Табиғатта таңқурай Pi! Батарея қуаты бар кеңейтілген таймапс: 10 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

Мотивация: Мен батареямен жұмыс істейтін Raspberry Pi камерасын пайдаланып, ұзақ уақытқа созылатын бейнелер жасау үшін ашық ауада күніне бір рет суретке түскім келді. Менің нақты өтінішім - алдағы көктем мен жазда өсімдік жамылғысының өсуін тіркеу.

Қиындық: Батареяның ұзақ қызмет етуін қамтамасыз ету үшін Raspberry Pi төмен ток қуатын басқару элементін жасаңыз.

Менің шешімім: Пайдаланылмаған кезде Raspberry Pi қуатын толығымен өшіру үшін мен бұзылған оятқышты, Attiny85 схемасын және Pimoroni OnOff шымын қолданамын. Attiny85 және оятқыш күту режимінде жұмыс істей бергенде, ағымдағы ұтыс тек 5 микроАмпс құрайды. Екі AAA батареясы Attiny -ді де, оятқышты да қуаттандырады, ал USB қуат банкі Pi -ге қуат береді.

Негізгі жұмыс: Будильник сөнгенде, ол ұйықтап жатқан Attiny схемасын оятады, ол Pimoroni OnOff шымына USB қуат банкінен Raspberry Pi -ге қуат беру туралы сигнал береді. Pi жүктелетін сценарийді орындайды (суретке түсіріңіз). Жеткілікті уақыт өткеннен кейін (менің қосымшамда 60 секунд), Attiny схемасы қайтадан Pimoroni OnOff shim сигналын береді, содан кейін Attiny ұйқы режиміне өтеді. Attini сигналына сүйене отырып, Pimoroni OnOff shimі Pi өшіру пәрменін орындайды, ал Pi өшіру процесі аяқталғаннан кейін USB қуат банкінен Raspberry Pi -ге дейінгі қуатты ажыратады.

1 -қадам: Бөлшектер мен құралдар

Бөлшектер:

Raspberry Pi Zero немесе Raspberry Pi Zero W (көбірек қуат алады)

Raspberry PI камера модулі

Raspberry Pi нөлдік қап

Pimoroni ONOFF SHIM RASP PI POWER SUTITCH, Digikey

ОПТОИЗОЛАТОР Дигикей

Батареямен жұмыс істейтін цифрлық оятқыш

ATtiny85 8 DIP Digikey

(2) CAP ALUM 100UF Digikey

AliExpress -тің DS3231 RTC модулі

(2) 68 Ом резисторы

Қысқа (шамамен 6 дюйм) микро USB кабелі

Clear Box Amac SKU №: 60120. 4 «x 4» x 5-1/16 «h Контейнерлік дүкен

Kmashi 11200 мАч USB қуат банкі # k-mp806 немесе ұқсас

Екі қабатты таспа

Кішкентай өздігінен бұрап тұратын бұранда

(2) 1 X 8 істікшелі әйелдер жиналатын тақырыптар - әдетте Arduino UNO жинақтауыш тақырыптары сатылады AliExpress

Шамамен 1 1/4 «2» дюймдік тақта

5 1/2 1/2 5/12 3/4 қалың қарағай немесе фанера

Ұзындығы шамамен 15 дюйм болатын 1 1/4 ПВХ құбыры

1 1/4 ПВХ қосқышы

(2) ұзындығы шамамен 10 дюймдік қысқа жіптер

(4) 1/4 дюйм ұзындығы шамамен 1 дюймдік ағаш түйреуіш түйреуіштер

UltraDeck Natural Post жең жеңді қалпақшасы

Құралдар:

Сым кескіштер мен дәнекерлейтін темір

Arduino UNO немесе ATtiny85 бағдарламалаудың басқа әдісі

Сымдар мен секіргіштерді жалғаңыз

Пернетақта, тінтуір, HDMI мониторы, USB порты мен Ethernet Hub, OTG кабелі

Мульитметр

2 -қадам: Raspberry Pi OS, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC және Pi Camera модулін орнатыңыз

