محطة طقس واي فاي تعمل بالطاقة الشمسية V1.0: 19 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

في Instructable ، سأوضح لك كيفية إنشاء محطة طقس WiFi تعمل بالطاقة الشمسية باستخدام لوحة Wemos. يتميز Wemos D1 Mini Pro بعامل شكل صغير ومجموعة واسعة من دروع التوصيل والتشغيل مما يجعله حلاً مثاليًا للبدء بسرعة في برمجة ESP8266 SoC. إنها طريقة غير مكلفة لبناء إنترنت الأشياء (IoT) ومتوافقة مع Arduino.

يمكنك أيضًا إلقاء نظرة على الإصدار الجديد الخاص بي - 3.0 Weather Station.

يمكنك أيضًا إلقاء نظرة على الإصدار الجديد 2.0 من محطة الطقس.

يمكنك شراء V2.0 PCB من PCBWay.

يمكنك العثور على جميع مشاريعي على

تحتوي محطة الطقس الجديدة على الميزات التالية:

1. يمكن لمحطة الطقس قياس: درجة الحرارة ، الرطوبة ، الضغط الجوي ، الارتفاع

2. يمكنك مراقبة معلمات الطقس المذكورة أعلاه من هاتفك الذكي أو من الويب (ThingSpeak.com)

3. يتم وضع الدائرة بأكملها مع مصدر الطاقة داخل حاوية مطبوعة ثلاثية الأبعاد.

4. تم تحسين نطاق الجهاز باستخدام هوائي خارجي ثلاثي الأبعاد. حوالي 100 متر.

الخطوة 1: الأجزاء والأدوات المطلوبة

1. Wemos D1 Mini Pro (Amazon / Banggood)

2. لوحة شحن TP 4056 (Amazon / Aliexpress)

3. الصمام الثنائي (Aliexpress)

4.مستشعر BME 280 (Aliexpress)

5. لوحة للطاقة الشمسية (Banggood)

6. مجلس مثقوب (Banggood)

7. محطات المسمار (Banggood)

8. مواجهات ثنائي الفينيل متعدد الكلور (Banggood)

9.بطارية Li Ion (Banggood)

10. حامل بطارية AA (أمازون)

11. 22 AWG wire (Amazon / Banggood)

12. سوبر جلو (أمازون)

13. Duct Tape (Amazon)

14. خيوط الطباعة ثلاثية الأبعاد- PLA (GearBest)

الأدوات المستخدمة:

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

2. لحام الحديد (أمازون)

3. مسدس الغراء (أمازون)

4. قاطع / متجرد الأسلاك (أمازون)

الخطوة 2: مزود الطاقة

خطتي هي نشر محطة الطقس في مكان بعيد (بيت المزرعة الخاص بي). لتشغيل محطة الطقس بشكل مستمر ، يجب أن يكون هناك مصدر طاقة مستمر وإلا فلن يعمل النظام. أفضل طريقة لتوفير الطاقة المستمرة للدائرة هي استخدام البطارية. ولكن بعد بضعة أيام سينفد عصير البطارية ، ومن الصعب حقًا الذهاب إلى هناك وشحنه. لذلك تم اقتراح دائرة شحن شمسية لتخليص المستخدم من الطاقة من الشمس لشحن البطاريات وتشغيل لوحة Wemos. لقد استخدمت بطارية Li-Ion 14450 بدلاً من بطارية 18650 نظرًا لصغر حجمها. الحجم مماثل لبطارية AA.

يتم شحن البطارية من لوحة شمسية من خلال وحدة شحن TP4056. تأتي وحدة TP4056 مع شريحة حماية البطارية أو بدون شريحة الحماية. سأوصي بشراء وحدة تحتوي على شريحة حماية للبطارية.

حول شاحن البطارية TP4056

تعتبر وحدة TP4056 مثالية لشحن خلايا LiPo ذات الخلية الواحدة 3.7 فولت 1 أمبير في الساعة أو أعلى. استنادًا إلى الشاحن TP4056 IC و IC حماية البطارية DW01 ، ستوفر هذه الوحدة تيار شحن 1000 مللي أمبير ثم يتم قطعها عند الانتهاء من الشحن. علاوة على ذلك ، عندما ينخفض جهد البطارية إلى أقل من 2.4 فولت ، فإن الدائرة المتكاملة للحماية ستقطع الحمل لحماية الخلية من الجهد المنخفض. كما أنه يحمي من الجهد الزائد واتصال القطبية العكسية.

