جدول المحتويات:
2025 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2025-01-13 06:56
مرة أخرى في أواخر فبراير ، رأيت هذا المنشور على موقع Raspberry Pi.
www.raspberrypi.org/school-weather-station-…
لقد أنشأوا محطات الطقس Raspberry Pi للمدارس. كنت اريد واحد تماما! لكن في ذلك الوقت (وما زلت أعتقد حتى كتابة هذا التقرير) لم يكونوا متاحين للجمهور (يجب أن تكون في مجموعة مختارة من المختبرين). حسنًا ، أردت ذلك ولم أشعر برغبة في صرف مئات الدولارات لنظام طرف ثالث موجود.
لذا ، كمستخدم جيد Instructable ، قررت أن أصنع بنفسي !!!
لقد أجريت القليل من البحث ووجدت بعض الأنظمة التجارية الجيدة التي يمكنني أن أسند إليها. لقد وجدت بعض التعليمات الجيدة للمساعدة في بعض مفاهيم المستشعر أو Raspberry PI. حتى أنني وجدت هذا الموقع ، الذي كان يدفع التراب ، لقد هدموا نظام Maplin الحالي:
www.philpot.me/weatherinsider.html
تقدم سريعًا لمدة شهر ولدي نظام عمل أساسي. هذا هو نظام الطقس Raspberry Pi الكامل مع أجهزة Raspberry Pi الأساسية والكاميرا وبعض المستشعرات التناظرية والرقمية المتنوعة لإجراء قياساتنا. لا تشتري أجهزة قياس شدة الريح مسبقة الصنع أو مقاييس المطر ، نحن نصنع مقاييسنا الخاصة! ها هي الميزات:
- معلومات السجلات إلى RRD و CSV ، بحيث يمكن معالجتها أو تصديرها / استيرادها إلى تنسيقات أخرى.
- يستخدم Weather Underground API للحصول على معلومات رائعة مثل الارتفاعات والانخفاضات التاريخية ومراحل القمر وشروق / غروب الشمس.
- يستخدم كاميرا Raspberry Pi لالتقاط صورة مرة واحدة في الدقيقة (يمكنك بعد ذلك استخدامها لعمل لقطات زمنية).
- يحتوي على صفحات ويب تعرض بيانات الظروف الحالية وبعضها التاريخي (آخر ساعة ، يوم ، 7 أيام ، شهر ، سنة). يتغير موضوع موقع الويب مع الوقت من اليوم (4 خيارات: شروق الشمس وغروبها ونهارًا وليلاً).
جميع البرامج لتسجيل المعلومات وعرضها موجودة في Github ، حتى أنني قمت ببعض تتبع الأخطاء وطلبات الميزات هناك أيضًا:
github.com/kmkingsbury/raspberrypi-weather…
كان هذا المشروع تجربة تعليمية رائعة بالنسبة لي ، فقد غصت حقًا في إمكانات Raspberry Pi خاصةً مع GPIO ، كما أنني واجهت بعض نقاط صعوبة التعلم أيضًا. أتمنى أن تتعلم ، أيها القارئ ، من بعض تجاربي ومحني.
الخطوة 1: المواد
الإلكترونيات:
- 9 مفاتيح Reed (8 لاتجاه الرياح ، 1 لمقياس المطر ، اختياريًا 1 لسرعة الرياح بدلاً من مستشعر القاعة) ، استخدمت هذه:
- 1 مستشعر القاعة (لسرعة الرياح ، يسمى مقياس شدة الريح) -
- درجة الحرارة (https://amzn.to/2RIHf6H)
- الرطوبة (الكثير من مستشعرات الرطوبة تأتي مع مستشعر درجة الحرارة) ، لقد استخدمت DHT11:
- الضغط (جاء BMP مع مستشعر درجة الحرارة فيه أيضًا) ، استخدمت BMP180 ، https://www.adafruit.com/product/1603 ، تم إيقاف هذا المنتج الآن ولكن هناك ما يعادل BMP280 (https://amzn.to/2E8nmhi)
- مقاوم ضوئي (https://amzn.to/2seQFwd)
- رقاقة GPS أو USB GPS (https://amzn.to/36tZZv3).
- 4 مغناطيسات قوية (2 لمقياس شدة الريح ، 1 للاتجاه ، 1 لمقياس المطر) ، استخدمت مغناطيسات أرضية نادرة ، موصى بها بشدة) (https://amzn.to/2LHBoKZ).
