描述

這個項目是我第一個項目的高潮，因為我早已忘記了我決定嘗試制作一個支持物聯(lián)網(wǎng)的氣象站的原因，讓我開始愛好電子產(chǎn)品。

在最近購買了一些新組件、購買了一臺 3D 打印機并發(fā)現(xiàn)了 Adafruit IO 之后，我推動完成并記錄了這個項目，即我的太陽能、Adafruit IO 供電的氣象站。

概述

該項目包括三個關(guān)鍵領(lǐng)域：

• Feather M0 微控制器獲取天氣讀數(shù)并將其上傳到 Adafruit IO
• 傳感器：用于溫度、壓力和濕度讀數(shù)的 BME280 傳感器用于風(fēng)雨讀數(shù)的 SparkFun 天氣計
• 由 Sunny Buddy 以及太陽能電池和蓄電池組成的電力系統(tǒng)

電子產(chǎn)品

在這個項目中，電子設(shè)備相對簡單。有：

• 主 Feather 板連接到復(fù)位按鈕、氣象儀和 BME280。
• Sunny Buddy 連接到太陽能電池、電池和電源開關(guān)。
• 從 Sunny Buddy 到提供電源的 Feather 的連接。

重置按鈕這是最簡單的連接。重置按鈕連接到羽毛上的重置和接地引腳。用一小段電線將按鈕焊接到每個引腳上。

BME280 BME280 通過 I2C 連接。它需要連接到 Feathers 3.3V、接地、SDA 和 SLC 引腳。這種連接有不同的選擇，單根電線或 4 線帶狀電纜都可以工作。我建議在羽毛附近使用 JST 或類似的連接器，這樣您就可以插拔 BME280 以便于設(shè)置，因為傳感器將駐留在輻射屏蔽中。

就我而言，F(xiàn)eather 安裝在我制作的一塊小電路板上，該電路板上有連接 BME280 的孔。一個小面包板或原型板也可以。

請記住將BME280的總導(dǎo)線長度保持在 1m 以下（越短越好）。

氣象儀 氣象儀有兩個連接點，均為 RJ-11。我建議購買 RJ-11 母連接器將它們插入，以便在需要時斷開它們。您也可以切斷連接器的末端以直接連接電線。

一個連接器用于雨量計。RJ-11 連接器必須連接到接地和羽毛針 11。

另一個連接器處理風(fēng)速和風(fēng)向。風(fēng)速線連接到接地和羽毛引腳 6。風(fēng)向需要模擬測量，因為值會根據(jù)儀表指向的方向而變化。為了正確測量這個值，需要一個分壓器。

風(fēng)向儀由一個接地引腳組成，另一個引腳連接到一個 10K 電阻，該電阻也連接到 Feather 引腳 A2。電阻器的另一端連接到 Feather 3.3V 引腳。

有關(guān)連接 Sparkfun 天氣儀表的更多信息，請參閱Sparkfun 頁面上的教程。

Sunny BuddySolar 充電器Sunny Buddy 需要在其自己的設(shè)置指南中描述的一些設(shè)置。您必須焊接太陽能電池板的連接器并配置電位器以實現(xiàn)最佳太陽能充電。請參閱Sparkfun 指南進行設(shè)置。

電池將插入 Sunny Buddy 上的電池連接器。

電源開關(guān)連接到 Sunny Buddy 上的一個負(fù)載端子，用一根小電線焊接。電源開關(guān)的另一側(cè)和來自另一個負(fù)載終端的電線在 2 針 JST 連接器中結(jié)束。此連接器將插入羽毛電池連接器。

電源重要注意事項連接負(fù)載線時，請勿將Feather插入 USB 電源。Feather 有一個內(nèi)置的 LiPo 充電器，當(dāng)它有 USB 電源時，它會嘗試為連接的電池充電。但是在這個設(shè)置中沒有電池，而是有負(fù)載線連接到 Sunny Buddy。如果您出于任何原因需要連接 USB 以斷開連接至 Feather 的 JST 電源連接器。

防水雖然外殼應(yīng)該可以防止大部分水進入任何電子設(shè)備，但它仍然是可能的。作為額外的保護層，我將“CorrosionX”應(yīng)用于電子設(shè)備。它用于海洋應(yīng)用，以幫助防止水損壞，并獲得良好的在線評論以保護電子產(chǎn)品。

