Raspberry Pi laukinėje gamtoje! Prailgintas laikas naudojant bateriją: 10 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

Motyvacija: norėjau naudoti baterijomis maitinamą „Raspberry Pi“fotoaparatą, kad galėčiau fotografuoti kartą per dieną lauke, kad sukurtumėte ilgalaikius „time-lapse“vaizdo įrašus. Mano ypatinga programa yra užregistruoti žemės paviršiaus augalų augimą šį pavasarį ir vasarą.

Iššūkis: suprojektuokite mažos srovės „Raspberry Pi“maitinimo valdiklį, kad užtikrintumėte ilgą baterijos veikimo laiką.

Mano sprendimas: naudoju nulaužtą žadintuvą, „Attiny85“grandinę ir „Pimoroni OnOff“tarpiklį, kad visiškai nutraukčiau „Raspberry Pi“maitinimą, kai jis nenaudojamas. Nors „Attiny85“ir žadintuvas ir toliau veikia budėjimo režimu, dabartinė srovė yra tik 5 mikroAmp. Dvi AAA baterijos maitina „Attiny“ir žadintuvą, o USB maitinimo bankas maitina „Pi“.

Pagrindinė operacija: Kai žadintuvas išsijungia, jis pažadina miegančią „Attiny“grandinę, kuri tada signalizuoja „Pimoroni OnOff“tarpiklį, kad „Raspberry Pi“maitintų iš USB maitinimo banko. „Pi“vykdo paleidimo paleidimo scenarijų (nufotografuokite). Praėjus pakankamai laiko (60 sekundžių mano programoje), „Attiny“grandinė vėl signalizuoja „Pimoroni OnOff“tarpiklį ir tada „Attiny“pereina į miego režimą. Remiantis „Attiny“signalu, „Pimoroni OnOff“tarpinė vykdo „Pi“išjungimo komandą, o pasibaigus „Pi“išjungimo procesui nutraukia maitinimą iš USB maitinimo šaltinio į „Raspberry Pi“.

1 žingsnis: dalys ir įrankiai

Dalys:

Raspberry Pi Zero arba Raspberry Pi Zero W (pritraukia daugiau galios)

Aviečių PI kameros modulis

Raspberry Pi Zero dėklas

Pimoroni ONOFF SHIM RASP PI POWER SWITCH, Digikey

OPTOISOLATORIUS Digikey

Baterija valdomas skaitmeninis žadintuvo taikinys

ATtiny85 8 DIP Digikey

(2) CAP ALUM 100UF Digikey

DS3231 RTC modulis „AliExpress“

(2) 68 omų rezistorius

Trumpas (apie 6 colių) mikro USB kabelis

„Clear Box Amac“SKU#: 60120. 4 "x 4" x 5-1/16 "h Konteinerių parduotuvė

Kmashi 11200 mAh USB maitinimo bankas # k-mp806 arba panašus

Dviguba lipni juosta

Mažas savisriegis varžtas

(2) 1 X 8 kontaktų moterų krovimo antraštės - dažniausiai parduodamos „Arduino UNO“krovimo antraštės „AliExpress“

Perf arba juostelės lenta apie 1 1/4 "2"

5 1/2 x 5/12 3/4 storio pušies arba faneros

1 1/4 maždaug 15 colių ilgio PVC vamzdžio

1 1/4 PVC jungtis

(2) trumpi maždaug 10 colių ilgio guminiai laidai

(4) 1/4 colio skersmens mediniai kaiščių kaiščiai, apie 1 colio ilgio

„UltraDeck“natūralūs porankiai su rankovėmis

Įrankiai:

Vielos pjaustytuvai ir lydmetalis

„Arduino UNO“arba kitas būdas programuoti ATtiny85

Prijunkite laidą ir džemperius

Klaviatūra, pelė, HDMI monitorius, USB prievadas ir „Ethernet“šakotuvas, OTG kabelis

Daugiamatis

2 veiksmas: įdiekite „Raspberry Pi OS“, „Pimoroni OnOff Shim“, DS3231 RTC ir „Pi“fotoaparato modulį