الخطوة الثالثة: قياس بيانات الطقس

في الأيام السابقة ، تم قياس معلمات الطقس مثل درجة الحرارة المحيطة والرطوبة والضغط الجوي بأدوات تناظرية منفصلة: مقياس الحرارة ، ومقياس الرطوبة ، ومقياس الضغط الجوي. لكن السوق اليوم تغمره أجهزة استشعار رقمية رخيصة وفعالة يمكن استخدامها لقياس مجموعة متنوعة من المعايير البيئية. أفضل الأمثلة هي أجهزة الاستشعار مثل DHT11 و DHT 22 و BMP180 و BMP280 وما إلى ذلك.

في هذا المشروع ، سوف نستخدم مستشعر BMP 280.

BMP 280:

BMP280 عبارة عن مستشعر متطور يقيس بدقة الضغط الجوي ودرجة الحرارة بدقة معقولة. BME280 هو الجيل التالي من المستشعرات من Bosch وهو ترقية إلى BMP085 / BMP180 / BMP183 - مع ضوضاء منخفضة الارتفاع تبلغ 0.25 م ونفس وقت التحويل السريع.

ميزة هذا المستشعر هي أنه يمكنه استخدام I2C أو SPI للتواصل مع المتحكم الدقيق. لسهولة توصيل الأسلاك ، سأقترح شراء لوحة إصدار I2C.

الخطوة 4: استخدام هوائي خارجي (3dBi)

تحتوي لوحة Wemos D1 mini Pro على هوائي سيراميك يحمل في ثناياه عوامل مع توفير لتوصيل هوائي خارجي لتحسين النطاق. قبل استخدام الهوائي الخارجي ، عليك إعادة توجيه إشارة الهوائي من هوائي السيراميك المدمج إلى المقبس الخارجي. يمكن القيام بذلك عن طريق تدوير سطح التركيب الصغير (0603) المقاوم الصفري أوم (يسمى أحيانًا ارتباط).

يمكنك مشاهدة هذا الفيديو بواسطة Alex Eames لتدوير المقاوم صفر أوم.

ثم قم بإدخال موصل SMA للهوائي في فتحة الهوائي المصغرة Wemos Pro.

الخطوة 5: جندى الرؤوس

تأتي وحدات Wemos مع مجموعة متنوعة من الرؤوس ولكن عليك لحامها وفقًا لمتطلباتك.

لأجل هذا المشروع،

1. جندى الرؤوس الذكور في اللوحة المصغرة Wemos D1 pro.

2. لحام رأس ذكر ذو 4 سنون إلى وحدة BMP 280.

بعد لحام الرؤوس ، ستبدو الوحدة كما هو موضح في الصورة أعلاه.

الخطوة 6: إضافة الرؤوس والمحطات

الخطوة التالية هي لحام الرؤوس باللوحة المثقبة.

1. أولاً ، ضع لوحة Wemos فوق السبورة المثقبة وقم بتمييز البصمة. ثم قم بلحام صفين من رؤوس الإناث فوق الموضع المحدد.

2. ثم لحام 4 رؤوس الإناث دبوس كما هو موضح في الصورة.

3. محطات المسمار اللحيم لتوصيل البطارية.

الخطوة 7: قم بتركيب لوحة الشحن:

قم بلصق قطعة صغيرة من الشريط على الوجهين على الجانب الخلفي لوحدة الشحن ثم الصقها على اللوحة المثقبة كما هو موضح في الصورة. أثناء التثبيت ، يجب توخي الحذر لمحاذاة اللوحة بطريقة تتطابق فتحات اللحام مع ثقوب اللوحة المثقبة.

إضافة محطة للطاقة الشمسية

قم بلحام طرف لولبي بالقرب من منفذ USB الصغير بلوحة الشحن.

يمكنك لحام هذه المحطة في الخطوة السابقة أيضًا.

الخطوة 8: مخطط الأسلاك

أولاً ، قطعت قطعًا صغيرة من أسلاك مختلفة الألوان وأزلت العزل من كلا الطرفين.

ثم أقوم بلحام الأسلاك وفقًا للمخطط التخطيطي كما هو موضح في الصورة أعلاه.