Adafruit IO

Adafruit IO 是連接物聯(lián)網(wǎng)項目的絕佳平臺，讓您可以輕松地將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)，讓您可以將其可視化并稍后從其他設(shè)備檢索它。

Adafruit 有許多關(guān)于設(shè)置和使用以下服務(wù)的教程，這是該項目所需要的。

您的第一步是注冊一個帳戶。注冊后，您將可以訪問您的 Adafruit IO 密鑰和用戶名。您將這些添加到 config.h 文件中

#define IO_USERNAME   "YOUR USERNAME HERE"
#define IO_KEY        "YOUR IO KEY HERE"

氣象站需要創(chuàng)建 9 個提要。他們是：

• 電池電壓
• 濕度
• 壓力
• 雨
• 開始
• 溫度
• 風(fēng)向
• 陣風(fēng)
• 風(fēng)速

除了“開始”之外，名稱是不言自明的。Start 記錄處理器上電/復(fù)位的原因。這可能是第一次上電或看門狗復(fù)位。我添加它來監(jiān)視正在發(fā)生的任何異常。

您可以在數(shù)據(jù)到達時實時查看這些提要。

您也可以創(chuàng)建儀表板。儀表板允許您一次以多種格式顯示多個提要。我為自己創(chuàng)建了一個儀表板，以方便的方式顯示提要。

我的車站儀表板是：https ://io.adafruit.com/Gamblor21/dashboards/weather

代碼

該代碼包含兩個主要任務(wù)：設(shè)置和進行測量。盡管需要進行一些設(shè)置，但大多數(shù)包含的代碼無需更改即可工作。

編輯 config.h配置文件包含您的 Adafruit IO 用戶名和密鑰，以及您將連接到的 WiFi 路由器的 SSID 和密碼。

設(shè)置你的高度

// Set this to your location's altitude above sea level in meters
#define ALTITUDE 235

您必須在此處以海拔米為單位設(shè)置您自己所在位置的高度。谷歌地圖和其他工具可以幫助您確定這個值。

檢查引腳

// Pins for the weather gauages. Wind/Rain are digital, Wind direction must be analog
#define VBAT_PIN A7
#define LED_PIN 5
#define WIND_PIN 6
#define RAIN_PIN 11
#define WIND_DIR_PIN A2

如果您將任何儀表連接到不同的引腳，那么我提到您必須在此處更改引腳號。

Setup()正如預(yù)期的那樣，設(shè)置函數(shù)將氣象站設(shè)置為運行。主要任務(wù)是：

• 在氣象儀引腳上設(shè)置引腳模式和中斷
• 設(shè)置并連接到 Adafruit IO
• 初始化 BME280 傳感器
• 將最后的重置原因發(fā)送到 Adafruit IO
• 重置實時時鐘 (RTC) 并設(shè)置鬧鐘以在 60 秒內(nèi)喚醒

Loop()主循環(huán)做的第一件事是……去睡覺。這允許該站處于低功耗模式，直到中斷消失，無論是從記錄讀數(shù)的儀表或警報響起，單選時間進行天氣測量。

下一部分僅在警報響起時運行。任何其他中斷都會跳過它，并且羽毛將重新進入睡眠狀態(tài)。

警報觸發(fā)的每一分鐘都會發(fā)生以下情況：

• 閃爍 LED（可選，可以關(guān)閉）
• 調(diào)用io.run()以確保數(shù)據(jù)流向 Adafruit IO。這在循環(huán)過程中被調(diào)用多次，否則 WINC1500 緩沖區(qū)已滿。如果您注意到 WiFi 傳輸燈卡在這可能已經(jīng)發(fā)生。
• 進行每分鐘一次的測量
• 檢查時間并每兩分鐘進行一次測量
• 檢查時間并每五分鐘進行一次測量
• 重置警報以在下一分鐘觸發(fā)