Pi Zero параметрі. Таңдауыңыз бойынша Raspberry Pi үшін SD картасын дайындаңыз. Бастапқы орнату процесінде I2C интерфейсін, камераны және жүктеуді автоматты түрде кіру арқылы CLI -ге қосуды ұмытпаңыз, жергілікті уақытты дұрыс орнатыңыз және құпия сөзді өзгертіңіз. Мен жолды жеңілдету үшін тұрақты IP мекенжайын орнатуды ұсынамын. Дәнекерлеуші ерлер тақырыбы Pi Zero. Сіз стандартты 2 x 20 тақырыпты немесе қысқа 2х6 тақырыпты пайдалана аласыз, себебі бұл жобаға барлық 40 түйреуіш қажет емес - тек алғашқы 12 түйреуіш.

Камераны орнату. Pi Zero -ны корпусына бекітіп, бірге жеткізілетін қысқа таспалы кабельді қосатын камераны Pi Zero -ге қолданыңыз. GPIO саңылаулы жоғарғы қақпағын салыңыз және камераны қақпақшаға жабысқақ таспамен бекітіңіз (суретті қараңыз).

Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC дайындаңыз. Pimoroni OnOff Shim 2 x 6 әйел тақырыбымен бірге келгенімен, мен орнына Arduino UNOs үшін сатылатын 1 x 6 аналық екі топтаманы қолдандым, бірақ тақырыптық түйреуіштер Pimoroni OnOff Shim үстінен Raspberry Pi түйреуіштерінің 1, 3, 5, 7, 9, басқа түйреуіштерді түйреуіштің стандартты ұзындығына дейін қысқартуға болады. DS3231 RTC суретте көрсетілгендей ұзартылған түйреуіштерге итеріңіз, содан кейін Pimoroni OnOff Shim & DS3231 RTC қосалқы жинағын Raspberry Pi тақырып түйреуіштеріне итеріңіз. көрсетілгендей.

Pimoroni OnOff Shim бағдарламалық жасақтамасын орнатыңыз:

бұйра https://get.pimoroni.com/onoffshim | bash

Shim орнату туралы қосымша ақпаратты мына жерден қараңыз

Осы нұсқауларға сәйкес DS3231 RTC бағдарламалық жасақтамасын орнатыңыз

Алғашқы сынақтар - камера, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC

Жергілікті пернетақта мен мониторды Pi Zero -ге қосыңыз. Желі байланысы бар екеніне көз жеткізіңіз (Ethernet кабелі немесе Wifi). USB қуат кабелін қосыңыз Pimoroni OnOff Shim.

а. Pimoroni OnOff Shim түймесін 3 секунд басыңыз, содан кейін босатыңыз - бұл Pi Zero қосады немесе өшіреді. Монитордағы жүктеу мен өшіру процесін бақылаңыз. Сіздің Pi Zero қазір жетілдірілген технологияға ие - қосу/өшіру қосқышы!

б. DS3231 уақытын орнатыңыз және оның дұрыс уақытты оқитынын тексеріңіз:

sudo hwclock -w

sudo hwclock -r

c) Осы нұсқауларға сәйкес камераның жұмысын тексеріңіз.

3-қадам: Raspberry Pi іске қосылатын сценарий мен тест камерасын орнату

Жаңа нөлдік камера каталогын жасаңыз және оған көшіңіз

mkdir zerocam

cd zerocam

Жаңа сценарий файлын жасау үшін нано редакторды қолданыңыз

нано фото.sh

Содан кейін төмендегі кодты көшіріңіз және нано редакторға қойыңыз. Ctrl+X, Y пернелер тіркесімі бар нано.