ويموس -> BME 280

3.3 فولت - -> فين

GND GND

D1 SCL

D2 SDA

اتصال TP4056

محطة الألواح الشمسية -> + و - بالقرب من منفذ USB الصغير

طرف البطارية -> B + و B-

5V و GND من Wemos -> Out + and Out-

ملاحظة: الصمام الثنائي المتصل باللوحة الشمسية (كما هو موضح في التخطيطي) غير مطلوب لأن الوحدة النمطية TP4056 تحتوي على الصمام الثنائي المدمج عند الإدخال.

الخطوة التاسعة: تصميم العلبة

كانت هذه الخطوة الأكثر استنفادًا للوقت بالنسبة لي. لقد أمضيت حوالي 4 ساعات لتصميم العلبة. لقد استخدمت Autodesk Fusion 360 لتصميمه. يتكون الهيكل من جزأين: الجسم الرئيسي والغطاء الأمامي

تم تصميم الهيكل الأساسي بشكل أساسي ليناسب جميع المكونات. يمكن أن تستوعب المكونات التالية

1. 50x70mm لوحة الدوائر

2. حامل بطارية AA

3. 85.5 × 58.5 × 3 مم لوحة شمسية

4. هوائي خارجي 3dBi

قم بتنزيل ملفات.stl من Thingiverse

الخطوة 10: الطباعة ثلاثية الأبعاد

بعد الانتهاء من التصميم ، حان الوقت لطباعة العلبة ثلاثية الأبعاد. في Fusion 360 ، يمكنك النقر فوق الطراز وتقسيم النموذج باستخدام برنامج تقطيع. لقد استخدمت Cura لتقسيم النموذج.

لقد استخدمت طابعة Anet A8 ثلاثية الأبعاد وطابعة PLA خضراء مقاس 1.75 مم لطباعة جميع أجزاء الجسم. استغرق الأمر حوالي 11 ساعة لطباعة الجسم الرئيسي وحوالي 4 ساعات لطباعة الغلاف الأمامي.

سأوصي بشدة باستخدام طابعة أخرى هي Creality CR - 10. الآن يتوفر أيضًا إصدار صغير من CR-10. طابعات Creality هي إحدى الطابعات ثلاثية الأبعاد المفضلة لدي.

نظرًا لأنني جديد في التصميم ثلاثي الأبعاد ، لم يكن تصميمي متفائلاً. لكنني متأكد من أن هذه العلبة يمكن صنعها باستخدام مواد أقل (وقت طباعة أقل). سأحاول تحسين التصميم لاحقًا.

إعداداتي هي:

سرعة الطباعة: 40 مم / ثانية

ارتفاع الطبقة: 0.2

كثافة التعبئة: 15٪

درجة حرارة الطارد: 195 درجة مئوية

درجة حرارة السرير: 55 درجة مئوية

الخطوة 11: تركيب الألواح الشمسية والبطارية

قم بتوصيل سلك أحمر 22 AWG بالطرف الموجب والسلك الأسود إلى الطرف السالب للوحة الشمسية.

أدخل السلكين في الفتحات الموجودة في سقف هيكل الهيكل الرئيسي.

استخدم الغراء الفائق لإصلاح الألواح الشمسية واضغط عليها لبعض الوقت من أجل الترابط المناسب.

احكم إغلاق الثقوب من الداخل باستخدام الغراء الساخن.

ثم أدخل حامل البطارية في الفتحة الموجودة في الجزء السفلي من العلبة.

الخطوة 12: تركيب الهوائي

قم بفك الصواميل والغسالات في موصل SMA.

أدخل موصل SMA في الفتحات المتوفرة في العلبة. انظر الصورة أعلاه.

ثم شد الجوز مع الغسالات.

الآن قم بتثبيت الهوائي عن طريق المحاذاة بشكل صحيح مع موصل SMA.

الخطوة 13: تثبيت لوحة الدائرة

قم بتركيب المواجهات في 4 زوايا من لوحة الدائرة.

ضع الغراء الفائق في الفتحات الأربع في العلبة. الرجوع إلى الصورة أعلاه.

ثم قم بمحاذاة المواجهة مع الفتحات الأربع وضعها. اترك البعض ليجف.

الخطوة 14: أغلق الغلاف الأمامي

بعد طباعة الغلاف الأمامي ، قد لا يكون مناسبًا تمامًا لجسم الغلاف الرئيسي ، وإذا كان الأمر كذلك ، فقم فقط برمله على الجوانب باستخدام ورق رملي.

