Моя погодная станция

Добрый день дорогие читатели 3ДСегодня )) хочу поделиться с вами своим изобретением, которое от начала до конца было спроектировано и построено мною за очень скромное по меркам изобретения колеса времени. Да 3Д принтер принес в мир изобретений просто колосальный прогресс.

Пром ой 3д принтер - это второй по счету 3д принтер, который был приобретен сравнительно недавно. Creality CR-10 MAX - как говорится на вырост! Обошелся сравнительно дешево - на скидках али пару лет назад - штука с доставкой. Первый был не дешевле, а размером в 4 раза меньше ( печатал 150х150) какойто душманской индийской конторы и ломался чутьли не перед и во время каждой печати.

И так про погодную станцию: 

Давно вынашивал идею создать что либо подобное, да на рынке подобного рода устройств хватает, но того функционала что я хотел и цены - ммм дайте подумать....

С чего все началось и зачем мне это:

Когда ты живешь в частном доме с немаленьким участком, волей неволей и темболее во время всемирной пандемии - когда заперт дома есть достаточно времени что то творить - мозг ведь надо чемто занимать. Вот и я вспомнил о идее и решил воплатить ее в жизнь. Да и погодная станция на открытом участке - не сильно дурацкая идея - знать в реальности что да как во дворе. Но об этом попорядку.

Все началось с трехмерной модели станции, ее внешний облик - немаловажная деталь. Компактность не ставилась целью, но хотелось что бы она не смахивала на сборник разных инструментов на общем столе - как это выглядит на готовых изделиях на рынке. Короче обладая скромными навыками в моделировании прикинул вот так:

Изначально план был установить его на каменном заборе напротив дома, но потом понял что во первых основание потребует аж 200 грамм пластикового наполнителя - филамента - то, чем печатает 3Д принтер а достать его сейчас проблематично - почта ведь работает как будто голубями по кусочкам доставляют товары, заказанная плата вемос, отсилы 50грамм в упаковке шла аж 6 месяцев, во вторых выносливость этой конструкции, а принтер ведь печатает слой за слоем и когда межслойная адгезия не очень, а она на том филаменте, которым я печатал была действительно - не очень, от слова совсем! тогда лучше проектировать деталь максимально компактной. Короче второй вариант:

И я оказался правым!

Как вы думаете от чего трещины? - от слабой затяжки саморезов с плоской шляпкой на дереве. НИКОГДА НЕ ПЕЧАТАЙТЕ МЕХАНИЗМЫ ПЕРЛАМУТРОВЫМ PLA!

Благо в запасе был и прочный, яб даже сказал Супер прочный прозрачный наполнитель, вторая попвтка оказалась удачной, но отнаяла много драгоценного пластика.

База с уже почти готовой начинкой:

Одна из двух плат Wemos D1 mini, которая шла пол года:

Припаян делитель, который измеряет напряжение питания, но потом я его перепаял и изменил номиналы сопротивлений, так как оказалось у вемоса уже есть на борту распаяный делитель.

Питание всей электроники производится от одной литий-ионной батарейки от банка батарей старого ноутбука - еще поживет...

Все в сборе:

Да, про солнечные панели в хвосту - ведь станция должна обладать автономностью, это два 6и вольтовых готовых элемента на эпоксидке (соединены в параллель с диодом чоб токи между ними не бегали)

Устройство во дворе, не очень эстетично, но для теста пойдет, летом отшлифую и отлакирую (может быть ;)

Про самое вкусное: Электроника, программное обеспечение и показания

Как я уже упомянул, все работает на базе wemos d1 mini, что это и про характеристики данной находки для домашних автоматизаторов вы найдете в сети, скажу только что с ней чертовски удобно работать, есть куча софта, прошивок и поддерживающихся ею периферийных датчиков и устройств автоматизации. Это своего рода мозг всех интернет вещей. Работает она на пресловутом ESP8266 с 4мя мегами ПЗУ, но и этого хватае с лихвой для кучи вещей.

