ESP32 Weathercloud Weerstasie: 16 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

Verlede jaar het ek my grootste Instructable tot nog toe, genaamd Arduino Weathercloud Weather Station, gepubliseer. Dit was baie gewild sou ek sê. Dit verskyn op die Instructables -tuisblad, Arduino -blog, Wiznet -museum, Instructables Instagram, Arduino Instagram en ook op Weathercloud Twitter. Dit was selfs een van die top 100 instruksies van 2018! En dit was 'n baie groot probleem vir 'n klein vervaardiger soos ek. Ek was bly om soveel positiewe reaksies te sien, en ek het elke kommentaar en wenk noukeurig gelees. Ek werk ongeveer 8 maande aan hierdie nuwe, verfynde stasie. Ek het verskillende dinge reggemaak en verbeter. Ek het probeer om dit kleiner, eenvoudiger, slimmer, koeler te maak en die aanvaarbare koste van 150 € (165 $) te laat. Die stasie is gemonteer op 'n robotplaas naby Senec, Slowakye. Hier is die huidige data.

Ek sal probeer om my hele denkproses hier te verduidelik, so as u net wil begin bou, spring dan reguit na stap 3.

Kenmerke:

• meting van 12 meteorologiese waardes
• gebruik van 8 verskillende sensors
• IoT - data is openbaar op wolk
• 5V 500mA werking
• kommunikasie via Wi-Fi
• heeltemal weerbestand
• lyk cool
• dis DIY

Baie dankie aan Lab Cafe makerspace vir die verskaffing van ruimte en ondersteuning tydens die bou van hierdie stasie. Gaan kyk gerus na hulle!

Fotokrediet: ME (natuurlik) + Viktor Demčák

UPDATE 2020-07-18: Hallo almal! Baie tyd het al verby gegaan. Baie van u het aan my geskryf oor verskeie probleme met die hardeware en sagteware. Die nuwe hardeware is binne 'n paar weke gereed, maar tot dan stel ek nuwe firmware vry. Hierdie sagteware sal help om sommige van die probleme uit die weg te ruim. Gaan na stap 12 om meer te wete te kom. En die belangrikste, geniet dit!

Stap 1: Ontwerp

Die ontwerp van 'n weerstasie is 'n lang en deurdagte proses. U het soveel opsies om uit te kies. Dit is die belangrikste dinge waaraan u moet dink wanneer u 'n weerstasie ontwerp (of ek het dit ten minste gedoen):

1) BEGROTING. Dit is redelik selfverduidelikend.

2) LIGGING. Dit is baie belangrik, aangesien dit die installasie sowel as die kommunikasietegnologie en die vereiste kragbron beïnvloed. Afstande weerstasies benodig langafstandsenders en 'n selfonderhoudende kragbron, soos 'n sonpaneel.

3) GEMETTE VARIABLE. Wil u net temperatuur of humiditeit meet? Dan kan u die sonde byna oral plaas. Maar as u reënval, wind, sonstraling, UV -indeks of ander dinge wat met son of neerslag verband hou, wil meet, kan die sensors nie in die skaduwee wees nie en kan hulle nie onderstebo of teen die kante geblokkeer word nie.

4) Akkuraatheid. Wil u hê dat u metings presies gekalibreer en vergelykbaar is met die nasionale weerinstituut, of is amateurwaardes eerder vir u genoeg?

U moet dus nou 'n goeie beeld hê van wat u wil hê. Laat ons dus by die tekenbord kom! Hier is 'n paar basiese reëls waaraan ek wel gedink het:

1) BESKERM DIE TEMPERATUURSENSOR. U moet dit absoluut doen. Hitte kan op soveel maniere beweeg dat dit deur die struktuur van die stasie self kan uitstraal en gelei. Probeer dus om al die metaaldele te bedek en plaas die temperatuursensor in 'n stralingsskerm. Ek weet, my bestralingstasie is nie perfek nie, maar dit help.

