Raspberry Pi في البرية! الفاصل الزمني الممتد مع طاقة البطارية: 10 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

الحافز: أردت استخدام كاميرا Raspberry Pi التي تعمل بالبطارية لالتقاط صور مرة واحدة في اليوم في الهواء الطلق لإنشاء مقاطع فيديو طويلة المدى. تطبيقي الخاص هو تسجيل نمو نبات الغطاء الأرضي في الربيع والصيف القادمين.

التحدي: تصميم التحكم في طاقة Raspberry Pi الحالي المنخفض لضمان عمر بطارية طويل.

الحل الخاص بي: أستخدم منبهًا مخترقًا ودائرة Attiny85 و Pimoroni OnOff لقطع الطاقة تمامًا عن Raspberry Pi عندما لا يكون قيد الاستخدام. بينما يستمر Attiny85 وساعة المنبه في العمل في وضع الاستعداد ، فإن السحب الحالي يبلغ 5 ميكرو أمبير فقط. تعمل بطاريتان AAA على تشغيل كل من Attiny وساعة المنبه ، بينما يقوم بنك الطاقة USB بتشغيل Pi.

التشغيل الأساسي: عندما تنطلق ساعة المنبه ، فإنها تستيقظ دائرة Attiny نائمة ، والتي تشير بعد ذلك إلى Pimoroni OnOff shim لتوصيل الطاقة من بنك الطاقة USB إلى Raspberry Pi. ينفذ Pi برنامج نصي قيد التشغيل (التقط صورة). بعد مرور الوقت الكافي (60 ثانية في تطبيقي) ، تقوم دائرة Attiny مرة أخرى بإشارة Pimoroni OnOff shim ثم يدخل Attiny في وضع السكون. استنادًا إلى إشارة Attiny ، ينفذ Pimoroni OnOff shim أمر إيقاف التشغيل Pi ، وبعد اكتمال عملية إيقاف تشغيل Pi ، يقطع الطاقة من بنك الطاقة USB إلى Raspberry Pi.

الخطوة 1: الأجزاء والأدوات

القطع:

Raspberry Pi Zero أو Raspberry Pi Zero W (يستمد المزيد من القوة)

وحدة كاميرا Raspberry PI

حافظة Raspberry Pi Zero

Pimoroni ONOFF SHIM RASP PI POWER SWITCH ، Digikey

OPTOISOLATOR Digikey

تعمل بالبطارية منبه رقمي على مدار الساعة الهدف

ATtiny85 8 DIP Digikey

(2) CAP ALUM 100UF Digikey

DS3231 RTC الوحدة النمطية AliExpress

(2) مقاومة 68 أوم

كابل USB صغير قصير (حوالي 6 بوصات)

صندوق مسح Amac SKU #: 60120. 4 "x 4" x 5-1 / 16 "h The Container Store

Kmashi 11200 mAh USB Power Bank # k-mp806 أو ما شابه

شريط لاصق مزدوج

برغي صغير

(2) رؤوس التراص الأنثوية ذات 1 × 8 دبوس - تباع عادةً رؤوس التراص Arduino UNO AliExpress

لوحة الأداء أو شريط التعري حوالي 1 1/4 "× 2"

5 1/2 في 5/12 في 3/4 من خشب الصنوبر السميك أو الخشب الرقائقي

1 1/4 أنبوب بولي كلوريد الفينيل بطول 15 بوصة تقريبًا

1 1/4 PVC مقرنة

(2) حبال بنجي قصيرة بطول حوالي 10 بوصات

(4) 1/4 "ضياء. دبابيس وتد خشبية حوالي 1" طويلة

UltraDeck Natural Post Sleeve Cap Menards

أدوات:

قواطع للاسلاك وحديد اللحام

Arduino UNO أو طريقة أخرى لبرمجة ATtiny85

ربط الأسلاك والقفزات

لوحة مفاتيح وماوس وشاشة HDMI ومنفذ USB و Ethernet Hub وكابل OTG

موليتميتر

الخطوة 2: قم بتثبيت Raspberry Pi OS و Pimoroni OnOff Shim و DS3231 RTC و Pi Camera Module

إعداد Pi Zero. قم بإعداد بطاقة SD لـ Raspberry Pi مع التوزيع الذي تختاره. أثناء عملية الإعداد الأولية ، تأكد من تمكين واجهة I2C والكاميرا والتمهيد إلى CLI بتسجيل الدخول التلقائي ، واضبط التوقيت المحلي الصحيح وقم بتغيير كلمة المرور الخاصة بك. أوصي أيضًا بإعداد عنوان IP ثابت لتسهيل الأمور على الطريق. جندى رأس ذكر ل Pi Zero. يمكنك استخدام إما الرأس القياسي 2 × 20 أو رأس 2 × 6 أقصر ، حيث أن جميع الدبابيس الأربعين غير مطلوبة لهذا المشروع - فقط أول 12 دبابيس.

