย่างที่คุณต้องการได้ เช่น เปิดเสียงเตือนเมื่อรถบัสของคุณมาถึงหรือมูลค่าหุ้นบางส่วนลดลง
4. เมื่อเราได้รับข้อมูลจากเว็บแล้ว จำเป็นต้อง "แยก" ข้อมูลและบันทึกลงในตัวแปร ตัวแปรที่ใช้ ณ จุดนี้คือ อุณหภูมิและไอคอนที่ใช้ในเว็บเพื่อแสดงการคาดการณ์
5. เมื่อเราได้อุณหภูมิแล้ว จำเป็นต้องแปลงเป็นจำนวน LED ที่ควรเปิดและสีใดที่จำเป็นต้องใช้ หากอุณหภูมิสูงกว่า 0 องศาเซลเซียส จะเป็นสีส้ม อีกกรณีเป็นสีน้ำเงิน
6. ขึ้นอยู่กับค่าของตัวแปร ICON เราเลือกแอนิเมชั่นที่เหมาะสม
7. ในที่สุด 5 วินาทีต่อมา อุปกรณ์จะปิดตัวเอง

เมื่อเราทราบวิธีการทำงานแล้ว จำเป็นต้องเขียนข้อมูลบางส่วนลงในโค้ด แต่ก็ค่อนข้างง่าย ในภาพที่แนบมา คุณสามารถดูข้อมูลที่คุณควรเปลี่ยนและอยู่ในบรรทัดใด

ขั้นตอนแรก: จำเป็นต้องได้รับคีย์ Api ของ Acuweather ไปที่เว็บนี้และลงทะเบียน -> API Acuweather

ขั้นตอนที่สอง: เมื่อคุณเข้าสู่ระบบแล้ว ให้ไปที่ไซต์นี้และทำตามขั้นตอนนี้ คุณต้องได้รับใบอนุญาตฟรีและสร้างแอปใด ๆ ที่คุณต้องการเพียงคีย์ API

ขั้นตอนที่สาม: เพื่อให้ได้ตำแหน่ง คุณจำเป็นต้องค้นหาเมืองที่คุณต้องการใน Accuweather เท่านั้น และพวกเขาจะเห็น URL และคัดลอกตัวเลขที่เป็นตัวหนาในตัวอย่าง:

www.accuweather.com/es/es/Estepona/301893/weather-forecast/301893 (ตัวเลขนี้เฉพาะสำหรับแต่ละเมือง)

ขั้นตอนสุดท้าย: แนะนำข้อมูล Wi-Fi ของคุณและอัปโหลดรหัสไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์

ขั้นตอนที่ 4: การพิมพ์สิ่งที่ส่งมาด้วย

ในการพิมพ์ชิ้นส่วน ฉันใช้การตั้งค่านี้ใน Cura:

ชิ้นบนและชิ้นล่าง:

-0.1 มม. ต่อชั้น

-60 มม./วินาที

- ไม่มีการสนับสนุน

ส่วนตรงกลาง:

-0.2 มม. ต่อชั้น

-600 มม./วินาที

- รองรับ 5%

ทุกส่วนจะต้องถูกจัดวางตามภาพที่แนบมา

ขั้นตอนที่ 5: เข้าร่วมทุกอย่าง

รางวัลที่ 1 การแข่งขันไร้สาย