Stazione meteo WiFi ad energia solare V1.0: 19 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

In questo Instructable, ti mostrerò come costruire una stazione meteorologica WiFi ad energia solare con una scheda Wemos. Il Wemos D1 Mini Pro ha un fattore di forma ridotto e un'ampia gamma di schermi plug-and-play lo rendono una soluzione ideale per iniziare rapidamente con la programmazione del SoC ESP8266. È un modo economico per costruire Internet Of Things (IoT) ed è compatibile con Arduino.

Puoi anche guardare la mia nuova stazione meteorologica versione 3.0.

Puoi anche guardare la mia nuova stazione meteorologica versione 2.0.

È possibile acquistare PCB V2.0 da PCBWay.

Puoi trovare tutti i miei progetti su

La nuova Stazione Meteo ha le seguenti caratteristiche:

1. La stazione meteorologica può misurare: temperatura, umidità, pressione barometrica, altitudine

2. Puoi monitorare i parametri meteo di cui sopra dal tuo Smartphone o dal web (ThingSpeak.com)

3. L'intero circuito insieme all'alimentatore viene inserito all'interno di un involucro stampato in 3D.

4. La portata del dispositivo viene migliorata utilizzando un'antenna esterna 3dBi. Sono circa 100 metri.

Passaggio 1: parti e strumenti necessari

1. Wemos D1 Mini Pro (Amazon/Banggood)

2. Scheda di ricarica TP 4056 (Amazon / Aliexpress)

3. Diodo (Aliexpress)

4. Sensore BME 280 (Aliexpress)

5. Pannello solare (Banggood)

6. Tavola perforata (Banggood)

7. Terminali a vite (Banggood)

8. Distanziatori PCB (Banggood)

9. Batteria agli ioni di litio (Banggood)

10. Portabatterie AA (Amazon)

11. Cavo 22 AWG (Amazon / Banggood)

12. Super colla (Amazon)

13. Nastro adesivo (Amazon)

14. Filamento per stampa 3D -PLA (GearBest)

Strumenti utilizzati:

Stampante 1.3D (Anet A8/ Creality CR-10 Mini)

2. Saldatore (Amazon)

3. Pistola per colla (Amazon)

4. Tagliafili / Spelafili (Amazon)

Passaggio 2: alimentazione

Il mio piano è di distribuire la stazione meteorologica in un luogo remoto (la mia fattoria). Per far funzionare la stazione meteorologica continuamente, deve esserci un'alimentazione continua, altrimenti il sistema non funzionerà. Il modo migliore per fornire alimentazione continua al circuito è utilizzare una batteria. Ma dopo alcuni giorni la carica della batteria si esaurirà, ed è davvero un lavoro difficile andare lì e caricarla. Quindi è stato proposto un circuito di ricarica solare per utilizzare l'energia libera dal sole per caricare le batterie e per alimentare la scheda Wemos. Ho usato una batteria agli ioni di litio 14450 invece di una batteria 18650 a causa delle sue dimensioni ridotte. La dimensione è la stessa di una batteria AA.

La batteria viene caricata da un pannello solare tramite un modulo di ricarica TP4056. Il modulo TP4056 viene fornito con chip di protezione della batteria o senza chip di protezione. Consiglierò l'acquisto di un modulo con un chip di protezione della batteria incluso.

Informazioni sul caricabatteria TP4056

Il modulo TP4056 è perfetto per caricare celle LiPo a cella singola da 3,7 V 1 Ah o superiori. Basato sul CI del caricatore TP4056 e sul CI di protezione della batteria DW01, questo modulo offrirà una corrente di carica di 1000 mA, quindi si interromperà al termine della carica. Inoltre, quando la tensione della batteria scende al di sotto di 2,4 V, l'IC di protezione interrompe il carico per proteggere la cella dalla sottotensione. Protegge anche dalla sovratensione e dall'inversione di polarità.

Passaggio 3: misurazione dei dati meteorologici

Nei giorni precedenti, i parametri meteorologici come la temperatura ambiente, l'umidità e la pressione barometrica venivano misurati con strumenti analogici separati: termometro, igrometro e barometro. Ma oggi il mercato è invaso da sensori digitali economici ed efficienti che possono essere utilizzati per misurare una varietà di parametri ambientali. I migliori esempi sono sensori come DHT11, DHT 22, BMP180, BMP280, ecc.

In questo progetto utilizzeremo un sensore BMP 280.