2) STEL DIE WINDSENSOR HOOG OP. Volgens internasionale standaarde word windsensors 10 m hoog geplaas. Ek het nie eens geld om 'n pilaar van 10 m te koop nie, so 'n pyp van 2 m bo 'n dak is genoeg vir my.

3) DUIDELIKE OMGEWING ROND OOR EN BO DIE STASIE. As u sonlig wil meet, kan u nie die sensor in die skadu hê nie. As u reënval wil meet, kan daar nie iets wees wat die druppels blokkeer nie. Maak dus seker dat die gebied rondom en bo die stasie skoongemaak word.

Kom ons gaan aan. Dus, vir my stasie het ek besluit om hierdie veranderlikes te meet: Lugtemperatuur, grondtemperatuur, relatiewe humiditeit, atmosferiese druk, hitte -indeks, dauwpunt, windkou, reënval, sonstraling, UV -indeks, windspoed en windrigting. Dit is altesaam 8 sensors, waaruit daar 3 klein modules wat op PCB gemonteer kan word, en 5 eksterne probes. Ek benodig 2 aparte mikrobeheerders, een vir die hantering van net reënvalmetings en die tweede vir alles anders.

Ek het besluit om alles wat ek kan op 'n enkele PCB te sit. Ek plaas die PCB in 'n IP65 -boks met 'n deursigtige deksel, sodat sonlig na die sonstraling en UV -indekssensors kan deurgaan. Al die ander sensors word met 'n kabel aan die hoofbeheerkas gekoppel. So dit is dit vir my ontwerp.

Stap 2: Weathercloud

"ESP32 Weathercloud Weather Station" Wat is Weatherclud? Weathercloud is 'n groot netwerk van weerstasies wat intyds data van regoor die wêreld rapporteer. Dit is gratis en daar is meer as 10 000 weerstasies daaraan gekoppel. Eerstens het ek my eie HTML -webwerf gehad waarheen al die data gestuur is, maar dit is moeilik om u eie webwerf en grafika te maak, en dit is baie makliker om al die data na 'n groot wolkplatform te stuur met goeie grafika en stabiele bedieners. Ek het gesoek hoe om data na weathercloud te stuur, en ek het gevind dat u dit maklik kan bereik deur 'n eenvoudige GET -oproep. Die enigste probleem met Weathercloud is dat u slegs elke tien minute data kan stuur met 'n gratis rekening, maar dit behoort vir die meeste gebruike nie 'n probleem te wees nie. U moet 'n Weathercloud -rekening maak om dit te laat werk. Dan moet u 'n stasieprofiel op hul webwerf skep. As u u weerstasieprofiel op Weathercloud skep, kry u 'n Weathercloud ID en 'n Weathercloud SLEUTEL. Hou dit, want die Arduino het hulle nodig om te weet waarheen hulle data moet stuur.

Stap 3: Onderdele lys

OK, so vir hierdie projek benodig u al die goed wat netjies in my Google Docs BOM hier verskyn.

GESKATTE PROJEKTE: 150 €/165 $

Stap 4: Gereedskap

Hierdie gereedskap kan handig te pas kom (alhoewel die meeste daarvan absoluut noodsaaklik is):

Lasersnyer

Sweisaar

Staal saag

Draadstropper

Kragboor

Batteryboor

Soldeerbout

Tang

Skroewedraaiers

Gom geweer

Multimeter

Boom boorpunt

Stap 5: Beheerbordontwerp

Ek het 'n baie gesentraliseerde argitektuur gehad. Dit beteken dat alles wat moontlik kan wees, nie net in een boks is nie, maar op een kring. Ek het onlangs geleer hoe om PCB's te ontwerp, wat 'n baie waardevolle en nuttige vaardigheid is. Al die projekte is baie netjieser en meer presies en selfs elegant op 'n manier. Dit is ook baie gerieflik: u stuur u lêers net na China en hulle doen al die bedrading en stuur die volledige bord na u toe. Dan soldeer u net die komponente op hul plek en u is klaar.