تثبيت الكاميرا. Snap Pi Zero في العلبة الخاصة به واستخدم وحدة الكاميرا ذات الشريط القصير المتضمن لتوصيل Pi Zero لتوجيه فتحة نهاية علبة الكبل. قم بملاءمة الغطاء العلوي المشقوق لـ GPIO وقم بتوصيل الكاميرا بالغطاء بشريط لاصق مزدوج (انظر الصورة).

قم بإعداد Pimoroni OnOff Shim ، DS3231 RTC. على الرغم من أن Pimoroni OnOff Shim يأتي مع رأس 2 × 6 أنثى ، فقد استخدمت بدلاً من ذلك رأسي تكديس 1 × 6 أنثى "يباعان عادةً لـ Arduino UNOs ، يجب أن تمتد دبابيس الرأس فوق Pimoroni OnOff Shim في مواقع Raspberry Pi pin 1 ، 3 ، 5 ، 7 ، 9 ، يمكن قطع المسامير الأخرى إلى طول الدبوس القياسي.ادفع DS3231 RTC على المسامير الممتدة كما هو موضح في الصورة ، ثم ادفع التجميع الفرعي Pimoroni OnOff Shim & DS3231 RTC على دبابيس رأس Raspberry Pi كما هو مبين.

قم بتثبيت برنامج Pimoroni OnOff Shim باستخدام:

حليقة https://get.pimoroni.com/onoffshim | سحق

للحصول على معلومات إضافية حول تثبيت شيم انظر هنا

قم بتثبيت برنامج DS3231 RTC وفقًا لهذه الإرشادات

الاختبارات الأولية - الكاميرا ، Pimoroni OnOff Shim ، DS3231 RTC

قم بتوصيل لوحة المفاتيح المحلية والشاشة بـ Pi Zero. تأكد من أن لديك اتصال شبكة (كابل إيثرنت أو واي فاي). قم بتوصيل كبل طاقة USB Pimoroni OnOff Shim.

أ. اضغط على زر ضغط Pimoroni OnOff Shim لمدة 3 ثوانٍ ثم حرر - يؤدي هذا إلى تبديل Pi Zero أو إيقاف تشغيله. راقب عملية التمهيد والإغلاق على الشاشة. يحتوي Pi Zero الآن على ترقية تقنية متقدمة - مفتاح تشغيل / إيقاف!

ب. اضبط وقت DS3231 وتحقق من أنه يقرأ الوقت الصحيح باستخدام:

sudo hwclock -w

sudo hwclock -r

ج. اختبر وظيفة الكاميرا وفقًا لهذه التعليمات.

الخطوة 3: إعداد البرنامج النصي Raspberry Pi Run-At-Boot واختبار الكاميرا

إنشاء دليل فرعي جديد والانتقال إليه

مكدير زيروكام

قرص مضغوط zerocam

استخدم محرر نانو لإنشاء ملف نصي جديد

نانو photo.sh

ثم انسخ الكود أدناه والصقه في محرر nano. النانو القريب مع Ctrl + X ، Y ثم Return.

#! / بن / باش

DATE = $ (التاريخ + "٪ Y-٪ m-٪ d_٪ H٪ M") raspistill -o /home/pi/zerocam/$DATE-j.webp

نظرًا لأن هذا البرنامج النصي يستخدم الأمر convert ، فستحتاج إلى تثبيت ImageMagick على Raspberry Pi

sudo apt-get update

سودو apt-get install imagemagick

اجعل الملف قابلاً للتنفيذ

chmod + x photo.sh

افتح /etc/rc.local (يتم تشغيل الأوامر في هذا الملف عند التمهيد)

sudo nano /etc/rc.local

بالقرب من أسفل الملف ، قبل الخروج من 0 ، أضف هذا السطر الجديد ثم أغلق nano باستخدام Ctrl + X ، Y ثم Return.

sh /home/pi/zerocam/photo.sh

عند توصيل جهاز عرض محلي ، اختبر أنه يعمل

sudo إعادة التشغيل

يجب إعادة تشغيل Pi والتقاط صورة. سيكون هناك ملف-j.webp

اختبر أيضًا تشغيل وإيقاف Pi باستخدام زر ضغط Pimoroni. قياس وتسجيل وقت التمهيد Pi. يجب أن يكون أقل من 60 ثانية.