„Pi Zero“sąranka. Paruoškite SD kortelę „Raspberry Pi“su pasirinktu platinimu. Pradinio sąrankos proceso metu būtinai įjunkite I2C sąsają, fotoaparatą ir paleiskite CLI naudodami automatinį prisijungimą, nustatykite teisingą vietinį laiką ir pakeiskite slaptažodį. Taip pat rekomenduoju nustatyti statinį IP adresą, kad būtų lengviau. Lituoklio vyrų antraštė į „Pi Zero“. Galite naudoti standartinę 2 x 20 antraštę arba trumpesnę 2 x 6 antraštę, nes šiam projektui nereikia visų 40 kaiščių - tik pirmuosius 12 kaiščių.

Fotoaparato diegimas. Įkiškite „Pi Zero“į dėklą ir naudokite pridedamą trumpą juostinį kabelį, prijungdami fotoaparato modulį prie „Pi Zero“, nukreipdami kabelio išvesties dėklo galo angą. Uždėkite viršutinį GPIO dangtelį su plyšiais ir pritvirtinkite fotoaparatą prie dangtelio dviguba lipnia juosta (žr. Nuotrauką).

Paruoškite „Pimoroni OnOff Shim“, DS3231 RTC. Nors „Pimoroni OnOff Shim“komplekte yra 2 x 6 moterų antraštė, aš vietoj to naudoju dvi 1 x 6 moteriškas kraunamas antraštes, kurios paprastai parduodamos „Arduino UNO“, antraštės kaiščiai turi išsikišti virš „Pimoroni OnOff Shim“, Raspberry Pi kaiščių 1, 3, 5, 7, 9, kiti kaiščiai gali būti nukirpti iki standartinio kaiščio ilgio. Įstumkite DS3231 RTC ant pailgintų kaiščių, kaip parodyta nuotraukoje, tada paspauskite „Pimoroni OnOff Shim & DS3231 RTC“mazgą ant Raspberry Pi antgalių. taip, kaip parodyta.

Įdiekite „Pimoroni OnOff Shim“programinę įrangą su:

garbanoti https://get.pimoroni.com/onoffshim | mušti

Daugiau informacijos apie „Shim“diegimą rasite čia

Įdiekite DS3231 RTC programinę įrangą pagal šias instrukcijas

Pradiniai bandymai - kamera, „Pimoroni OnOff Shim“, DS3231 RTC

Prijunkite vietinę klaviatūrą ir monitorių prie „Pi Zero“. Įsitikinkite, kad turite tinklo ryšį („Ethernet“arba „Wifi“). Prijunkite USB maitinimo kabelį „Pimoroni OnOff Shim“.

a. Paspauskite „Pimoroni OnOff Shim“mygtuką 3 sekundes, tada atleiskite - tai įjungia arba išjungia „Pi Zero“. Stebėkite įkrovos ir išjungimo procesą monitoriuje. Jūsų „Pi Zero“dabar turi pažangų technologijų atnaujinimą - įjungimo/išjungimo jungiklį!

b. Nustatykite DS3231 laiką ir patikrinkite, ar rodomas teisingas laikas:

sudo hwclock -w

sudo hwclock -r

c. Išbandykite fotoaparato funkciją pagal šias instrukcijas.

3 veiksmas: nustatykite „Raspberry Pi“paleidimo scenarijų ir bandymo kamerą

Sukurkite ir pereikite į naują „Zerocam“pakatalogį

mkdir zerocam

cd zerocam

Naudokite „nano“redaktorių, kad sukurtumėte naują scenarijaus failą

nano nuotrauka.sh

Tada nukopijuokite ir įklijuokite žemiau esantį kodą į nano redaktorių. Uždarykite nano su Ctrl+X, Y, tada grįžkite.