Die PCB hou albei die mikrobeheerders in hierdie stasie: ESP32 (die hoofbeheereenheid) en Arduino NANO (die reënvalverwerker). Dit bevat ook 'n paar van die sensors wat insluit: BME280, BHT1750 en die ML8511. Dan is daar die DS3231 RTC -module. Laastens, maar nie die minste nie, is daar 'n paar weerstande en skroefverbindings.

Ek het my bord in Autodesk Eagle ontwerp. Laai die Gerber -lêer met die naam "ESP32 weather station.zip" af en laai dit op na JLC PCB. Of as u dit wil redigeer, kan u die lêers "ESP32 weerstasie schematic.sch" en "ESP32 weerstasie board.brd" lêers aflaai en dit in Eagle wysig. Ek raai u ten sterkste aan om eers die Circuit Board Design Class by Instructables in te skryf.

Stap 6: Soldeer

Goed almal, julle het dit waarskynlik al voorheen gedoen. Op hierdie pragtige bord wat ek ontwerp het, is daar 'n mooi syspoorvoetspoor daarop gedruk. As u dit het, moet soldeer 'n stukkie koek wees, want u sien presies waarheen. Daar is slegs THT -komponente met 'n standaardafstand van 0,1 . Dus, gaan voort en soldeer die bord, want u is slim en u kan dit self doen! Dit behoort u nie meer as 'n halfuur te neem nie.

UPDATE 2020-07-18: Die RTC -module is nie meer nodig nie. Dit is nie nodig om dit op die bord te monteer nie. U kan meer leer in stap 12.

Stap 7: Maak die stralingsskerm

Toe ek dit bou, sê ek vir myself "Goed, jy het dit al twee keer gedoen, daar is geen kans dat jy dit nou sal deurmekaar maak nie." En ek het nie.

'N Sonstralingsskerm is 'n baie algemene ding wat in weerstasies gebruik word om direkte sonstraling te blokkeer en dus foute in die gemete temperatuur te verminder. Dit dien ook as 'n houer vir die temperatuursensor. Stralingsskerms is baie handig, maar word gewoonlik van staal gemaak en dit is duur, so ek het besluit om 'n eie skild te bou. Ek het 'n instruksies gemaak wat wys hoe om 'n bestralingsskerm soos hierdie te maak.

Stap 8: Control Box

Die belangrikste deel van hierdie stasie is natuurlik die bedieningsboks. Dit bevat die primêre en sekondêre mikrobeheerders, sommige van die sensors, die RTC en 'n paar passiewe komponente. Dit alles in 'n gerieflike IP65 -pakket. Die boks het 'n deurskynende deksel sodat sonlig na die UV- en sonstralingsensors kan deurgaan.

Voordat ons die PCB kan monteer, moet ons die boks voorberei vir die kabels. Daar is vyf krag- en datakabels wat in die boks ingaan. Om die waterdigte eienskappe van die stasie te handhaaf, benodig ons waterdigte kabelwartels. Spesifiek een PG7 vir die kragkabel, tweede PG7 vir die wind- en reënvalsensors en die derde PG11 vir albei die temperatuursensors. Ek plaas die groter (PG11) klier in die middel van die een muur van die boks en die twee kleiner (PG7) kliere in die teenoorgestelde muur. Die proses om die boks te verander is dus soos volg:

1) Merk die middel vir elke gaatjie met 'n merker.

2) Boor 'n klein gaatjie met 'n dun boorpunt.

3) Verhoog die grootte van die gat stadig met 'n boomboorpunt.

4) Maak die gate skoon.

5) Plaas en maak 'n kabelwartel in elk van die gate vas.

Stap 9: PCB -montering

Aangesien ek slegs die proefweergawe van Autodesk Eagle het, kan ek nie PCB's groter as 8 cm ontwerp nie. Alles pas by hierdie bord, so dit is goed. Die enigste probleem is met die bedieningspaneel. Die bevestigingsgate wat op die bord ingesluit is, is 14 cm uitmekaar. Dit beteken dat ons 'n houer vir die PCB benodig. Dit kan 'n bord (hout/plastiek/metaal) wees waarop ons die printplaat sal monteer. Dan heg ons die houerbord aan die kontrolekas. Op hierdie manier word die PCB aan die bedieningskas vasgemaak.