الخطوة 4: اختراق المنبه

لاحظ عملية الإنتاج - قم بتركيب بطاريتين AAA في ساعة المنبه ، ومارس ضبط الوقت والتنبيه وفقًا للإرشادات المرفقة. لاحظ على وجه الخصوص صوت الإنذار - يجب أن ترى (1) وميض رمز التنبيه الصغير للشاشة ، (2) يصدر صوت الجرس لمدة دقيقة واحدة ثم ينطفئ و (3) يضيء مصباح الإضاءة الخلفية لمدة 5 ثوانٍ ثم ينطفئ.

تفكيك - قم بإزالة المسامير الأربعة من ظهر الساعة لفصل النصفين ، ثم قم بإزالة أربعة مسامير أخرى لتحرير ثنائي الفينيل متعدد الكلور الرئيسي.

Hack - قم بقص خيوط LED في مقدمة PCB كما هو موضح ولحام الأسلاك بطول 5 بوصات إلى الخيوط المتبقية على الجانب الخلفي من PCB (انظر الشكل التوضيحي).

أضف إلى أطراف حجرة البطارية سلكين إضافيين (أحمر وأسود) بالإضافة إلى مكثف إلكتروليتي 100MFD كما هو موضح (لاحظ القطبية).

أعد تجميع الساعة مع التأكد من توجيه مؤشر LED والبطارية الجديدة تؤدي إلى فتحات الاحتفاظ بالغطاء الخلفي كما هو موضح.

إعادة الاختبار - قم بتركيب البطاريات واختبر وظيفة الإنذار - الآن عندما ينطلق المنبه ، يجب أن ترى رمز الإنذار الصغير على الشاشة يومض - ولكن لا يوجد جرس ولا إضاءة خلفية. قم بتوصيل mulitmeter إلى خيوط LED يجب أن تكتشف حوالي 3 VDC عندما ينطلق الإنذار لمدة 5 ثوانٍ تقريبًا..

الخطوة 5: بناء لوحة الدوائر Attiny85

بالإشارة إلى الصورة و Attiny85 Schematic.pdf قم ببناء لوحة الدائرة على قطعة صغيرة من perf أو لوحة الشريط. ملحوظات:

• تأكد من استخدام مقبس DIP ذي 8 سنون لشريحة Attiny85 حيث يجب إزالته من أجل البرمجة.
• تأكد من الاتجاه الصحيح لـ Optos قبل اللحام.
• يجب أن يكون طول وصلة العبور المؤدية إلى Pimoroni Shim 4 بوصات على الأقل مع رؤوس أنثوية لإرفاق دبابيس ذكر Shims BTN.
• راقب القطبية عند إجراء اتصالات بنقرة إنذار - لا تحتوي الدائرة على حماية قطبية عكسية

الخطوة 6: قم بتحميل الكود إلى Attiny 85 Chip

باستخدام Arduino Uno أو أي وسيلة أخرى ، قم بتحميل الكود (ملف AttinyPiPowerControl.ino المرفق) إلى شريحة Attiny85 الخاصة بك. ملاحظة - يسمح هذا الرمز بـ 60 ثانية لـ PI للتشغيل والتقاط صورة والوصول إلى موجه أوامر المحطة الطرفية قبل بدء عملية إيقاف التشغيل. يمكنك بعد ذلك تثبيت شريحة Attiny85 في مقبس لوحة الدائرة - تحقق مزدوج من الاتجاه.