#!/bin/bash

DATE = $ (дата +«%Y-%m-%d_%H%M») raspistill -o /home/pi/zerocam/$DATE-j.webp

Бұл сценарий түрлендіру пәрменін қолданатындықтан, сізге Raspberry Pi -де ImageMagick орнату қажет болады

sudo apt-get жаңартуы

sudo apt-get install imagemagick

Файлды орындалатын етіп жасаңыз

chmod +x photo.sh

/Etc/rc.local ашыңыз (бұл файлдағы командалар жүктеу кезінде іске қосылады)

sudo nano /etc/rc.local

Файлдың төменгі жағына, 0 нұсқасынан шығудың алдында осы жаңа жолды қосыңыз, содан кейін наноды Ctrl+X, Y, содан кейін Return көмегімен жабыңыз.

sh /home/pi/zerocam/photo.sh

Жергілікті монитор қосылған кезде оның жұмыс істейтінін тексеріңіз

sudo қайта жүктеу

Pi қайта жүктеліп, суретке түсуі керек. /Home/pi/zerocam каталогында жаңа-j.webp

Сондай -ақ, Pimoroni түймесінің көмегімен Pi қосуды және өшіруді тексеріңіз. Pi жүктеу уақытын өлшеңіз және жазыңыз. Ол 60 секундтан аз болуы керек.

4 -қадам: Hack оятқыш сағаты

Өндірілген операцияны бақылаңыз - Оятар сағатқа екі AAA батареясын орнатыңыз және берілген нұсқауларға сәйкес уақыт пен дабылды орнатыңыз. Атап айтқанда, дабыл дыбысын бақылаңыз - сіз (1) дисплейдің кішкене дабыл белгісі жыпылықтап тұрғанын көресіз, (2) дыбыстық сигнал 1 минут бойы шығады, содан кейін сөнеді және (3) артқы жарық диоды 5 секундқа жанады, сөнеді.

Бөлшектеу - екі жартысын ажырату үшін төрт бұранданы сағат тілінен алыңыз, содан кейін негізгі ПХД босату үшін тағы төрт бұранданы алыңыз.

Хак - ПХД алдыңғы жағындағы жарықдиодты сымдарды кесілгендей кесіңіз және ПХД артындағы қалған сымдарға 5 дюймдік сымдарға дәнекерлеңіз.

Батарея бөлімінің терминалдарына екі қосымша сымды (қызыл және қара) және көрсетілгендей 100МФД электролиттік конденсаторды қосыңыз (полярлықты сақтаңыз).

Светодиодты және жаңа батареяның артқы қақпақты ұстау саңылауларын суретте көрсетілгендей бағыттау үшін сағатты қайта жинаңыз.

Қайта тестілеу - Батареяларды орнатыңыз және дабыл функциясын тексеріңіз - енді дабыл сөнген кезде дисплейдің кішкене дабыл белгісі жыпылықтап тұрғанын көресіз, бірақ дыбыстық сигнал жоқ және артқы жарығы жоқ. Мультиметрді жарықдиодты сымдарға қосыңыз, егер дабыл шамамен 5 секунд үзілгенде шамамен 3 VDC анықтау керек.

5 -қадам: Attiny85 схемасын құрыңыз

Фотосуретке және Attiny85 Schematic.pdf -ке сілтеме жасай отырып, тақтаны кішкене бөлікке немесе тақтайшаға салыңыз. Ескертулер:

• Attiny85 чипі үшін 8 істікшелі DIP ұяшығын пайдалануды ұмытпаңыз, себебі оны бағдарламалау үшін алып тастау қажет.
• Дәнекерлеу алдында Optos -тың дұрыс бағытталуын қамтамасыз етіңіз.
• Pimoroni Shim -ге апаратын ұзындықтар Shims BTN еркегіш түйреуіштерін бекіту үшін ұзындығы кемінде 4 дюйм, әйел тақырыптары болуы керек.
• Дабылды басу арқылы қосылу кезінде полярлықты сақтаңыз - тізбекте кері полярлық қорғаныс жоқ

6 -қадам: Attiny 85 чипіне кодты жүктеңіз

Arduino Uno немесе басқа құралдарды қолдана отырып, Attiny85 чипіне кодты (AttinyPiPowerControl.ino файлын қоса) жүктеңіз. Ескерту - бұл код PI жүктеуге, фотосуретке түсіруге және өшіру процесін бастамас бұрын терминалды пәрмен жолына жетуге 60 секунд уақыт береді. Содан кейін Attiny85 чипін оның тақтасының розеткасына орнатуға болады - бағдарды екі рет тексеріңіз.