U kan die houer maak soos u wil. U kan dit met die hand van 'n bord hout of staal maak, dit kan (soos ek) met laser gesny word, of u kan dit selfs in 3D druk. Ek bevat die afmetings van die bord, so die keuse is u eie. As u toegang tot 'n lasersnyer het, is dit die eenvoudigste opsie om dit te sny. U kan die lasersnyer -lêers hier vind in beide.pdf en.svg formaat.

Soos u kan sien, het ek deur verskeie variasies van die houer gegaan. Uiteindelik het ek met die akriel een gegaan, omdat dit nie deur vog (soos hout) geraak word nie en dit nie hitte aantrek nie (soos staal).

Stap 10: Montage + bedrading

Dit is redelik maklik om te doen, maar redelik moeilik om te verduidelik, want daar is baie klein stappe. Laat ons dan dadelik daarop uitkom:

1) Plaas al die kabels in die daarvoor bestemde gat. Draai die kabelsnitte nog nie vas nie.

2) Verbind al die drade van die wind sensors, reënval sensor en van die krag kabel volgens die meegeleverde bedrading diagram. Moet nog nie kabels van die temperatuursensors aansluit nie.

3) As dit gemonteer is, verwyder die PCB -houer. Draai dan die printplaat sodat die kabels langs die onderkant beweeg. Bevestig die PCB -houer sodat die kabels vasgemaak word in 'n toebroodjie tussen die PCB en die houer.

4) Plaas die PCB -houer en skroef dit met die PCB vas.

5) Bevestig die twee kleiner (PG7) kabelwartels. Beveilig nog nie die groter een nie.

6) Plaas en koppel die kabels van die temperatuursensors volgens die meegaande bedradingsdiagram.

7) Sit die boonste deksel op en skroef dit vas.

Stap 11: Wees gelukkig

Hierdie stap is 'n soort kontrolepunt. Op hierdie stadium moes u vir u iets gemaak het wat lyk soos wat u op die prentjie sien. As dit reg is, wees gelukkig. Kry 'n hapje en rus, want dit is nie net 'n klein stap vir 'n man nie, maar 'n reuse sprong vir die mensdom. Indien nie, kyk deur die vorige stappe en vind die probleem. As dit nie help nie, lewer 'n opmerking of stuur 'n boodskap aan my.

As u weer gesond en fiks is, kan u verder gaan met die kode- en ontfoutingsdeel.

Stap 12: Kodering en ontfouting

Yaaaaay, almal hou van kodering! En selfs as u dit nie doen nie, maak dit nie saak nie, want u kan my kode net aflaai en gebruik.

Eerstens moet u die ESP32 dev -module by u bordbestuurder voeg. Om dit te kan doen, moet u 'n JSON -pakket aflaai en dit deur die bordbestuurder installeer. Sien hierdie handleiding deur Random Nerd Tutorials.

U moet nou al die noodsaaklike biblioteke aflaai. Ek het die ZIP -argief "Libraries.zip" vir u gemaak om dit makliker te maak. Moenie die argief soos 'n klassieke biblioteek in Arduino IDE invoer nie. Pak die argief in plaas daarvan en skuif al die lêers na Documents/Arduino/biblioteke. Nou kan u al vier my programme aflaai: "Wi-Fi_Weathercloud_API_test.ino", "System_test.ino", "ESP32_Weathercloud_Weather_Station.ino".

Maak "Wi-Fi_Weathercloud_API_test.ino" oop. U sal 'n paar dinge moet verander. Eerstens moet u 'SSID' en 'KEY' vervang met u Wi-Fi-netwerk-SSID (naam) en wagwoord. Tweedens moet u "WID" en "KEY" vervang met u Weathercloud ID en KEY wat u van stap 2 moet hê. U moet ook dieselfde doen met "ESP32_Weathercloud_Weather_Station.ino". Laai die kode op na die ESP32. U moet die vooraf gedefinieerde data op die Weathercloud -webwerf sien verskyn. As dit reg is, gaan voort.