- حفنة من المقاومات المتنوعة ، لدي هذه الحزمة التي أثبتت أنها مفيدة للغاية بمرور الوقت:
-
MCP3008 - لتحويل المدخلات التناظرية إلى الرقمية لـ Raspberry Pi -
المعدات
- Raspberry Pi - لقد استخدمت في الأصل 2 مع محول لاسلكي ، والآن أحصل على مجموعة 3 B + مع محول الطاقة أيضًا. (https://amzn.to/2P76Mop)
- كاميرا بي
- محول طاقة صلب 5 فولت (اتضح أنه مزعج بشكل مؤلم ، حصلت في النهاية على Adafruit ، وإلا فإن الكاميرا تسحب الكثير من العصير ويمكن / ستعلق Pi ، إنها هنا: https://www.adafruit.com/products / 501)
المواد:
- 2 محامل الدفع (أو محامل لوح التزلج أو الأسطوانة ستعمل أيضًا) ، حصلت عليها على Amazon:
- 2 حاويات مقاومة للماء (لقد استخدمت حاوية كهربائية من متجر الصناديق الكبيرة المحلي) ، لا يهم كثيرًا ، فقط بحاجة إلى العثور على حاوية ذات حجم جيد سيكون بها مساحة كافية وتحمي كل شيء).
- بعض الأنابيب البلاستيكية وأغطية النهاية (أحجام مختلفة).
- بين قوسين جبل PVC
- صفائح زوجية من زجاج شبكي رفيع (لا يوجد شيء خيالي جدًا).
- مواجهات بلاستيكية
- مسامير صغيرة (لقد استخدمت البراغي والصواميل رقم 4).
- 2 زخرفة شجرة عيد الميلاد البلاستيكية - تستخدم لمقياس شدة الريح ، حصلت على منجم في Hobby Lobby المحلي.
- وتد صغير
- قطعة صغيرة من الخشب الرقائقي.
أدوات:
- دريميل
- مسدس الغراء
- لحام حديد
- المقياس المتعدد
- تدريبات
الخطوة 2: الضميمة الرئيسية - Pi ، GPS ، الكاميرا ، الضوء
تضم العلبة الرئيسية PI والكاميرا و GPS ومستشعر الضوء. إنه مصمم ليكون مقاومًا للماء لأنه يحتوي على جميع المكونات الأساسية ، ويتم أخذ القياسات من الحاوية البعيدة والتي تم تصميمها بحيث تكون مكشوفة / مفتوحة للعناصر.
خطوات:
اختر حاوية ، لقد استخدمت صندوق تقاطع كهربائي ، وستعمل صناديق مشاريع مختلفة وحالات مقاومة للماء أيضًا. النقطة الأساسية هي أن لديها مساحة كافية لاستيعاب كل شيء.
يحتوي الضميمة الخاصة بي على:
- raspberry pi (على المواجهة) - يحتاج إلى شريحة WIFI ، لا تريد تشغيل Cat5e في الفناء الخلفي!
- الكاميرا (أيضًا في المواجهات)
- شريحة GPS ، المتصلة عبر USB (باستخدام كابل sparkfun FTDI: https://www.sparkfun.com/products/9718) - يوفر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) خطوط الطول والعرض ، وهو أمر رائع ، ولكن الأهم من ذلك ، يمكنني الحصول على وقت دقيق من GPS!
- مقابس إيثرنت / قطة 5 لتوصيل الحاوية الرئيسية بالحاوية الأخرى التي تضم أجهزة الاستشعار الأخرى. كانت هذه مجرد طريقة ملائمة لتوصيل الكابلات بين الصندوقين ، ولدي ما يقرب من 12 سلكًا ، ويوفر كلا القطعتين 16 اتصالًا ممكنًا ، لذلك لدي مساحة لتوسيع / تغيير الأشياء من حولنا.
هناك نافذة في مقدمة العلبة الخاصة بي لكي تراها الكاميرا. تحمي العلبة مع هذه النافذة الكاميرا ، لكن لدي مشكلات حيث ينعكس اللون الأحمر على الكاميرا (عند التقاط صورة) عن زجاج شبكي ويظهر في الصورة. لقد استخدمت بعض الشريط الأسود للتخفيف من ذلك ومحاولة حظره (ومصابيح LED أخرى من Pi و GPS) ، لكنها ليست 100٪ بعد.
