Estación meteorológica completa de bricolaje Raspberry Pi con software: 7 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

A finales de febrero vi esta publicación en el sitio de Raspberry Pi.

www.raspberrypi.org/school-weather-station-…

Habían creado estaciones meteorológicas Raspberry Pi para escuelas. ¡Quería uno totalmente! Pero en ese momento (y creo que aún al momento de escribir esto) no están disponibles públicamente (debe estar en un grupo selecto de probadores). Bueno, quería seguir y no tenía ganas de gastar cientos de dólares en un sistema de terceros existente.

Entonces, como un buen usuario Instructable, decidí hacer el mío.

Investigué un poco y encontré algunos buenos sistemas comerciales en los que podía basar el mío. Encontré algunos buenos Instructables para ayudar con algunos de los conceptos de Sensor o Raspberry PI. Incluso encontré este sitio, que era sucio, habían derribado un sistema Maplin existente:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Avance rápido alrededor de un mes y tengo un sistema de trabajo básico. Este es un completo sistema meteorológico Raspberry Pi con solo el hardware básico de Raspberry Pi, la cámara y algunos sensores analógicos y digitales variados para realizar nuestras mediciones. No compre anemómetros o pluviómetros prefabricados, ¡estamos haciendo los nuestros! Aquí están sus características:

• Registra información en RRD y CSV, por lo que se puede manipular o exportar / importar a otros formatos.
• Utiliza la API Weather Underground para obtener información interesante, como máximos y mínimos históricos, fases lunares y amanecer / atardecer.
• Utiliza la cámara Raspberry Pi para tomar una foto una vez por minuto (luego puedes usarla para hacer timelapses).
• Tiene páginas web que muestran los datos de las condiciones actuales y algunos históricos (última hora, día, 7 días, mes, año). El tema del sitio web cambia con la hora del día (4 opciones: amanecer, atardecer, día y noche).

Todo el software para registrar y mostrar la información está en un Github, incluso he realizado un seguimiento de errores, solicitudes de funciones allí también:

github.com/kmkingsbury/raspberrypi-weather…

Este proyecto fue una gran experiencia de aprendizaje para mí, pude sumergirme realmente en las capacidades de Raspberry Pi, especialmente con GPIO, y también encontré algunos puntos débiles de aprendizaje. Espero que usted, lector, pueda aprender de algunas de mis pruebas y tribulaciones.

Paso 1: Materiales

Electrónica:

• 9 interruptores de lengüeta (8 para la dirección del viento, 1 para el pluviómetro, opcionalmente 1 para la velocidad del viento en lugar de un sensor Hall), utilicé estos:
• 1 sensor Hall (para la velocidad del viento, llamado anemómetro) -
• Temperatura (https://amzn.to/2RIHf6H)
• Humedad (muchos sensores de humedad vienen con un sensor de temperatura), usé el DHT11:
• Presión (el BMP también vino con un sensor de temperatura), utilicé el BMP180, https://www.adafruit.com/product/1603, este producto ahora está descontinuado pero hay un equivalente con el BMP280 (https://amzn.to/2E8nmhi)
• Fotorresistor (https://amzn.to/2seQFwd)
• Chip GPS o GPS USB (https://amzn.to/36tZZv3).
• 4 imanes fuertes (2 para anemómetro, 1 para dirección, 1 para pluviómetro), utilicé los imanes de tierras raras, muy recomendados) (https://amzn.to/2LHBoKZ).
• Un puñado de resistencias variadas, tengo este paquete que ha demostrado ser extremadamente útil con el tiempo:

• MCP3008 - para convertir entradas analógicas a digitales para Raspberry Pi -

Hardware

• Raspberry Pi: originalmente usé el 2 con un adaptador inalámbrico, ahora también obtengo el kit 3 B + con adaptador de corriente. (https://amzn.to/2P76Mop)
• Cámara Pi
• Un adaptador de corriente sólido de 5V (esto resultó ser dolorosamente molesto, finalmente obtuve el de Adafruit, de lo contrario, la cámara saca demasiado jugo y puede colgar / colgará el Pi, está aquí: https://www.adafruit.com/products / 501)

Materiales:

• 2 cojinetes de empuje (o los cojinetes de patineta o patines de ruedas también funcionarán), los obtuve en Amazon:
• 2 cajas impermeables (utilicé una caja eléctrica de la gran tienda local), no importa mucho, solo necesito encontrar una caja de buen tamaño que tenga suficiente espacio y proteja todo).
• Algunos tubos de PVC y tapas de extremo (varios tamaños).
• Soportes de montaje de PVC
• Un par de hojas de plexiglás fino (nada extravagante).
• separadores de plástico
• mini tornillos (utilicé tornillos y tuercas n. ° 4).
• 2 Adorno de árbol de Navidad de plástico: utilizado para el anemómetro, obtuve el mío en el Hobby Lobby local.
• Pasador pequeño
• Pequeño trozo de madera contrachapada.