BMP 280:

BMP280 è un sensore sofisticato che misura molto accuratamente la pressione barometrica e la temperatura con ragionevole precisione. Il BME280 è la prossima generazione di sensori Bosch ed è l'aggiornamento al BMP085/BMP180/BMP183 - con un rumore a bassa quota di 0,25 m e lo stesso tempo di conversione veloce.

Il vantaggio di questo sensore è che può utilizzare I2C o SPI per la comunicazione con il microcontrollore. Per un cablaggio semplice e facile, suggerirò di acquistare la scheda versione I2C.

Passaggio 4: utilizzo di un'antenna esterna (3dBi)

La scheda Wemos D1 mini Pro ha un'antenna in ceramica incorporata insieme alla possibilità di collegare un'antenna esterna per migliorare la portata. Prima di utilizzare l'antenna esterna, devi reindirizzare il segnale dell'antenna dall'antenna in ceramica incorporata alla presa esterna. Questo può essere fatto ruotando il piccolo resistore Zero Ohm a montaggio superficiale (0603) (a volte chiamato collegamento).

Puoi guardare questo video realizzato da Alex Eames per ruotare la resistenza a zero ohm.

Quindi inserire il connettore SMA dell'antenna nello slot per mini antenna Wemos Pro.

Passaggio 5: saldare le intestazioni

I moduli Wemos sono dotati di una varietà di intestazioni, ma devi saldarli in base alle tue esigenze.

Per questo progetto, 1. Saldare i due connettori maschio alla mini scheda Wemos D1 pro.

2. Saldare un connettore maschio a 4 pin al modulo BMP 280.

Dopo aver saldato le intestazioni, il modulo apparirà come mostrato nell'immagine sopra.

Passaggio 6: aggiunta di intestazioni e terminali

Il prossimo passo è saldare le intestazioni alla scheda perforata.

1. Per prima cosa, posiziona la scheda Wemos sulla scheda perforata e segna l'impronta. Quindi saldare le due file di intestazioni femmina sulla posizione contrassegnata.

2. Quindi saldare un connettore femmina a 4 pin come mostrato nell'immagine.

3. Terminali a vite a saldare per il collegamento della batteria.

Passaggio 7: montare la scheda di ricarica:

Attacca un pezzetto di nastro biadesivo sul lato posteriore del modulo di ricarica e poi incollalo sulla scheda perforata come mostrato nell'immagine. Durante il montaggio occorre prestare attenzione ad allineare la scheda in modo tale che i fori di saldatura corrispondano ai fori della scheda perforata.

Aggiunta di un terminale per pannello solare

Saldare un terminale a vite proprio vicino alla porta micro USB della scheda di ricarica.

Puoi saldare questo terminale anche nel passaggio precedente.

Passaggio 8: schema elettrico

Per prima cosa ho tagliato piccoli pezzi di fili di diversi colori e ho spellato l'isolamento ad entrambe le estremità.

Quindi ho saldato i fili secondo lo schema schematico come mostrato nell'immagine sopra.

Wemos -> BME 280

3,3 V - -> Vin

GND GND

D1 SCL

D2 SDA

Connessione TP4056

Terminale del pannello solare -> + e - vicino alla porta micro USB

Terminale batteria -> B+ e B-

5V e GND di Wemos -> Out+ e Out-

Nota: il diodo collegato al pannello solare (mostrato nello schema) non è necessario in quanto il modulo TP4056 ha un diodo integrato all'ingresso.

Passaggio 9: progettazione dell'involucro

Questo è stato il passaggio che ha richiesto più tempo per me. Ho impiegato circa 4 ore per progettare il recinto. Ho usato Autodesk Fusion 360 per progettarlo. La custodia ha due parti: corpo principale e coperchio anteriore

Il corpo principale è fondamentalmente progettato per adattarsi a tutti i componenti. Può ospitare i seguenti componenti

1. Circuito 50x70mm

2. Portabatterie AA

3. Pannello solare 85,5 x 58,5 x 3 mm

4. Antenna esterna 3dBi

Scarica i file.stl da Thingiverse

Passaggio 10: stampa 3D

Dopo il completamento del progetto, è il momento di stampare in 3D la custodia. In Fusion 360 puoi fare clic sulla marca e affettare il modello utilizzando un software di affettatura. Ho usato Cura per affettare il modello.

Ho usato una stampante 3D Anet A8 e PLA verde da 1,75 mm per stampare tutte le parti del corpo. Mi ci sono volute circa 11 ore per stampare il corpo principale e circa 4 ore per stampare la copertina.