الخطوة 3: "الضميمة عن بعد" لدرجة الحرارة والرطوبة والضغط
هذا هو المكان الذي قمت فيه بتخزين مستشعرات درجة الحرارة والرطوبة والضغط بالإضافة إلى "وصلات" لمقياس المطر واتجاه الرياح ومستشعرات سرعة الرياح.
كل شيء واضح ومباشر ، تتصل الدبابيس هنا عبر كبلات إيثرنت بالدبابيس المطلوبة على Raspberry Pi.
حاولت استخدام المستشعرات الرقمية حيث كان بإمكاني ، وبعد ذلك يتم إضافة أي تناظري إلى MCP 3008 ، يستغرق الأمر ما يصل إلى 8 أجهزة تمثيلية والتي كانت أكثر من كافية لاحتياجاتي ، ولكنها توفر مجالًا للتحسين / التوسع.
هذه العلبة مفتوحة للهواء (يجب أن تكون دقيقة لدرجة الحرارة والرطوبة والضغط). انبثقت الثقوب السفلية ، لذلك أعطيت بعض الدوائر رذاذًا من بخاخ طلاء سيليكون مطابق (يمكنك الحصول عليه عبر الإنترنت أو في مكان مثل Fry's Electronics). نأمل أن يحمي المعدن من أي رطوبة ، ولكن عليك توخي الحذر وعدم استخدامه على بعض المستشعرات.
الجزء العلوي من العلبة هو أيضًا المكان الذي يناسبه مستشعر سرعة الرياح. لقد كان رميًا للأعلى ، كان بإمكاني وضع سرعة الرياح أو اتجاه الرياح في المقدمة ، ولم أر أي مزايا رئيسية لأحدهما على الآخر. بشكل عام ، تريد أن يكون كلا المستشعرين (الرياح والسرعة) مرتفعين بدرجة كافية حيث لا تتداخل المباني والأسوار والعقبات مع القياسات.
الخطوة 4: مقياس المطر
لقد اتبعت في الغالب هذه التعليمات لعمل المقياس الفعلي:
www.instructables.com/id/Arduino-Weather-St…
لقد صنعت هذا من زجاج شبكي حتى أتمكن من رؤية ما يجري واعتقدت أنه سيكون رائعًا. بشكل عام ، كان زجاج شبكي يعمل بشكل جيد ، ولكن مع Gluegun ، مانع التسرب المطاطي والقطع والحفر بشكل عام ، فإنه لا يظل يبدو نظيفًا ، حتى مع الفيلم الواقي.
النقاط الرئيسية:
- المستشعر عبارة عن مفتاح بسيط من القصب ومغناطيس يتم التعامل معه كضغطة زر في رمز RaspberryPi ، فأنا أحسب الدلاء بمرور الوقت ثم أجري التحويل لاحقًا إلى "بوصات من المطر".
- اجعله كبيرًا بما يكفي لاحتواء ما يكفي من الماء لقلبه ، لكن ليس كثيرًا بحيث يحتاج إلى الكثير من أجل قلبه. تمريري الأول لقد جعلت كل درج ليس كبيرًا بدرجة كافية بحيث تملأ وتبدأ في التصريف على الحافة قبل أن تميل.
- لقد وجدت أيضًا أن المياه المتبقية يمكن أن تضيف بعض الخطأ إلى القياس. بمعنى ، جاف تمامًا ، استغرق الأمر X قطرات لملء جانب وإمالة ، بمجرد البلل ، استغرقت قطرات Y (أقل من X) لملء الجانب وقلبه. ليست كمية كبيرة ولكنها دخلت حيز التنفيذ عند محاولة المعايرة والحصول على قياس جيد "حمل واحد يساوي المقدار".
- قم بتوازنه ، يمكنك الغش عن طريق إضافة غراء gluegun إلى الأطراف السفلية إذا كان أحد الجانبين أثقل بكثير من الجانب الآخر ، لكنك تحتاجه أقرب ما يكون إلى التوازن قدر الإمكان.
- يمكنك أن ترى في الصورة أقوم بإعداد جهاز اختبار صغير باستخدام بعض الإسفنج وحامل خشبي لاختباره وتحقيق توازنه بشكل صحيح قبل التثبيت.