#!/bin/bash

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

Kadangi šis scenarijus naudoja komandą konvertuoti, turėsite įdiegti „ImageMagick“„Raspberry Pi“

sudo apt-get atnaujinimas

sudo apt-get install imagemagick

Padarykite failą vykdomąjį

chmod +x photo.sh

Atidarykite /etc/rc.local (šio failo komandos paleidžiamos įkrovos metu)

sudo nano /etc/rc.local

Netoli failo apačios prieš pat išėjimą 0 pridėkite šią naują eilutę ir uždarykite „nano“naudodami „Ctrl“+X, „Y“, tada „Return“.

sh /home/pi/zerocam/photo.sh

Kai prijungtas vietinis monitorius, patikrinkite, ar jis veikia

sudo perkraukite

„Pi“turėtų iš naujo paleisti ir nufotografuoti. Kataloge/home/pi/zerocam bus naujas-j.webp

Taip pat išbandykite „Pi“įjungimą ir išjungimą naudodami „Pimoroni“mygtuką. Išmatuokite ir užrašykite „Pi“įkrovos laiką. Tai turėtų trukti mažiau nei 60 sekundžių.

4 žingsnis: nulaužkite žadintuvą

Laikykitės veikimo principo - Į žadintuvą įdėkite dvi AAA baterijas ir atlikite nustatymo laiką bei žadintuvą pagal pridėtas instrukcijas. Ypač stebėkite aliarmo skambėjimą - turėtumėte matyti (1) mirksintį mažą pavojaus signalo simbolį, (2) garsinis signalas skamba 1 minutę, tada išsijungia ir (3) galinio apšvietimo šviesos diodas šviečia 5 sekundes, tada išsijungia.

Išmontuoti - nuimkite keturis varžtus iš laikrodžio, kad atskirtumėte dvi puses, tada nuimkite dar keturis varžtus, kad atlaisvintumėte pagrindinę PCB.

Nulaužimas - nupjaukite šviesos diodų laidus, esančius PCB priekyje, kaip parodyta, ir prilituokite prie 5 colių ilgio laidų prie likusių laidų, esančių galinėje PCB pusėje (žr. Iliustraciją).

Prie akumuliatoriaus skyriaus gnybtų pridėkite du papildomus laidus (raudoną ir juodą) ir 100MFD elektrolitinį kondensatorių, kaip parodyta (laikykitės poliškumo).

Sumontuokite laikrodį ir įsitikinkite, kad nukreipėte šviesos diodą, o nauja baterija išves galinio dangčio laikymo angas, kaip parodyta.

Pakartotinis bandymas - įdėkite baterijas ir patikrinkite aliarmo funkciją - dabar, kai aliarmas išsijungs, turėtumėte pamatyti, kaip mirksi mažasis ekrano aliarmo simbolis, bet nėra garso signalo ir foninio apšvietimo. Prijunkite multimetrą prie šviesos diodų laidų, kai žadintuvas užgęsta maždaug per 5 sekundes, turėtumėte aptikti apie 3 VDC.

5 veiksmas: sukurkite „Attiny85“plokštę

Remdamiesi nuotrauka ir „Attiny85 Schematic.pdf“, sukonstruokite plokštę ant mažos perf arba juostelės plokštės. Pastabos:

• „Attiny85“lustui būtinai naudokite 8 kontaktų DIP lizdą, nes jį reikia pašalinti programavimui.
• Prieš litavimą įsitikinkite, kad „Optos“yra orientuota.
• Trumpiklis, vedantis į „Pimoroni“, „Shim“turi būti bent 4 colių ilgio su moteriškomis antraštėmis, kad būtų galima pritvirtinti „Shims BTN“kaiščius.
• Stebėkite poliškumą, kai jungiate signalizacijos spragtelėjimą - grandinė neturi atvirkštinio poliškumo apsaugos

6 veiksmas: įkelkite kodą į „Attiny 85 Chip“

Naudodami „Arduino Uno“ar kitas priemones, įkelkite kodą (pridėtas AttinyPiPowerControl.ino failas) į savo „Attiny85“lustą. Pastaba - šis kodas leidžia 60 sekundžių PI paleisti, nufotografuoti ir patekti į terminalo komandų eilutę prieš pradedant išjungimo procesą. Tada galite įdiegti „Attiny85“lustą į savo plokštės lizdą - dar kartą patikrinkite orientaciją.