ملاحظة: إذا كنت بحاجة إلى وقت تشغيل Pi أكثر أو أقل ، فما عليك سوى تعديل هذا السطر بالقرب من الجزء السفلي:

تأخير (60000) ؛ // دع Pi التمهيد وتشغيل لبعض الوقت

الخطوة 7: اختبار الأسلاك والاختبار الأولي وتنزيل ملفات الصور من PI

الأسلاك:

قم بتوصيل بنك الطاقة USB بمنفذ USB الصغير من Pimoroni shim. قم بتوصيل وصلات العبور من لوحة الدائرة Attiny85 إلى رقاقة Pimoroni ، وتأكد من أن الرصاص الأسود يتصل بأقصى طرف BTN على حافة Pimoroni.

اختبار:

قم بتركيب بطاريتين AAA في المنبه ، واضبط وقت الساعة. أوصي أيضًا بتوصيل منفذ HDMI Pi بشاشة محلية.

قم بتشغيل المنبه واضبط المنبه لبضع دقائق في المستقبل. عندما يرن المنبه ، يجب أن ترى:

أ. يبدأ رمز تنبيه الساعة في الوميض

ب. بعد حوالي 5 ثوانٍ ، يضيء مؤشر Pimoroni Shim الأحمر لمدة 5 ثوانٍ

ج. يبدأ Pi في التمهيد

د. بعد حوالي 20 ثانية ، يضيء مؤشر LED الخاص بالكاميرا ويتم التقاط صورة. إذا كان لديك جهاز عرض محلي متصل ، فسترى معاينة مختصرة للصورة الملتقطة.

ه. بعد 40 ثانية أخرى أو نحو ذلك ، يقوم Pi بالتمهيد على طول الطريق حتى موجه الأوامر الطرفي

F. يبدأ Pi عملية الإغلاق ، بعد حوالي 20 ثانية ، يومض مؤشر Pimoroni Shim الأحمر الذي يشير إلى انقطاع الطاقة عن PI

تنزيل ملفات الصور من PI

أقوم بتوصيل PI بشبكتي باستخدام كابل OTG و USB بمحول إيثرنت ، وتشغيل Pi من ثؤلول الجدار. ثم استخدم WinSCP لتنزيل الملفات على جهاز الكمبيوتر الخاص بي.

الخطوة 8: قم بتجميع الضميمة الإلكترونية

قم بتركيب لوحة الدوائر Attiny85 في الجزء الخلفي من المنبه باستخدام برغي صغير ذاتي التنصت. إرفاق PI على مدار الساعة باستخدام شريط لاصق مزدوج كما هو موضح

قم بإرفاق الجانب الأيسر للساعة لعرض الجزء السفلي بشريط لاصق مزدوج

قم بتوصيل بنك طاقة USB لعرض الجزء السفلي من الحافظة بشريط لاصق مزدوج كما هو موضح.

ضع العلبة العلوية فوق حافظة العرض السفلية كما هو موضح.

الخطوة 9: قم ببناء أوتاد التركيب والتجميع النهائي وتحرير PI في البرية

القطعة السفلية: في قطعة خشب مقاس 5 1/2 × 5 1/2 ، قم بقطع 4 فتحات 3/4 بوصة للداخل من كل جانب كما هو موضح. لقد استخدمت 1/4 بت جهاز التوجيه ، ولكن يمكنك أيضًا الحفر والمنشار. في المركز يصنع ثقبًا لتوصيل 1 1/4 PVC. حجم الفتحة المثالي هو 1 5/8 ، ولكن نظرًا لأنني لم يكن لدي سوى منشار ثقب 1 3/4 بوصة ، فقد استخدمت ذلك وقمت بتكوين اقتران OD بشريط بطة. اقتران في مكانه مع الايبوكسي.

قم بتوسيط العلبة الإلكترونية فوق الكتلة الخشبية وحدد مخططها. ثم حفر أربعة 1/4 ثقوب على طول كل جانب كما هو موضح. ألصق أربعة مسامير خشبية بقطر 1 "طويلة 1/4" في هذه الثقوب - سيساعد ذلك في إبقاء العلبة في المنتصف.

القطعة العلوية: قم بحفر أربعة ثقوب مقاس 3/16 بوصة بالقرب من الحافة السفلية من كل حجم وأدخل خطافات S طويلة مقاس 3/4 بوصة في كل فتحة ثني الأطراف مغلقة حتى لا تسقط. على الحواف الداخلية ، قم بالغراء الساخن 4 أربعة 1/2 قصاصات سميكة من الخشب - ستساعد هذه على إبقاء القطعة العلوية في المنتصف فوق العلبة.