Instrumentos:

• Dremel
• Pistola de pegamento
• Soldador
• Multimetro
• Taladro

Paso 2: Caja principal: Pi, GPS, cámara, luz

El recinto principal alberga el PI, la cámara, el GPS y el sensor de luz. Está diseñado para ser resistente al agua ya que alberga todos los componentes críticos, las medidas se toman desde el gabinete remoto y ese está diseñado para estar expuesto / abierto a los elementos.

Pasos:

Elija un gabinete, utilicé una caja de conexiones eléctricas, varias cajas de proyectos y carcasas impermeables funcionarán igual de bien. El punto clave es que tiene suficiente espacio para guardar todo.

Mi recinto contiene:

• La frambuesa pi (en separadores): necesita un chip WIFI, ¡no quiero estar ejecutando Cat5e en el patio trasero!
• La cámara (también en separadores)
• El chip GPS, conectado a través de USB (usando un cable FTDI sparkfun: https://www.sparkfun.com/products/9718) - El GPS proporciona latitud y longitud, lo cual es bueno, pero lo que es más importante, puedo obtener la hora exacta de el GPS!
• dos enchufes ethernet / cat 5 para conectar el gabinete principal al otro gabinete que alberga los otros sensores. Esta fue solo una forma conveniente de tener cables entre las dos cajas, tengo aproximadamente 12 cables y los dos cat5 proporcionan 16 conexiones posibles, por lo que tengo espacio para expandir / cambiar las cosas.

Hay una ventana en la parte delantera de mi gabinete por la que la cámara puede ver. El estuche con esta ventana protege la cámara, pero tuve problemas en los que el LED rojo de la cámara (cuando está tomando una foto) se refleja en el plexiglás y aparece en la foto. Usé un poco de cinta negra para mitigar esto e intentar bloquearlo (y otros LED del Pi y el GPS), pero aún no está al 100%.

Paso 3: 'Recinto remoto' para temperatura, humedad, presión

Aquí es donde guardé los sensores de temperatura, humedad y presión, así como las "conexiones" para el pluviómetro, la dirección del viento y los sensores de velocidad del viento.

Todo es muy sencillo, los pines aquí se conectan a través de los cables ethernet a los pines requeridos en la Raspberry Pi.

Traté de usar sensores digitales donde pude y luego se agrega cualquier analógico al MCP 3008, se necesitan hasta 8 analógicos, lo cual fue más que suficiente para mis necesidades, pero da espacio para mejorar / expandir.

Este recinto está abierto al aire (tiene que ser para temperatura, humedad y presión precisas). Los orificios inferiores están salidos, así que le di a algunos de los circuitos un aerosol de revestimiento conformado de silicona (puede obtenerlo en línea o en un lugar como Fry's Electronics). Con suerte, debería proteger el metal de la humedad, aunque debe tener cuidado y no usarlo en algunos de los sensores.

La parte superior del recinto también es donde encaja el sensor de velocidad del viento. Fue un lanzamiento, podría haber puesto la velocidad del viento o la dirección del viento en la parte superior, no vi ninguna ventaja importante de uno sobre el otro. En general, desea que ambos sensores (dirección y velocidad del viento) sean lo suficientemente altos para que los edificios, las cercas y los obstáculos no interfieran con las mediciones.

Paso 4: pluviómetro

En su mayoría seguí este instructivo para hacer el indicador real:

www.instructables.com/id/Arduino-Weather-St…

Hice esto de plexiglás para poder ver lo que estaba pasando y pensé que sería genial. En general, el plexiglás funcionó bien, pero combinado con la pistola de pegamento, el sellador de goma y el corte y la perforación en general, no se ve tan prístino, incluso con la película protectora.