الخطوة 5: اتجاه الرياح
كانت هذه ريشة طقس بسيطة. لقد أسست الإلكترونيات من نظام Maplin:
www.philpot.me/weatherinsider.html
النقاط الرئيسية:
هذا جهاز استشعار تناظري. تعمل مفاتيح القصب الثمانية المدمجة مع المقاومات المختلفة على تقسيم الإخراج إلى أجزاء حتى أتمكن من تحديد التنسيق الموجود في المستشعر بالقيمة. (تم شرح المفهوم في هذا الدليل:
- بعد الشد على جزء ريشة الطقس ، تحتاج إلى معايرته بحيث "هذا الاتجاه هو ما يشير إلى الشمال".
- لقد صنعت منصة اختبار بالخشب حتى أتمكن من تبديل المقاومات وإخراجها بسهولة والتي غطت النطاق الكامل للقيم بالنسبة لي ، وكان ذلك مفيدًا للغاية!
- لقد استخدمت محمل الدفع ، لقد كان جيدًا ، وأنا متأكد من أن لوح التزلج العادي أو محمل التزلج سيكون جيدًا.
الخطوة 6: سرعة الرياح
هذا الذي التفت إليه مرة أخرى إلى مجتمع Instructable ووجدت هذا التوجيه واتبعته:
www.instructables.com/id/Data-Logging-Anemo…
النقاط الرئيسية:
- يمكنك استخدام مستشعر القاعة أو التبديل إلى مستشعر القصب أيضًا. يعد مستشعر القاعة أكثر من مستشعر تناظري ، لذا إذا كنت تستخدمه بطريقة رقمية ، مثل الضغط على الزر ، فأنت بحاجة إلى التأكد من أن القراءة / الجهد مرتفع بما يكفي بحيث يعمل كضغط زر حقيقي ، وليس كافيًا.
- حجم الكوب أمر بالغ الأهمية ، وكذلك طول العصا! في الأصل كنت أستخدم كرات بينج بونج وكانت صغيرة جدًا. أضعهم أيضًا على عصي طويلة لم تنجح أيضًا. شعرت بالإحباط الشديد ثم صادفت ذلك التوجيه ، قام بتوريلي بعمل رائع في الشرح وساعدني عندما لم يعمل تصميمي الأصلي بشكل جيد.
الخطوة 7: البرمجيات
البرنامج مكتوب بلغة Python لتسجيل البيانات من المستشعرات. لقد استخدمت بعض مكتبات Git التابعة لجهات خارجية من Adafruit وغيرها للحصول على المعلومات من المستشعرات ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS). هناك أيضًا بعض وظائف cron التي تسحب بعض معلومات API أيضًا. يتم شرح / توضيح معظمها في وثائق Git على docs / install_notes.txt
برنامج الويب موجود في PHP لعرضه على صفحة الويب مع استخدام YAML أيضًا لملفات التكوين وبالطبع أداة RRD لتخزين البيانات ورسمها البياني.
إنها تستخدم واجهة برمجة تطبيقات Weather Underground للحصول على بعض البيانات المثيرة للاهتمام التي لا تستطيع المستشعرات سحبها: Record Hi's and Lows ، و Phase of the Moon ، و Sunset و Sunrise Times ، وهناك أيضًا المد والجزر المتاحة على واجهة برمجة التطبيقات الخاصة بهم ، والتي اعتقدت أنها رائعة حقًا ، لكني أعيش في أوستن تكساس وهي بعيدة جدًا عن الماء.
كل ذلك متاح على Github ويتم صيانته بشكل نشط ويتم استخدامه حاليًا حيث أقوم بتحسين ومعايرة نظامي الخاص ، حتى تتمكن من إرسال طلبات الميزات وتقارير الأخطاء أيضًا.
يمر البرنامج بتغيير موضوع حسب الوقت من اليوم ، وهناك 4 مراحل. إذا كان الوقت الحالي هو + أو - ساعتان من شروق الشمس أو غروبها ، فستحصل على سمات شروق وغروب الشمس ، على التوالي (الآن مجرد خلفية مختلفة ، من المحتمل أن أقوم بعمل ألوان مختلفة للخط / الحدود في المستقبل). وبالمثل ، فإن خارج هذه النطاقات يعطي مظهر النهار أو الليل.
شكرًا على القراءة ، إذا كنت ترغب في مشاهدة المزيد من الصور ومقاطع الفيديو لمشاريعي أكثر من التحقق من قناتي على Instagram و YouTube.
الجائزة الثالثة في مسابقة Pi / e Day