Pastaba: jei jums reikia daugiau ar mažiau „Pi“vykdymo laiko, tiesiog redaguokite šią eilutę apačioje:

vėlavimas (60000); // tegul Pi kurį laiką paleidžia ir veikia

7 veiksmas: laidų prijungimas ir pradinis bandymas bei nuotraukų failų atsisiuntimas iš PI

Laidai:

Prijunkite USB maitinimo bloką prie „Pimoroni“tarpiklio mikro USB prievado. Prijunkite trumpiklius iš „Attiny85“plokštės prie „Pimoroni“tarpiklio, įsitikinkite, kad juodas laidas jungiasi prie išorinio krašto „BTN“kaiščio ant „Pimoroni“tarpiklio.

Bandymas:

Į žadintuvą įdėkite 2 AAA baterijas ir nustatykite laikrodžio laiką. Taip pat rekomenduoju prijungti „Pi“HDMI prievadą prie vietinio monitoriaus.

Įjunkite žadintuvą ir nustatykite žadintuvą po kelių minučių į ateitį. Kai suskamba žadintuvas, turėtumėte pamatyti:

a. Laikrodžio žadintuvo piktograma pradeda mirksėti

b. Po maždaug 5 sekundžių „Pimoroni Shim“raudonas šviesos diodas užsidega 5 sekundes

c. „Pi“pradeda veikti

d. Po maždaug 20 sekundžių užsidega fotoaparato šviesos diodas ir padaryta nuotrauka. Jei prijungtas vietinis monitorius, pamatysite trumpą padarytos nuotraukos peržiūrą.

e. Praėjus dar maždaug 40 sekundžių, „Pi“įsijungia iki terminalo komandinės eilutės

f. „Pi“pradeda išjungimo procesą, po maždaug 20 sekundžių mirksi raudonas „Pimoroni Shim“šviesos diodas, rodantis, kad maitinimas nutrūksta.

Nuotraukų failų atsisiuntimas iš PI

Aš prijungiu PI prie savo tinklo, naudodamas OTG kabelį, ir USB prie eterneto adapterio, maitindamas Pi iš sienos karpų. Tada naudokite „WinSCP“, kad atsisiųstumėte failus į savo kompiuterį.

8 žingsnis: Surinkite elektronikos korpusą

Pritvirtinkite „Attiny85“plokštę prie žadintuvo nugarėlės, naudodami mažą savisriegį. Pritvirtinkite PI prie laikrodžio naudodami dvigubą lipnią juostą, kaip parodyta

Pritvirtinkite laikrodžio kairę pusę prie vitrinos apačios dviguba lipnia juosta

Pritvirtinkite USB maitinimo bloką prie ekrano korpuso su dviguba lipnia juostele, kaip parodyta.

Uždėkite viršutinį dėklą virš ekrano apačios, kaip parodyta.

9 žingsnis: sukurkite montavimo kuolą, galutinį surinkimą ir paleiskite PI į lauką

Apatinė dalis: iš 5 1/2 X 5 1/2 medžio gabalo iš kiekvienos pusės iškirpkite 4 plyšius 3/4 colių į vidų, kaip parodyta. Aš naudojau 1/4 frezavimo antgalį, bet taip pat galite gręžti ir pjauti. centre padarykite skylę 1 1/4 PVC movai. Idealus skylės dydis yra 1 5/8 ", bet kadangi turėjau tik 1 3/4" skylių pjūklą, aš jį panaudojau ir sukūriau jungtį OD su ančių juosta. sujungimas vietoje su epoksidu.

Centruokite elektronikos korpusą virš medžio bloko ir pažymėkite jo kontūrą. Tada išgręžkite keturias 1/4 skyles išilgai kiekvienos pusės, kaip parodyta. Į šias skyles įklijuokite keturis 1 colio ilgio 1/4 colio skersmens medinius kaiščius - tai padės išlaikyti gaubto centrą.

Viršutinė dalis: išgręžkite keturias 3/16 colių skylutes šalia kiekvieno dydžio apatinio krašto ir į kiekvieną skylę įkiškite 3/4 colio ilgio S kablius, lenkdami galus, kad jie nenukristų. Vidiniuose kraštuose karštai klijuokite 4 keturias 1/2 storio medžio drožles - tai padės išlaikyti viršutinę dalį virš korpuso.