Puntos clave:

• El sensor es un simple interruptor de lengüeta y un imán tratado como la presión de un botón en el código RaspberryPi, simplemente cuento los cubos a lo largo del tiempo y luego hago la conversión más tarde a "pulgadas de lluvia".
• Hágalo lo suficientemente grande como para contener suficiente agua para inclinar, pero no tanto como para que necesite mucha para volcar. En mi primera pasada, hice que cada bandeja no fuera lo suficientemente grande para que se llenara y comenzara a escurrir por el borde antes de que se inclinara.
• También encontré que el agua residual podría agregar algún error a la medición. Es decir, completamente seco, se necesitaron X gotas para llenar un lado y volcarlo, una vez mojado, se necesitaron Y gotas (que es menos que X) para llenar y volcar. No es una gran cantidad, pero tuvo efecto al intentar calibrar y obtener una buena medición de "1 carga es igual a la cantidad".
• Equilibre, puede hacer trampa agregando pegamento de pistola de pegamento en los extremos inferiores si un lado es mucho más pesado que el otro, pero lo necesita lo más equilibrado posible.
• Puedes ver en la foto que configuré un pequeño equipo de prueba usando algunas esponjas y un soporte de madera para probar y equilibrarlo correctamente antes de instalarlo.

Paso 5: dirección del viento

Esta fue una simple veleta. Basé la electrónica en el sistema Maplin:

www.philpot.me/weatherinsider.html

Puntos clave:

Este es un sensor analógico. Los ocho interruptores de lengüeta combinados con varias resistencias dividen la salida en trozos para que pueda identificar en qué coordenada se encuentra el sensor por el valor. (El concepto se explica en este instructivo:

• Después de atornillar la parte de la veleta, es necesario calibrarla para que "esta dirección sea la que apunte al norte".
• Hice una plataforma de prueba con madera para poder cambiar fácilmente las resistencias que cubrían el rango completo de valores para mí, ¡eso fue muy útil!
• Usé un cojinete de empuje, funcionó bien, estoy seguro de que un cojinete normal de patineta o patines hubiera estado igual de bien.

Paso 6: Velocidad del viento

Este volví una vez más a la comunidad Instructable y encontré y seguí este instructivo:

www.instructables.com/id/Data-Logging-Anemo…

Puntos clave:

• También puede utilizar el sensor de pasillo o cambiar a un sensor de lengüeta. El sensor de pasillo es más un sensor analógico, por lo que si lo está utilizando de forma digital, como presionar un botón, debe asegurarse de que la lectura / voltaje sea lo suficientemente alto como para que actúe como una verdadera presión de botón, en lugar de no lo suficiente..
• El tamaño de la taza es crucial, ¡también lo es la longitud del palo! Originalmente usaba pelotas de ping pong y eran demasiado pequeñas. También los puse en palos largos que tampoco funcionaron. Me frustré mucho y luego me encontré con ese instructable, Ptorelli hizo un gran trabajo explicando y me ayudó cuando mi diseño original no funcionó tan bien.

Paso 7: software

El software está escrito en Python para registrar los datos de los sensores. Usé otras bibliotecas Git de terceros de Adafruit y otras para obtener la información de los sensores y el GPS. También hay algunos trabajos cron que también extraen parte de la información de la API. La mayoría se explica / describe en la documentación de Git en docs / install_notes.txt

El software web está en PHP para mostrarlo en la página web al mismo tiempo que utiliza YAML para los archivos de configuración y, por supuesto, la herramienta RRD para almacenar y graficar los datos.

Utiliza la API Weather Underground para obtener algunos de los datos interesantes que los sensores no pueden extraer: Record Hi's and Lows, Phase of the Moon, Sunset and Sunrise times, también hay Tides disponibles en su API, que pensé que era realmente genial, pero vivo en Austin TX, que está muy lejos del agua.

Todo está disponible en Github y se mantiene activamente y actualmente se está utilizando mientras refino y calibro aún más mi propio sistema, para que pueda enviar solicitudes de funciones e informes de errores también.

El software pasa por un cambio de tema dependiendo de la hora del día, hay 4 etapas. Si la hora actual es + o - 2 horas desde el amanecer o el atardecer, obtendrás los temas de amanecer y atardecer, respectivamente (ahora solo un fondo diferente, probablemente usaré diferentes colores de fuente / borde en el futuro). Asimismo, fuera de esos rangos se da el tema del día o de la noche.

Gracias por leer, si desea ver más fotos y videos de mis proyectos, visite mi canal de Instagram y YouTube.

Tercer premio en el Concurso Pi / e Day