Bezprzewodowa, autonomiczna stacja pogodowa - ależ to bardzo proste!

[Gość wessel]

Kontynuując cykl "Ależ to bardzo proste" po Guiderze i All sky camera przyszedł czas na coś bardziej skomplikowanego, ale też mieszczącego się w definicji gatunku
Bezprzewodowa, autonomiczna stacja pogodowa - ależ to bardzo proste!

Temat trochę wywołany przez Pawła Radomskiego, z którym zresztą współpracujemy przy budowie prototypu.
Jak zwykle najpierw była potrzeba i określenie parametrów brzegowych a potem poszukiwanie rozwiązań.
Stacja musi:
- mieć zasilanie solarne
- musi być możliwa do wykonania/złożenia w warunkach amatorskich. Dopuszczam zastosowanie niektórych elementów gotowych.
- musi pracować  w domowej sieci wifi wystawiając stronę web dostępną z każdej przeglądarki.
- musi pokazywać co najmniej temperaturę, kierunek i siłę wiatru, wilgotność, ciśnienie i stan baterii.

- musi mieć możliwość rozbudowy do pełnego kompletu czujników ( opady, UV, lux)
Moja stacja będzie wykorzystywana w czasie wakacji na działce, w domu mam "dużą" stację dostępną w necie. Musi być więc mobilna.
Ma to też wpływ na obliczenia panela solarnego, bo w lecie można liczyć na odpowiednie nasłonecznienie.

Przeglądając net trafiłem na taki projekt:
 

https://www.instructables.com/Solar-Powered-WiFi-Weather-Station-V30/?utm_source=newsletter&utm_medium=email

 

który stanowi zaczątek mojego rozwiązania.
Nie spełnia warunku dostępności do danych, bo pracuje z chmurą blynk lub Thingspeak, gdzie niestety występują płatne elementy (albo za aplikację albo za korzystanie z chmury) i wymaga dostępu do internetu. A to nie zawsze i nie wszędzie ma sens.
Poza tym zadałem sobie pytanie czy sposób prezentacji danych ma aż takie znaczenie żeby płacić kilkanaście dolców rocznie za obracającą się wskazówkę na róży wiatrów...jak dla mnie nie ma to znaczenia.
Z pokazanego powyżej projektu wykorzystałem w całości hardware, aczkolwiek moje wątpliwości budzą następujące elementy:
- obudowa - ładnie wygląda, ale wydrukowanie trzech elementów tego środkowego grilla to 12 godzin pracy drukarki. Robię to bo jestem leniwy, ale myślę że obudowa może być zupełnie inna i mniej skomplikowana w budowie. Ostatecznie może to być zwykła skrzynka, byle miała przewiew dla czujników.
- wielkość panela solarnego. Oryginał w celu oszczędzania baterii usypia arduino i uruchamia go tylko w celu przesłania danych. W  moim przypadku hardware jest włączony cały czas.
- rozbudowane czujniki. Na szczęście nie trzeba wszystkiego instalować.
- instalacja czujnika temperatury BME 280 bezpośrednio przy płytce. To ma wpływ na dokładność pomiaru, bo elektronika się grzeje.    Na szczęście hardware umożliwia instalację drugiego czujnika temperatury ( DS18B20), trzeba jednak uważać żeby nie zainstalować go bez osłony, bo ma metalową obudowę i wystawienie go na operację Słońca byłoby wylaniem dziecka z kąpielą.

 

Wykorzystanie gotowego projektu płytki narzuca konieczność wykorzystania podzespołów czujników użytych przez autora, no chyba że chcemy tworzyć jakieś dziwolągi kablowe w celu dostosowania pinoutu płytki do czujnika. Dotyczy to przede wszystkim  modułu zasilania i czujnika BME 280.

 

Jestem w tej szczęśliwej sytuacji, że anemometr i wskaźnik kierunku wiatru mam, bo kiedyś kupiłem zapasowe do domowej stacji i leżą w szafie niewykorzystane.
Soft wykorzystałem częściowo z projektu ( obsługa czujników)  a resztę jak umiałem tak dopisałem.
Stan na dzisiaj jest następujący:
- zmontowana i uruchomiona jest płytka.
- czekam na czujnik BME 280 i gniazda RJ 11.
- drukuje się obudowa.
- uruchomiony jest w całości soft i czyta dane z czujnika stanu baterii i sensora DS18B20.
Kilka fotek ilustracyjnych poniżej.
Dla osób zainteresowanych: mam dwie niepotrzebne płytki PCB do tej stacji. Odstąpię w cenie zakupu plus przesyłka. .Soft będzie także dostępny dla chętnych.