Galutinis surinkimas: uždėkite elektronikos gaubtą tarp viršutinių ir apatinių dalių ir pritvirtinkite dviem guminiais virvelėmis, kaip parodyta

Paleiskite PI į laukinę gamą: padarykite tvirtinimo kaištį, nupjaudami 1 1/4 colio ilgio PVC vamzdį, tinkantį jūsų tikslams, vieną galą perpjaukite 45 laipsnių kampu, kad būtų lengviau įsimušti į žemę. Mano atveju aš ' m. domiuosi žemės dangos augalų augimu (Vinea minor) šį pavasarį ir todėl mano PVC kuolai yra tik 15 colių ilgio. Dar kartą patikrinkite, ar AAA baterijos yra šviežios, USB maitinimo blokas yra visiškai įkrautas ir žadintuvas tinkamai nustatytas - tada įmuškite kuolą į žemę ir užmaukite agregatą ant tvirtinimo stovo - žr.

10 veiksmas: dabartiniai matavimai ir pagreitintas akumuliatoriaus veikimo laikas

Aš išmatavau srovę naudodami „Radio Shack RS-232“multimetrą (22–812) ir papildomą „Meter View“programinę įrangą. Ne žvėries pasirinkimas, bet aš tai turiu.

Srovės išmatavimo matavimas iš dviejų AAA tipo baterijų „Attiny85“plokštės ir žadintuvo

Norėdami „serijiniu būdu prijungti“multimetrą, naudojau manekenus ir 3 VDC maitinimo šaltinį (žr. Nuotrauką). Žr. Dabartinės „aktyvaus“laikotarpio srovės grafiką (prasideda nuo aliarmo įvykio - baigiasi „Attiny85“grįžta į miego režimą). Ne pavojaus signalas buvo pastovus 0,0049 mA. Santrauka -

Aktyvus laikotarpis = 78 sekundės

Aktyvaus laikotarpio vid. Srovė = 4,85 mA

Ne pavojaus srovė = 4,9 mikroA (0,0049 mA)

Pagal šį metodą apskaičiavau vidutinę dienos srovės srovę 0,0093 mA iš dviejų AAA (po 750 mAh/kiekvienas), atsižvelgiant į miego ir aktyvų režimą, o teorinis akumuliatoriaus veikimo laikas> 8 metai.

PI srovės stiprio matavimas iš USB maitinimo šaltinio. Norėdami „nuosekliai prijungti“multimetrą, naudoju modifikuotą USB kabelį (žr. Nuotrauką). Žr. Dabartinės „aktyvaus“laikotarpio metu išmatuotos srovės grafiką (PI įkrova - PI išjungimas). Neaktyviu laikotarpiu „Pimoroni ONOFF“tarpinė visiškai nutraukia maitinimą iki Pi, todėl srovė sumažėja iki nulio. Santrauka -

Aktyvus laikotarpis = 97 sekundės

Aktyvaus laikotarpio vid. Srovė = 137 mA

Darant prielaidą, kad 11200 mAh galios bankas, teorinis aktyvių laikotarpių ciklų skaičius yra> 3000.

Paspartintas akumuliatoriaus veikimo laikas

Aš laikinai valdžiau PI su „Arduino UNO“, užprogramuotu greitam važiavimui dviračiu - laikas tarp aliarmų buvo 2 minutės, palyginti su įprastomis 24 valandomis.

1 bandymas: 11200 mAh galios bankas. Pradėjau 22 val., O kitą dieną sustabdžiau 13 val. Rezultatai: padaryta 413 nuotraukų, 3 iš 4 įkrovos lygio šviesos diodų vis dar dega bandymo pabaigoje.

2 bandymas: 7200 mAh galios bankas. Prasidėjo 19.30 val., O kitą dieną sustabdžiau 16.30 val. Rezultatai: 573 nuotraukos, 2 iš 4 įkrovos lygio šviesos diodų vis dar dega bandymo pabaigoje.

Išvada: Manau, kad aukščiau pateikti rezultatai rodo, kad tikėtina, kad mažiausiai vienerių metų operacija padarys 1 nuotrauką.