Consiglio vivamente di utilizzare un'altra stampante per te che è Creality CR - 10. Ora è disponibile anche una versione mini della CR-10. Le stampanti Creality sono una delle mie stampanti 3D preferite.

Dato che sono nuovo nella progettazione 3D, il mio progetto non era ottimista. Ma sono sicuro che questa custodia può essere realizzata utilizzando meno materiale (meno tempo di stampa). Cercherò di migliorare il design più tardi.

Le mie impostazioni sono:

Velocità di stampa: 40 mm/s

Altezza strato: 0.2

Densità di riempimento: 15%

Temperatura dell'estrusore: 195 gradi C

Temperatura del letto: 55 gradi C

Passaggio 11: installazione del pannello solare e della batteria

Saldare un filo rosso da 22 AWG al terminale positivo e un filo nero al terminale negativo del pannello solare.

Inserire i due fili nei fori sul tetto del corpo dell'armadio principale.

Usa la super colla per fissare il pannello solare e premilo per un po' di tempo per un corretto incollaggio.

Sigillare i fori dall'interno usando la colla a caldo.

Quindi inserire il supporto della batteria nello slot nella parte inferiore della custodia.

Passaggio 12: installazione dell'antenna

Svitare i dadi e le rondelle nel connettore SMA.

Inserire il connettore SMA nei fori previsti nella custodia. Vedi l'immagine sopra.

Quindi serrare il dado insieme alle rondelle.

Ora installa l'antenna allineandola correttamente con il connettore SMA.

Passaggio 13: installazione del circuito stampato

Montare i distanziatori ai 4 angoli del circuito.

Applicare la colla super nelle 4 fessure della custodia. Fare riferimento all'immagine sopra.

Quindi allineare il supporto con i 4 slot e posizionarlo. lasciarne un po' ad asciugare.

Passaggio 14: chiudere il coperchio anteriore

Dopo aver stampato il coperchio anteriore, potrebbe non adattarsi perfettamente al corpo dell'armadio principale. In tal caso, carteggiarlo solo ai lati utilizzando una carta vetrata.

Far scorrere il coperchio anteriore nelle fessure del corpo principale.

Per fissarlo, usa del nastro adesivo nella parte inferiore.

Passaggio 15: Programmazione

Per utilizzare Wemos D1 con la libreria Arduino, dovrai utilizzare l'IDE Arduino con il supporto della scheda ESP8266. Se non l'hai ancora fatto, puoi facilmente installare il supporto della scheda ESP8266 sul tuo IDE Arduino seguendo questo tutorial di Sparkfun.

Sono preferibili le seguenti impostazioni:

Frequenza dell'unità di elaborazione: 80 MHz 160 MHz

Dimensioni flash: 4 M (3 M SPIFFS) – 3 M Dimensioni del file system 4 M (1 M SPIFFS) – 1 M Dimensioni del file system

Velocità di caricamento: 921600 bps

Codice Arduino per l'app Blynk:

Modalità risparmio:

L'ESP8266 è un dispositivo piuttosto affamato di energia. Se vuoi che il tuo progetto scarichi la batteria per più di qualche ora, hai due opzioni:

1. Ottieni una batteria enorme

2. Metti abilmente la Cosa a dormire.

La scelta migliore è la seconda opzione. Prima di utilizzare la funzione di sospensione profonda, il pin Wemos D0 deve essere collegato al pin di ripristino.

Credito: questo è stato suggerito da uno degli utenti di Instructables " tim Rowledge ".

Più opzione di risparmio energetico:

Il Wemos D1 Mini ha un piccolo LED che si accende quando la scheda è alimentata. Consuma molta energia. Quindi estrai quel LED dalla scheda con un paio di pinze. Ridurrà drasticamente la corrente del sonno.

Ora il dispositivo può funzionare a lungo con una singola batteria agli ioni di litio.

#define BLYNK_PRINT Serial // Commenta questo per disabilitare le stampe e risparmiare spazio#include #include