Informacja dla nadgorliwych patriotów- nie potrafię zaimplementowac UTF-8 do Arduino i dlatego soft komunikuje się po angielsku.

 

Ciąg dalszy oczywiście nastąpi

Screen przeglądarki zalogowanej do stacji ( nan to brak czujnika)

 

 

Płytki z firmy PCBway

 

 

Zmontowana płytka. Brak czujnika BME 280 i gniazda RJ 11 do wiatromierzy

 

 

"Urobek" trzech dni drukarki

Edytowane 18 Kwietnia 2021 przez wessel

[Gość wessel]

Obudowa już gotowa , czekam na panel słoneczny. Jest większy niż w oryginale bo i pobór prądu wzrósł poprzez zmianę sposobu prezentacji danych

[Amper]

No ładnie, to wyglada. 

A czy została jeszcze jakaś płytka  PCB?

[Gość wessel]

Tak, została.

[Gość wessel]

Stan na dziś:

- powstały dwie wersje stacji, przy czym są to dwie wersje softu oparte na dokładnie takim samym hardware.

- pierwsza wersja to postawiony serwer na module ESP 32 stacji. Po podłączeniu dowolna przeglądarką do stacji otrzymujemy widok interfejsu jak poniżej. Stacja działa bardzo pewnie, jest już stabilna wersja softu ma tylko jeden feler - ma duży pobór prądu, co praktycznie dyskwalifikuje ją do zasilania solarnego. Wynika to z faktu, że moduł WiFi i procesor muszą być cały czas włączone czekając na potencjalnego klienta. Pobór prądu jest na poziomie 160 mA/3,7V. Jeśli więc mamy możliwość podania takiego zasilania ( może być do 6V) to ten wariant zapewnia dostępność 24/7 do danych ze stacji.

 

 

Wersja druga to optymalizacja softu i sposobu pracy ze względu na wymaganą autonomię pracy stacji. Stacja działa w trybie wysyłania danych do zewnętrznego serwera i usypiania - na minimum 5 minut w lecie i 10 minut w zimie. Panel solarny 3,5W/6V zapewnia wystarczające doładowanie nawet w pochmurny dzień. No ale żeby nie korzystać z zewnętrznej chmury dane przesyłane są na własny serwerek postawiony na RPI Serwer przrchowuje dane, także nawet przy konieczności resetu stacji lub utraty połączenia WiFi ( soft ma procedury zabezpieczające przed takimi przypadkami) wykres jest płynny. RPI jest w naszej sieci domowej i dostajemy się na niego z każdej przeglądarki. Można sobie dość elastycznie konfigurować sposób wyświetlania ( korzystam z nodered) . Ja ułożyłem sobie wszystko jak poniżej.

Tu też mamy dostęp do danych 24/7, ale jest to jednak przekaz dyskretny a nie ciągły.

 

Po tych doświadczeniach będę miał jedną uruchomioną płykę PCB z elementami wlutowanymi, płytką ESP 32 ( komplet- bez akumulatora i czujników) do sprzedania.

CDN

Edytowane 18 Maja 2021 przez wessel

[Gość wessel]

Stacja przechodzi testy funkcjonalności, na razie w Warszawie, w czerwcu wyjeżdża do Broku

[Gość wessel]

Stacja już pracuje w miejscu docelowym. Niżej screen z ekranu wyświetlania danych.

 

 

Edytowane 11 Czerwca 2021 przez wessel

[Amper]

No właśnie, Twoja pracuje a ja nie umiem swojej zaprogramować. Dzisiaj może jeszcze raz do niej zasiąde i ogarnę temat. Proste arduino wgrywam bez problemu, ale tu są jakieś serwery i inne wynalazki.  

Niby wgrałem sketch na płytkę ESP32, ale pewnie źle, bo tam trzeba zmienić x-sy na coś od serwera itd.

Czas, brakuje mi czasu.

[Gość wessel]

Wgraj mój sketch i podaj usera i hasło do swojej sieci. A które rozwiązanie wybrałeś? Z webserwerem czy chmurą?

[Amper]

Ogólnie wybrałem, to co w oryginale, chmura tak mi się przynajmniej wydaje.

Jak będziesz mógł, to podeślij mi Twojego sketcha, wgram i zobaczę czy mi coś ruszy.

Lubię lutować, ale już programowanie to nie maja bajka. 

[Gość wessel]

Ale mój projekt nie korzysta z chmury zaproponowanej w oryginale bo jest płatna. Albo webserwer albo własny serwerek na RPI. Poczytaj pare postów wyżej.