通過將測量時間塊從一個時間塊移動到另一個時間塊，可以輕松更改測量時間。

測量函數(shù)讀取一個或多個傳感器值（或由中斷設(shè)置的變量），可選擇進行一些基本處理并將最終值發(fā)送到 Adafruit IO。

一些值會在幾個測量間隔內(nèi)保存，以獲得比瞬時測量更有意義的平均值。

中斷當(dāng)氣象儀記錄讀數(shù)時，中斷允許 Feather 在低功耗模式下喚醒。它們還允許 RTC 警報每 60 秒觸發(fā)一次，讓 Feather 從睡眠中醒來以讀取讀數(shù)。

任何中斷都需要寫入以執(zhí)行非?？斓娜蝿?wù)，因為在中斷執(zhí)行時無法執(zhí)行其他任何操作。在氣象站中，中斷要么增加一個變量，要么設(shè)置一個標(biāo)志并立即退出。

3d 打印組件

氣象儀安裝在 3/4" 金屬桿上，因此想法是將其他部件安裝到同一桿上。

輻射屏蔽

BME280 受到輻射屏蔽（也稱為史蒂文森屏幕）的保護。防護罩由幾層和一個底部組成，可保護傳感器免受陽光直射和雨水的影響，同時使其仍能感知天氣。它旨在使用釹磁鐵將部分固定在一起，以便將來訪問。我添加了一個可以放在頂部和底部的手柄，以使防護罩可以夾在氣象儀的金屬桿上。

屏蔽層的每一層都是單獨印刷的。除了中間的兩個和兩個把手（可選）外，您將需要每個部件一個。

底部部分用環(huán)氧樹脂連接到中間部分之一。頂部的一塊環(huán)氧樹脂連接到另一個中間件。

釹磁鐵被環(huán)氧樹脂固定在支架片層的銷釘和孔上。還將磁鐵連接到頂層的釘子（以適合傳感器層孔）和底部的孔（以連接到傳感器層的釘子）。

最后，兩個夾子被印刷并用環(huán)氧樹脂連接到屏蔽的頂部和底部，以連接到氣象儀的金屬桿上。

BME280 將使用 M2.5 螺釘和螺母連接到支架上。

電子箱

電子箱包含所有其他必須受到保護的組件。這包括 Feather M0、Sunny Buddy、電池和開關(guān)。

這個盒子是為我為 Feather 準(zhǔn)備的 PCB 設(shè)計的。該空間也可以容納切割成尺寸的小型原型板。Sunny Buddy 有安裝孔，可安裝 3.5 毫米螺絲。

盒子底部有幾個孔可以讓傳感器線穿過，還有電源開關(guān)和復(fù)位按鈕的安裝點。

盒子的頂部將滑過外殼并卡入到位。它設(shè)計有懸垂，以幫助防止雨水和雪水進入，但它不防水。

Fusion 360 文件您可以在此處獲取原始 Fusion 360 文件的副本：

• 輻射屏蔽
• 電子箱（天氣外殼）

集會

您的最終組裝地點將取決于您要測量天氣的位置。項目周圍的空間越大，影響讀數(shù)的其他物體就越少，例如擋風(fēng)的建筑物或保持熱量和升高溫度的表面。

在這個項目中，我選擇將所有部件安裝到 SparkFun 氣象儀隨附的金屬桿上。風(fēng)速計在頂部，其次是輻射屏蔽、電子箱，然后是雨量計。

太陽能電池板安裝在電子箱的另一側(cè)。不用說，這需要指向陽光最多的區(qū)域，最好是向上傾斜。通過意識到太陽的位置可以全年變化，因此請嘗試選擇最佳位置（或隨著季節(jié)的變化而改變）。

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未來的計劃和想法

這是一個長期運行的項目，讓我開始更深入地了解電子產(chǎn)品。我相信隨著時間的推移，我會繼續(xù)更新和改進這個項目的某些部分。下面列出了我的一些想法。隨意嘗試其中任何一個：

• 檢測光照水平（白天/夜間檢測，晴天/陰天）
• 閃電探測器
• 將時間與實際時間同步
• 構(gòu)建一個單獨的設(shè)備以在小型 eInk 顯示器上顯示內(nèi)部的天氣數(shù)據(jù)
• 將數(shù)據(jù)聚合為更易于人類使用的格式
• 用人工智能進行短期天氣預(yù)報實驗

我希望你喜歡這個項目。請讓我知道您看到的任何反饋、疑慮或錯誤。

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