#include "Seeed_BME280.h" #include BME280 bme280; // Dovresti ottenere il token di autenticazione nell'app Blynk. // Vai alle impostazioni del progetto (icona a forma di dado). char auth = "3df5f636c7dc464a457a32e382c4796xx";// Le tue credenziali WiFi. // Imposta la password su "" per le reti aperte. char ssid = "SSID"; char pass = "PASSO PAROLA"; void setup() { Serial.begin(9600); Blynk.begin(auth, ssid, pass); Serial.begin(9600); if(!bme280.init()){ Serial.println("Errore dispositivo!"); } } ciclo vuoto() { Blynk.run(); // ottiene e stampa le temperature float temp = bme280.getTemperature(); Serial.print("Temp: "); Serial.print(temp); Serial.println("C");//L'unità per Celsius perché l'arduino originale non supporta i simboli speciali Blynk.virtualWrite(0, temp); // pin virtuale 0 Blynk.virtualWrite(4, temp); // pin virtuale 4 //ricevo e stampa i dati della pressione atmosferica float pressure = bme280.getPressure(); // pressione in Pa float p = pressione/100.0; // pressione in hPa Serial.print("Pressione: "); Serial.print(p); Serial.println("hPa"); Blynk.virtualWrite(1, p); // pin virtuale 1 //ricevo e stampa i dati dell'altitudine float height = bme280.calcAltitude(pressione); Serial.print("Altitudine: "); Serial.print(altitudine); Serial.println("m"); Blynk.virtualWrite(2, altitudine); // pin virtuale 2 //ricevo e stampa i dati di umidità float humid = bme280.getHumidity(); Serial.print("Umidità: "); Serial.print(umidità); Serial.println("%"); Blynk.virtualWrite(3, umidità); // pin virtuale 3 ESP.deepSleep(5 * 60 * 1000000); // Il tempo di deepSleep è definito in microsecondi. }

Passaggio 16: installa l'app e la libreria Blynk

Blynk è un'app che consente il pieno controllo su Arduino, Rasberry, Intel Edison e molto altro hardware. È compatibile sia con Android che con iPhone. Al momento l'app Blynk è disponibile gratuitamente.

Puoi scaricare l'app dal seguente link

1. Per Android

2. Per Iphone

Dopo aver scaricato l'app, installala sul tuo smartphone.

Quindi devi importare la libreria sul tuo IDE Arduino.

Scarica la Biblioteca

Quando esegui l'app per la prima volta, devi accedere per inserire un indirizzo e-mail e una password. Fare clic sul "+" in alto a destra del display per creare un nuovo progetto. Allora dai un nome.

Seleziona l'hardware di destinazione " ESP8266 "Quindi fai clic su "E-mail" per inviare il token di autenticazione a te stesso: ne avrai bisogno nel codice

Passaggio 17: crea la dashboard

La Dashboard è composta da diversi widget. Per aggiungere widget segui i passaggi seguenti:

Fare clic su "Crea" per accedere alla schermata principale della Dashboard.

Quindi, premi di nuovo "+" per ottenere il "Widget Box"

Quindi trascina 4 indicatori.

Fare clic sui grafici, verrà visualizzato un menu delle impostazioni come mostrato sopra.

Devi cambiare il nome "Temperatura", selezionare il pin virtuale V1, quindi modificare l'intervallo da 0 -50. Allo stesso modo, fai per altri parametri.

Infine, trascina un grafico e ripeti la stessa procedura delle impostazioni del misuratore. L'immagine finale del cruscotto è mostrata nell'immagine sopra.

Puoi cambiare il colore anche facendo clic sull'icona del cerchio a destra del Nome.

Passaggio 18: caricamento dei dati del sensore su ThingSpeak

Innanzitutto, crea un account su ThingSpeak.

Quindi crea un nuovo canale sul tuo account ThingSpeak. Trova come creare un nuovo canale

Riempi Campo 1 come Temperatura, Campo 2 come Umidità e Campo 3 come pressione.

Nel tuo account ThingSpeak seleziona "Canale" e poi "Il mio canale".

Fai clic sul nome del tuo canale.

Fare clic sulla scheda "Chiavi API" e copiare la "Chiave API di scrittura"

Apri il codice Solar_Weather_Station_ThingSpeak. Quindi scrivi il tuo SSID e la password.

Sostituisci "WRITE API" con la "Write API Key" copiata.

Libreria richiesta: BME280

Credito: questo codice non è stato scritto da me. L'ho preso dal link fornito in un video di YouTube da plukas.

Passaggio 19: test finale

Posizionare il dispositivo alla luce del sole, il led rosso sul modulo caricabatterie TP 4056 si accenderà.

1. Monitoraggio dell'app Blynk:

Apri il progetto Blynk. Se tutto è ok, noterai che il misuratore sarà attivo e il grafico inizierà a tracciare i dati della temperatura.

2. Monitoraggio di ThingSpeak:

Per prima cosa, apri il tuo Thingspeak Chanel.

Quindi vai alla scheda "Visualizzazione privata" o "Visualizzazione pubblica" per vedere i grafici dei dati.

Grazie per aver letto il mio Instructable.

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Primo Premio al Concorso Microcontrollori 2017