[karolbe]

Ja poszedlem troche inna droga poniewaz juz mialem stacje Bresser 5 in 1 (typowa chinszczyzna sprzedawana pod roznymi nazwami), kosztowala mnie 70 funtow na amazon uk. Nie jest ona co prawda autonomiczna, ale na tym mi nie zalezy, mozna to zasilic z panelu, tyle, ze panel musi byc dosc duzy. Ta stacja nie ma polaczenia z siecia wifi, ale jest na to sposob: SDR - Software Defined Radio. Sygnaly radiowe wysylane przez stacje pogodowa do bazy w domu mozna przechwycic za pomoca odbiornika USB do TV naziemniej (DVB-T), kosztowal okolo 50zl. Ten odbiornik mam podlaczony do Raspberry Pi gdzie sygnal radiowy jest dekodowany i w postaci JSON jest wysylany do bazy danych InfluxDB w chmurze, gdzie jest tez ladnie wizualizowany (za pomoca Grafana). InfluxDB jest za darmo, ale trzyma dane tylko z ostatnich 30 dni, mozna oczywiscie zainstalowac baze lokalnie (na tym samym Raspberry Pi) i wtedy nie ma zadnych ograniczen i dostep do internetu nie jest potrzebny. Mozna sie tez podlaczyc pod WeeWx (https://www.weewx.com) za pomoca sterownika (tego nie probowalem).

 

Dodatkowo podlaczylem do RPi czujnik cisnienia BMP180, poniewaz tych danych Bresser nie przesyla radiowo, ten czujnik tez podaje temperature wewnatrz, model BMP280 moze tez mierzyc wilgotnosc, ale aktualnie jest ciezko dostepny.

 

Jakby ktos chcial szczegoly, to opisze jak to zrobic, jest to duzo prostsze, bo nie wymaga wiedzy o elektronice, a software jest dostepny i za darmo.

 

Edytowane 11 Czerwca 2021 przez karolbe

[Gość wessel]

No ale moje końcowe rozwiązanie działa tak samo ( za wyjątkiem SDR). Dane ze stacji są wysyłane do serwera nodered na RPI co 5 minut co oszczędza energię stacji, a serwer jest zasilany w domu normalnie z zasilacza i pracuje w lokalnej sieci. Nie wymaga to dostępu do internetu. Serwer nodered ma konfigurowalny interfejs (dashboard) w ciekawej formie graficznej.

Edytowane 11 Czerwca 2021 przez wessel

[Amper]

12 minut temu, wessel napisał:

Ale mój projekt nie korzysta z chmury zaproponowanej w oryginale bo jest płatna. Albo webserwer albo własny serwerek na RPI. Poczytaj pare postów wyżej.

W niedzielę zasiądę jeszcze raz do tematu, bo muszę ogarnąć temat z serwerkiem, gdzieś mam jakieś płytki arduino, do zrobienia swojego serwerka.

[Gość wessel]

To jest rpi a nie arduino.

 

[tomekL]

Ja mam rozwiązanie trochę podobne do opisanego kilka postów wyżej przez @karolbe, z tym, że nie ja przechwytuje sygnału radiowego ale czytam dane bezpośrednio z panelu stacji. Dane finalnie lądują w influxdb a wizualizacja jest w grafana. Do czytania danych z panelu stacji wykorzystuje darmowe oprogramowanie www.weewx.com. Wszystko mam na serwerze debiana w domu. Stacja działa u mnie od 2013 roku, ale miałem kilka awarii po drodze.

[Gość wessel]

Ja mam antyczna stację WH 1080 jako "domową" od 2008? roku chyba. Działa bez problemu za wyjątkiem awarii łożyska w anemometrze. Ten projekt to stacja mobilna.

[tomekL]

43 minutes ago, wessel said:

Ja mam antyczna stację WH 1080 jako "domową" od 2008? roku chyba. Działa bez problemu za wyjątkiem awarii łożyska w anemometrze. Ten projekt to stacja mobilna.

No ja właśnie mam dokładnie taką samą. To łożysko to mi wysiadło w tydzień po odpaleniu stacji Była na gwarancji, ale byłem zbyt leniwy, żeby ją odsyłać, więc kupiłem nowe łożysko za 2 zł i działa do dzisiaj. Po drodze padł mi nadajnik zawnętrzny, ale znalazłem metodę na to. Kupiłem za grosze popsutą stację ale usterka dotyczyła panelu i w ten sposób miałem dawcę części zamiennych.

Nawiasem nie do końca czuję na czym polega mobilność tej stacji, poza tym że ją przenosisz. Bo moją też mogę przenieść. Jak patrzę na zdjęciach to wielkość czujników zewnętrznych jest taka sama jak u mnie.
Ale projekt bardzo fajny

[Gość wessel]

Taka nazwa... dobra jak każda inna.