Что еще (перечень комплектующих):

- Wemos D1 mini

- GY-87

- Два резистора - 100K и 33K для делителя

- DHT11

- Оптопара TCRT5000

- Диод - 1N4007 либо любой с маленьким сопротивлением и расчитанный на ток до 100мА

- Две солнечные панели размерами 69 х 100 мм

- Батарея ли-ион 4.2В типа 18650, любая с хотябы 1500мАч остаточной емкости

- Плата зарядки для нее вот такая:

Все это добро соединяется вот так:

Прошивки использовал две: 

Тасмота - Приемущества: очень  функциональная и имеет информативный интерфейс, значения датчиков обновляются быстро, имеет очень большое количество настроек. Подходит для практически любой системы умного дома.

Недостатки - небольшое количество поддерживаемых периферийных датчиков и устройств, следует обладать достаточно глубокими познаниями программирования именно железа (С++) что бы в полной мере раскрыть потенциал прошивки.

ESPHome - Приемущества: поддерживает большое количество датчиков, прошивка имеет маленький размер, собирается автоматически и загружается в устройству по воздуху. Заточена под систему умного дома HomeAssistant. Не требовательна к знанию программирования железок.

Недостатки: Достаточно скудный интерфейс (вебморда), показания датчиков обновляются в зависимости таймера посылки данных на сервер.

Вероятно я еще достаточно нехорошо изучил эти две прошивки и вероятно вторую также можно настраивать достаточно гибко под свои нужды, но это мое первое впечатления. Кроме этих двух есть огромное количество других как бесплатных (вышеперечисленные бесплатные прошивки) так и платных прошивок...

Я остановил свой выбор на системе Тасмота, но пришлось изрядно потрудиться что бы написать драйвера для датчиков, которые изначально не поддерживались этой прошивкой.

Ниже прикреплю драйвер для электронного компаса на чипе HCM5883L:

HCM5883L

Итак про фунционал датчиков, которые использовал в устройстве поподробнее:

1) Всеизвестный датчик DHT11 - стоит копейки, выдает информацию про влажность и температуру - только ленивый не встраивал его в свои климатические устройства. Недостаток один - он не обладает хорошей точностью.

2) Датчик, а точнее плата с датчиками GY-87. На нем интегрировано ах целых 3 устройства: 

- Акселерометр и гироскоп MPU-6050 - в погодной станции ин малонужен, но насчет него у меня особые планы  он сможет мне в дальнейшем измерять вихри, порывы ветра.

- Цифровой 3хосевой компас HMC5883L - с нимто мне и пришлось повозиться достаточное количество времени, ее не поддерживает тасмота (а вот ESPhome поддерживает) но ее данные мне нужны что бы узнать направление ветра, он установлен на вращающемся флюгере под мельницей. К томуже просто к нему было не подобраться, дело в том что он по линии передачи инфы I2C не определялся, я уж думал он не работает, так как это не редкость у китайцев, что то да косячит.. Но оказалось для его определения следует настраивать байпас именно модуля MPU6050 так как они сидян на одной линии.

- BMP180 датчик атмосферного давления и температуры, ну сами поняли что да как.

3) Оптопара TCRT5000 - Если нужна долговечность - никаких механических кнопок и выключателей, реле и герконов! Только электронные прерыватели и переключатели, поэтому для подсчета оборотов мачты я использовал дешевую оптопару - когда к нему приближается обект, то свет от инфракрасного датчика преломляясь попадает на оптический траезистор и выдает сигнал микроконтроллеру - все идеально просто! Лопасти расчитаны так, что один оборот (расстояние между лопастями 36сантиметров) приблизительно равен скорости ветра 1 м/сек, но естественно все зависит от множества факторов вплоть до вязкости смазки подшипников - надо калибровать!

Готовая прошивка устройства и прошивальщик в одном флаконе:

Прошивка и прошивальщик

Как следует настроить прошивку:

Все модели и видео работы погодной станции я буду выкладывать на своем канале ютюб: Мой канал

Модели на сайте thingiverse: 3Д модели

Особая благодарность поддержке комьюнити тасмоты форуму 4пда и пользователю TRDA!

Ну и думаю на этом пока все...

Удачных экспериментов всем и спасибо за внимание.