Ескерту: Егер сізге Pi жұмыс уақыты көп немесе аз қажет болса, төмендегі жолды өңдеңіз:

кешіктіру (60000); // Pi жүктеп, біраз уақыт жұмыс істеуге рұқсат етіңіз

7 -қадам: Сымдарды және бастапқы тестілеу және PI -ден фото файлдарды жүктеу

Сымдар:

USB қуат банкін Pimoroni шымының шағын USB портына қосыңыз. Attiny85 электронды тақтасынан секіргіш сымдарды Pimoroni шымына жалғаңыз, қара сымның Pimoroni шымындағы BTN шетінен шеткі шетіне қосылатынына көз жеткізіңіз.

Сынақ:

Оятар сағатқа 2 AAA батареясын орнатыңыз және сағат уақытын орнатыңыз. Мен Pi -дің HDMI портын жергілікті мониторға қосуды ұсынамын.

Дабылды қосыңыз және бірнеше минутқа дабыл орнатыңыз. Дабыл сөнген кезде сіз мыналарды көресіз:

а. Сағат дабылының белгісі жыпылықтай бастайды

б. Шамамен 5 секундтан кейін Pimoroni Shim қызыл жарық диоды 5 секундқа жанады

c) Pi жүктей бастайды

d. Шамамен 20 секундтан кейін камераның жарық диоды жанады және фотосурет түсіріледі. Егер сізде жергілікті монитор қосылымы болса, сіз түсірілген фотосуреттің қысқаша көрінісін көресіз.

д. Тағы 40 секундтан кейін Pi терминалды пәрмен жолына дейін жүктеледі

f. Pi өшіру процесін бастайды, шамамен 20 секундтан кейін Pimoroni Shim қызыл жарық диоды жыпылықтайды, бұл қуаттың PI -ге ажыратылғанын көрсетеді.

PI -ден фото файлдарды жүктеу

Мен PI -ді OTG кабелін, ал USB -ді Ethernet адаптері арқылы қосамын, Pi -ді қабырға сүйегінен қуаттандырамын. Содан кейін файлдарды компьютерге жүктеу үшін WinSCP пайдаланыңыз.

8 -қадам: Электроника корпусын жинаңыз

Кішкентай өздігінен бұрап тұратын бұранданың көмегімен Attiny85 тақтасын оятқыштың артына бекітіңіз. Көрсетілім ретінде қос таяқшамен таспаны қолдана отырып, PI сағатын бекітіңіз

Қораптың төменгі жағын екі жапсырмалы таспамен көрсету үшін сағатты сол жаққа бекітіңіз

Корпустың төменгі жағын екі жапсырмалы таспамен көрсету үшін USB қуат банкісін бекітіңіз.

Көрсетілгендей жоғарғы корпусты витринаның астына қойыңыз.

9 -қадам: монтаждау стебін жасаңыз, соңғы жинау және жабайы табиғатқа PI шығарыңыз

Төменгі бөлік: 5 1/2 X 5 1/2 ағаштан суретте көрсетілгендей әр жағынан 3/4 дюймдік ішке қарай 4 ойықты кесіңіз. Мен 1/4 маршрутизаторды қолдандым, бірақ сіз бұрғылауға және аралауға болады. орталық 1 1/4 ПВХ муфтасы үшін тесік жасайды. Идеал тесік өлшемі 1 5/8 дюйм, бірақ менде тек 1 3/4 дюймдік аралау болғандықтан, мен оны қолдандым және үйрек таспасымен ОД муфтасын жасадым. орнына эпоксидті қосылу.

Электроника корпусын ағаш блоктың үстіне қойып, оның құрылымын белгілеңіз. Содан кейін суретте көрсетілгендей әр жағынан төрт 1/4 тесік бұрғылаңыз. Бұл тесіктерге 1 дюймдік ұзындығы 1/4 дюймдік төрт ағаш орамалдарды жабыстырыңыз - бұл қоршауды ортада ұстауға көмектеседі.

Жоғарғы бөлігі: әр өлшемнің төменгі жиегіне жақын 3/16 дюймдік төрт тесік бұрғылаңыз және әр тесікке 3/4 дюймдік ұзын ілгектерді салыңыз, сонда олар құлап кетпейді. Ішкі жиектерде 4 қалың 1/2 ағаш сынықтары бар ыстық желім - бұл жоғарғы бөлікті корпустың ортасында ұстауға көмектеседі.