Laai die "System_test.ino" op na die ESP32 en die "I2C_rainfall_sender" na die Arduino NANO. Maak die seriële konsole van ESP32 oop op 115200 baud. U behoort nou elke 15 sekondes sensordata op u skerm te sien kom. Speel met die sensors. Skyn 'n lig in die sonstralingsensor, blaas in die windsnelheidsensor, verhit die temperatuursonde … Op hierdie manier kan u toets of alles werk. As u tot die gevolgtrekking kom dat alles is soos dit hoort, moet u voortgaan.

Laai die "ESP32_Weathercloud_Weather_Station.ino" op na die ESP32. As u alles korrek gedoen het, moet u elke 10 minute die regte data van die stasie op die Weathercloud -bladsy sien sien. As dit werk, beteken dit dat u stasie nou volledig in werking is en die enigste ding wat u hoef te doen is om dit êrens lekker te installeer.

UPDATE 2020-07-18: Alle sekondêre/toetsprogramme bly dieselfde. Maar die hoofprogram van die weerstasie is opgegradeer. Die struktuur van die kode is baie duideliker as voorheen. U kan al die vereiste parameters aan die begin van die kode stel. Die ESP32 kry nou tyd van 'n NTP -bediener, sodat die RTC -module nie meer nodig is nie. Laastens, maar nie die minste nie, voer die ESP32 nou 'n diep slaapprosedure uit as dit nie data meet en stuur nie. Dit sal die kragverbruik verminder en dit sal ook help om die weerstasie se lewensduur te verleng. Laai die opgegradeerde "ESP32_Weathercloud_Weather_Station.ino" -kode en die opgedateerde zip -lêer met biblioteke af (Instructables aanvaar dit nie, hier is 'n Google Drive -skakel) om die nuwe kode te gebruik. Geniet dit!

Stap 13: Station Mount

Nadat u bevestig het dat u stasie werk, moet u dit ontwerp en 'n houer daarvoor maak. Dit sal sterk, duursaam, kompak moet wees en laastens moet dit mooi wees. Neem hierdie stap meer as 'n aanbeveling of inspirasie as presiese instruksies. Ek weet nie hoe dit lyk waar jy dit gaan monteer nie. U moet 'n bietjie meer kreatief raak. Maar as u 'n plat dak het met 'n metaalpyp met 'n deursnee van 5 cm wat u uitsteek, doen dan net soos ek. Hierdie stasie het twee bokse. Daarom het ek besluit om albei langs mekaar op 'n metaalpaneel te sit. Dit moet op 'n metaalpyp met 'n deursnee van 5 cm gemonteer word. Ek sit dus 'n pyp met 'n binnediameter van 5 cm aan die onderkant van die paneel. Beide die wind sensors moet ver van die res van die stasie af wees. Sit dus twee pype van 40 cm lank aan elke kant van die stasie en twee pype van 10 cm aan die einde van elkeen. Die stralingsskerm moet onder die paneel gemonteer word om ekstra skaduwee te gee. Hiervoor sit ek 'n hakie van 7 by 15 cm L op die dik metaalpyp.

Hier is al die nodige metaalonderdele een vir een [afmetings in mm]:

1x pyp, binnediameter 50, lengte 300

1x paneel, 250 by 300, dikte 3

1x L -hakie, 75 en 150 arms

2x pyp, buitedeursnee 12, lengte 400

2x pyp, binnediameter 17, lengte 100

As u al hierdie metaalonderdele het, kan u dit vaslas volgens die 3D -model wat ek verskaf het. Dan moet u al die gate vir die bokse en die stralingsskerm boor. Verf dit dan net met verf vir metaal. Ek beveel aan om met wit te gaan, want dit absorbeer die minste hitte van al die kleure. Dit is alles, u het 'n stasiehouer waarop u u stasie kan monteer!