حرك الغطاء الأمامي إلى الفتحات الموجودة في الجسم الرئيسي.

لتأمينه ، استخدم شريط لاصق في الأسفل.

الخطوة 15: البرمجة

لاستخدام Wemos D1 مع مكتبة Arduino ، سيتعين عليك استخدام Arduino IDE مع دعم لوحة ESP8266. إذا لم تكن قد قمت بذلك بالفعل ، فيمكنك بسهولة تثبيت دعم ESP8266 Board على Arduino IDE الخاص بك باتباع هذا البرنامج التعليمي بواسطة Sparkfun.

الإعدادات التالية مفضلة:

تردد PU: 80 ميجا هرتز 160 ميجا هرتز

حجم الفلاش: 4M (3M SPIFFS) - 3M حجم نظام الملفات 4M (1M SPIFFS) - 1M حجم نظام الملفات

سرعة الرفع: 921600 بت في الثانية

كود اردوينو لتطبيق Blynk:

وضع السكون:

يعتبر ESP8266 جهازًا جائعًا جدًا للطاقة. إذا كنت تريد أن ينفد مشروعك من البطارية لأكثر من بضع ساعات ، فلديك خياران:

1. احصل على بطارية ضخمة

2. وضع الشيء بذكاء للنوم.

الخيار الأفضل هو الخيار الثاني. قبل استخدام ميزة السكون العميق ، يجب توصيل دبوس Wemos D0 بدبوس إعادة الضبط.

الائتمان: اقترح هذا أحد مستخدمي Instructables "tim Rowledge".

المزيد من خيار توفير الطاقة:

يحتوي Wemos D1 Mini على مصباح LED صغير يضيء عند تشغيل اللوحة. يستهلك الكثير من الطاقة. لذا فقط اسحب مصباح LED من اللوحة باستخدام زوج من الكماشة. سيؤدي إلى انخفاض تيار النوم بشكل كبير.

الآن يمكن للجهاز العمل لفترة طويلة ببطارية Li-Ion واحدة.

#define BLYNK_PRINT Serial // التعليق على هذا لتعطيل المطبوعات وتوفير مساحة # include #include

# تضمين "Seeed_BME280.h" #include BME280 bme280 ؛ // يجب أن تحصل على Auth Token في تطبيق Blynk. // انتقل إلى إعدادات المشروع (رمز الجوز). مصادقة char = "3df5f636c7dc464a457a32e382c4796xx" ؛ // بيانات اعتماد WiFi الخاصة بك. // تعيين كلمة المرور على "" للشبكات المفتوحة. char ssid = "SSID" ؛ char pass = "PASS WORD" ؛ إعداد باطل () {Serial.begin (9600) ؛ Blynk.begin (auth ، ssid ، pass) ؛ Serial.begin (9600) ؛ if (! bme280.init ()) {Serial.println ("خطأ في الجهاز!")؛ }} void loop () {Blynk.run ()؛ // الحصول على درجات حرارة تعويم وطباعتها = bme280.getTemperature () ؛ Serial.print ("Temp:") ؛ Serial.print (درجة الحرارة) ؛ Serial.println ("C")؛ // وحدة Celsius لأن arduino الأصلي لا يدعم الرموز speical Blynk.virtualWrite (0، temp)؛ // دبوس افتراضي 0 Blynk.virtualWrite (4 ، درجة الحرارة) ؛ // Virtual pin 4 // احصل على وطباعة ضغط تعويم بيانات الضغط الجوي = bme280.getPressure () ؛ // الضغط في Pa float p = الضغط / 100.0 ؛ // الضغط في hPa Serial.print ("الضغط:") ؛ Serial.print (ع) ؛ Serial.println ("hPa") ؛ Blynk.virtualWrite (1 ، ص) ؛ // Virtual pin 1 // احصل على وطباعة ارتفاع تعويم بيانات الارتفاع = bme280.calcAltitude (الضغط) ؛ Serial.print ("الارتفاع:") ؛ Serial.print (ارتفاع) ؛ Serial.println ("m") ؛ Blynk.virtualWrite (2 ، ارتفاع) ؛ // Virtual pin 2 // احصل على رطوبة تعويم بيانات الرطوبة وطباعتها = bme280.getHumidity () ؛ Serial.print ("الرطوبة:") ؛ Serial.print (الرطوبة) ؛ Serial.println ("٪") ؛ Blynk.virtualWrite (3 ، الرطوبة) ؛ // Virtual pin 3 ESP.deepSleep (5 * 60 * 1000000) ؛ // يتم تحديد وقت النوم العميق بالميكروثانية. }

الخطوة 16: قم بتثبيت تطبيق Blynk والمكتبة

Blynk هو تطبيق يسمح بالتحكم الكامل في Arduino و Rasberry و Intel Edison والمزيد من الأجهزة. إنه متوافق مع كل من Android و iPhone. تطبيق Blynk متاح الآن مجانًا.