التجميع النهائي: ضع حاوية الإلكترونيات بين القطع العلوية والسفلية وتأمينها باستخدام حبلين بنجي كما هو موضح

حرر PI في البرية: اصنع وتدًا متصاعدًا عن طريق قطع 1 1/4 "أنبوب بولي كلوريد الفينيل بطول مناسب لأغراضك ، وقطع أحد طرفيه بزاوية 45 درجة لتسهيل الركض في الأرض. في حالتي أنا" m مهتمًا بنمو نبات الغطاء الأرضي (Vinea طفيف) هذا الربيع ، وبالتالي فإن نصيبي من PVC يبلغ طوله 15 بوصة فقط. تحقق جيدًا من أن بطاريات AAA جديدة ، وأن بنك طاقة USB مشحون بالكامل وأن ساعة المنبه مضبوطة بشكل صحيح - ثم قم بوضع الحصة في الأرض وتجميع الانزلاق فوق حصة التركيب - انظر الصورة.

الخطوة 10: القياسات الحالية واختبار عمر البطارية المعجل

قمت بقياس التيار باستخدام راديو شاك RS-232 المتعدد (22-812) وبرنامج عرض متر مصاحب. ليس خيار الوحش ، لكن هذا ما أملكه.

قياس السحب الحالي من بطاريتين AAA بقوة Attiny85 ولوحة منبه

لمقياس متعدد "توصيل السلسلة" ، استخدمت بطاريات وهمية و 3 مصدر طاقة منضدة VDC (انظر الصورة). انظر الرسم البياني للتيار الذي تم قياسه خلال الفترة "النشطة" (يبدأ بحدث التنبيه - وينتهي بعودة Attiny85 إلى وضع السكون). كان السحب بدون إنذار ثابتًا 0.0049 مللي أمبير. ملخص -

الفترة النشطة = 78 ثانية

متوسط الفترة النشطة التيار = 4.85 مللي أمبير

تيار بدون إنذار = 4.9 ميكرو أمبير (0.0049 مللي أمبير)

لقد حسبت متوسط السحب اليومي اليومي البالغ 0.0093 مللي أمبير من جهازي AAA (750 مللي أمبير / لكل منهما) مع الأخذ في الاعتبار وضعي النوم والنشط ، وعمر البطارية النظري> 8 سنوات باستخدام هذه الطريقة.

قياس سحب التيار PI من powerbank USB. إلى مقياس متعدد "توصيل السلسلة" ، استخدمت كبل USB معدل (انظر الصورة). انظر الرسم البياني للتيار المقاس خلال الفترة "النشطة" (PI boot up - PI shutdown). خلال الفترة غير النشطة ، تقوم رقاقة Pimoroni ONOFF بقطع الطاقة تمامًا عن Pi ، لذا فإن السحب الحالي ~ صفر. ملخص -

الفترة النشطة = 97 ثانية

متوسط الفترة النشطة التيار = 137 مللي أمبير

بافتراض وجود بنك طاقة بقوة 11200 مللي أمبير في الساعة ، فإن العدد النظري لدورات الفترة النشطة هو> 3000.

اختبار عمر البطارية المعجل

لقد قمت بالتحكم مؤقتًا في PI باستخدام Arduino UNO المبرمج لركوب الدراجات السريع - كان الوقت بين أجهزة الإنذار دقيقتين مقابل 24 ساعة العادية.

اختبار رقم 1: بنك طاقة بسعة 11200 مللي أمبير في الساعة. بدأت الساعة 10 مساءً وتوقفت الساعة 1 مساءً في اليوم التالي. النتائج: تم التقاط 413 صورة ، ولا تزال 3 من 4 مصابيح LED لمستوى الشحن قيد التشغيل في نهاية الاختبار.

اختبار رقم 2: بنك طاقة بقوة 7200 مللي أمبير في الساعة. بدأت الساعة 7:30 مساءً وتوقفت الساعة 4:30 مساءً في اليوم التالي. النتائج: تم التقاط 573 صورة ، 2 من 4 مستوى شحن LED لا يزال قيد التشغيل في نهاية الاختبار.

الخلاصة: أعتقد أن النتائج المذكورة أعلاه تشير إلى احتمال إجراء عملية لمدة عام على الأقل مع التقاط صورة واحدة لكل صورة.