Stap 14: Installasie

Gryp u weerstasie, u berg en al u gereedskap aan, want u benodig dit alles. Stap in 'n motor (of 'n bus wat ek nie omgee nie) en kom na die toekomstige ligging van u stasie. Uiteindelik kan u die stasie monteer.

Een ding is om u weerstasie in u werkswinkel te laat werk, maar dit is 'n ander ding om dit in die werklike omstandighede te laat werk. Die installasieprosedure hang baie af van die gebou waarop u u stasie wil monteer. Maar as u die houer van die vorige stap en 'n kragtige boor het, behoort dit goed te wees. U hoef net die dik pyp van die houer op die effens dunner pyp op die dak vas te plak. Boor dan net deur albei die pype en maak dit vas met 'n lang skroef. Monteer al die bokse en sensors. Dis dit. U stasie is nou suksesvol geïnstalleer.

Ons het dit op 'n reënerige dag gedoen. Dit was baie moeilik, maar as gevolg van die sperdatum vir die wedstryd het ons geen ander opsie gehad nie.

Stap 15: Power, Uplink -opstelling en ontfouting

U stasie is fisies geïnstalleer, maar dit is nog nie aanlyn nie. Kom ons doen dit nou. U moet die stasie op een of ander manier van krag hou. U moet 'n bietjie kreatief wees hier. U kan 'n adapter in die huis plaas en 'n kabel deur die venster trek. U kan die kabel ondergronds begrawe. U kan dit via 'n sonpaneel dryf. Al wat belangrik is, is dat daar 5V 500mA op die penne van die kragkabel uit die bedieningsboks kom. Onthou dat alles weerbestand moet wees! As u u stasie aangeskakel het, kan u voortgaan met die opstel en ontfouting van die uplink.

Uplink Setup kry basies die ESP32 om aan te sluit op u Wi-Fi-netwerk. As dit in u huis is, behoort dit goed te wees. As dit in 'n motorhuis of verder uitmekaar is, benodig u moontlik 'n Wi-Fi-verlenger of selfs 'n pasgemaakte Wi-Fi-netwerk. Dan volg die ontfoutingsfase. U kan net die finale kode oplaai en op die beste hoop, maar ek beveel dit regtig aan om elkeen van die sensors een vir een te toets om seker te maak dat alles behoorlik funksioneer. Eintlik dieselfde as in stap 12. As alles werk soos dit moet, kan u op die UPLOAD -knoppie druk om die USB -kabel los te maak en die bedieningsboks toe te maak.

Stap 16: Leef gelukkig en altyd daarna

Sjoe, dit was soooo ouens ouens. Ek het die Sensors -kompetisie net tien dae voor die einde daarvan opgemerk. Dieselfde aand moes ek ongeveer 10 telefoonoproepe maak om alles te reël wat nodig was om die stasie af te handel. Dit was nog nie heeltemal klaar nie. Die dag toe ons die stasie moes installeer, het 'n reuse storm ons planne ontwrig. Ek moes al die teks afhandel voordat die stasie voltooi is. Die stasie is uiteindelik vandag geïnstalleer, op dieselfde dag as wat ek hierdie instruksies gepubliseer het.

Daar is beslis baie dinge wat beter hier gedoen kon word, maar daar is baie nuttige dinge wat u hier kan leer en dit kan gebruik as u u eie stasie bou. As u alle stappe korrek uitgevoer het, het u nou 'n volledig werkende ESP32 -wolkweerstasie. En dit is iets! Al die harde werk het vrugte afgewerp (ek hoop). U kan die data van my stasie hier sien. As u vrae of voorstelle het, hoor ek dit graag in die kommentaarafdeling hieronder.

Ja, en as u van hierdie projek hou, sal ek dit baie waardeer as u vir my stem in die Sensors -wedstryd. Baie dankie en geniet dit !!!

Eerste prys in die Sensors -kompetisie