يمكنك تنزيل التطبيق من الرابط التالي

1. لنظام Android

2. آيفون

بعد تنزيل التطبيق ، قم بتثبيته على هاتفك الذكي.

ثم عليك استيراد المكتبة إلى Arduino IDE الخاص بك.

قم بتنزيل المكتبة

عند تشغيل التطبيق لأول مرة ، تحتاج إلى تسجيل الدخول - لإدخال عنوان بريد إلكتروني وكلمة مرور. انقر فوق "+" في الجزء العلوي الأيمن من الشاشة لإنشاء مشروع جديد. ثم سمها.

حدد الجهاز المستهدف "ESP8266" ثم انقر فوق "البريد الإلكتروني" لإرسال رمز المصادقة هذا إلى نفسك - ستحتاج إليه في الرمز

الخطوة 17: اصنع لوحة داش

تتكون لوحة التحكم من أدوات مختلفة. لإضافة أدوات ، اتبع الخطوات أدناه:

انقر فوق "إنشاء" للدخول إلى شاشة لوحة التحكم الرئيسية.

بعد ذلك ، اضغط على "+" مرة أخرى للحصول على "مربع الأدوات"

ثم اسحب 4 مقاييس.

انقر فوق الرسوم البيانية ، وسوف تظهر قائمة إعدادات كما هو موضح أعلاه.

يجب عليك تغيير الاسم "درجة الحرارة" ، حدد Virtual Pin V1 ، ثم قم بتغيير النطاق من 0 إلى 50. وبالمثل ، افعل للمعلمات الأخرى.

أخيرًا ، اسحب رسمًا بيانيًا وكرر نفس الإجراء كما في إعدادات جهاز القياس. تظهر الصورة النهائية للوحة القيادة في الصورة أعلاه.

يمكنك تغيير اللون أيضًا بالنقر فوق رمز الدائرة على الجانب الأيمن من الاسم.

الخطوة 18: تحميل بيانات المستشعر إلى ThingSpeak

أولاً ، قم بإنشاء حساب على موقع ThingSpeak.

ثم قم بإنشاء قناة جديدة على حساب ThingSpeak الخاص بك. ابحث عن كيفية إنشاء قناة جديدة

املأ الحقل 1 بدرجة حرارة ، والحقل 2 مثل الرطوبة والحقل 3 كضغط.

في حساب ThingSpeak الخاص بك ، حدد "القناة" ثم "قناتي".

انقر فوق اسم قناتك.

انقر فوق علامة التبويب "API Keys" وانسخ "Write API Key"

افتح كود Solar_Weather_Station_ThingSpeak. ثم اكتب SSID وكلمة المرور.

استبدل "WRITE API" بـ "Write API Key" المنسوخ.

المكتبة المطلوبة: BME280

الائتمان: هذا الرمز لم أكتبه بواسطتي. لقد حصلت عليه من الرابط الوارد في فيديو يوتيوب بواسطة plukas.

الخطوة 19: الاختبار النهائي

ضع الجهاز في ضوء الشمس ، وسوف يضيء المصباح الأحمر على وحدة شاحن TP 4056.

1. مراقبة تطبيق Blynk:

افتح مشروع Blynk. إذا كان كل شيء على ما يرام ، ستلاحظ أن المقياس سيعيش ويبدأ الرسم البياني في رسم بيانات درجة الحرارة.

2. رصد الكلام:

أولاً ، افتح تطبيق Thingspeak Chanel.

ثم انتقل إلى علامة التبويب "العرض الخاص" أو علامة التبويب "العرض العام" لمشاهدة مخططات البيانات.

شكرا لقراءة التعليمات الخاصة بي.

إذا أعجبك مشروعي ، فلا تنس مشاركته.

الجائزة الأولى في مسابقة Microcontroller 2017