Қорытынды жиналыс: электрониканың жоғарғы және төменгі бөліктері арасындағы сэндвич және суретте көрсетілгендей екі бунге сыммен бекітілген

PI -ді жабайы табиғатқа шығарыңыз: ұзындығы 1 1/4 дюймдік ПВХ құбырын кесу арқылы монтаждау бағанасын жасаңыз, жерге түсіруді жеңілдету үшін бір шетін 45 градус бұрышпен кесіңіз. Менің жағдайда мен ' Мен осы көктемде өсімдік жамылғысының өсуіне қызығамын (Vinea minor), сондықтан менің ПВХ ставкамның ұзындығы небары 15 дюйм. AAA батареяларының жаңа күйде екенін, USB қуат банкі толық зарядталғанын және оятқыштың дұрыс орнатылғанын екі рет тексеріңіз - содан кейін қазықты жерге бекітіңіз және бекіткіштің үстіне сырғытыңыз - суретті қараңыз.

10 -қадам: Ағымдағы өлшеулер және жеделдетілген батареяның қызмет ету мерзімі

Мен Radio Shack RS-232 мультиметрін (22-812) және Meter View бағдарламалық жасақтамасының көмегімен токты өлшедім. Аңдардың таңдауы емес, бірақ менде бар нәрсе.

Attiny85 тақтасы мен оятқыштан тұратын екі ААА батареясынан ток күшін өлшеу

Мультиметрді «сериялы қосылу» үшін мен жалған батареялар мен 3 тұрақты ток көзінің кернеуін қолдандым (суретті қараңыз). «Белсенді» кезеңде өлшенетін токтың графигін қараңыз (дабыл оқиғасынан басталады - Attiny85 ұйқы режиміне оралуымен аяқталады). Дабылсыз тарту 0,0049 мА тұрақты болды. Қорытынды -

Белсенді кезең = 78 секунд

Белсенді кезең орташа. Ток = 4,85 мА

Дабылсыз ток = 4,9 мкА (0,0049 мА)

Ұйқы режимі мен белсенді режимді және батареяның теориялық қызмет ету мерзімі> 8 жылды ескере отырып, мен екі ААА -дан (әрқайсысы 750 мАч/сағ) 0,0093 мА орташа ток шығысын есептедім.

USB қуат банкісінен PI ток күшін өлшеу. «Сериялық қосылу» мультиметріне мен өзгертілген USB кабелін қолдандым (суретті қараңыз). «Белсенді» кезеңде өлшенетін токтың графигін қараңыз (PI жүктелуі - PI өшуі). Белсенді емес кезеңде Pimoroni ONOFF шымы Пи-ге дейін электр қуатын толығымен азайтады, сондықтан ток күші ~ нөлге тең. Қорытынды -

Белсенді кезең = 97 секунд

Белсенді кезең орташа. Ток = 137 мА

11200 мАч қуат банкі деп есептесек, белсенді периодты циклдердің теориялық саны> 3000 құрайды.

Батареяның қызмет ету мерзімін жеделдету

Мен жылдам велосипедке арналған Arduino UNO бағдарламасымен PI -ді уақытша басқардым - дабылдар арасындағы уақыт қалыпты 24 сағатқа қарағанда 2 минут болды.

Сынақ №1: 11200мАч қуат банкі. 10 -да басталды, мен келесі күні 13 -те тоқтадым. Нәтижелер: 413 фотосурет түсірілді, 4 зарядтау деңгейінің үштен үші тест соңында әлі де қосулы.

№2 тест: 7200 мАч қуат банкі. 19:30 басталды, мен келесі күні 16:30 да тоқтадым. Нәтижелер: 573 фотосурет алынды, 4 зарядтау деңгейінің 2 -сі тест соңында әлі де қосулы.

Қорытынды: Менің ойымша, жоғарыда келтірілген нәтижелер бір фотосуретке 1 -ден кем емес бір жылдық операция жасалуы мүмкін.