Hindbær Pi i naturen! Udvidet timelapse med batteristrøm: 10 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Motivation: Jeg ville bruge batteridrevet Raspberry Pi-kamera til at tage billeder en gang om dagen udendørs for at lave langsigtede time-lapse-videoer. Min særlige anvendelse er at registrere vækst af bunddække planter i det kommende forår og sommer.

Udfordring: Design lavstrøm Raspberry Pi strømstyring for at sikre lang batterilevetid.

Min løsning: Jeg bruger et hacket vækkeur, Attiny85 kredsløb og Pimoroni OnOff shim til helt at afbryde strømmen til Raspberry Pi, når den ikke er i brug. Mens Attiny85 og vækkeuret fortsætter med at køre i standbytilstand, er den nuværende trækning kun 5 mikroAmps. To AAA -batterier driver både Attiny og vækkeur, mens en USB -powerbank driver Pi.

Grundlæggende betjening: Når vækkeuret går ud, vækker det et sovende Attiny -kredsløb, som derefter signalerer Pimoroni OnOff -mellemlæg til at anvende strøm fra USB -strømbank til Raspberry Pi. Pi'en udfører et run-at-boot-script (tag et fotografi). Efter at der er gået tilstrækkelig tid (60 sekunder i min ansøgning), signalerer Attiny -kredsløbet igen Pimoroni OnOff -mellemlæg, og derefter går Attiny i dvaletilstand. Baseret på signalet fra Attiny udfører Pimoroni OnOff -shim -kommandoen Pi -lukning, og efter at Pi -nedlukningsprocessen er fuldført, afbryder strømmen fra USB -strømbanken til Raspberry Pi.

Trin 1: Dele og værktøjer

Dele:

Raspberry Pi Zero eller Raspberry Pi Zero W (trækker mere strøm)

Hindbær PI kameramodul

Raspberry Pi Zero -etui

Pimoroni ONOFF SHIM RASP PI POWER SWITCH, Digikey

OPTOISOLATOR Digikey

Batteridrevet digitalt vækkeurmål

ATtiny85 8 DIP Digikey

(2) CAP ALUM 100UF Digikey

DS3231 RTC -modul AliExpress

(2) 68 ohm modstand

Kort (ca. 6 tommer) mikro -USB -kabel

Clear Box Amac SKU#: 60120. 4 "x 4" x 5-1/16 "h Beholderbutikken

Kmashi 11200 mAh USB Power Bank # k-mp806 eller lignende

Dobbelt tape

Lille selvskærende skrue

(2) 1 X 8 pin hunstabelhoveder - sælges almindeligvis en Arduino UNO stabelhoveder AliExpress

Perf eller stripplade ca. 1 1/4 "x 2"

5 1/2 x 5/12 x 3/4 tyk fyr eller krydsfiner

1 1/4 PVC -rør ca. 15 langt

1 1/4 PVC -kobling

(2) korte elastiske snore omkring 10 lange

(4) 1/4 "dia. Træpindebolte cirka 1" lange

UltraDeck Natural Post Sleeve Cap Menards

Værktøjer:

Trådskærere og loddejern

Arduino UNO eller anden måde at programmere ATtiny85

Tilslut wire og jumpere

Tastatur, mus, HDMI -skærm, USB -port og Ethernet -hub, OTG -kabel

Mulitmeter

Trin 2: Installer Raspberry Pi OS, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC og Pi Camera Module

Pi Zero opsætning. Forbered SD -kort til Raspberry Pi med fordelingen efter eget valg. Under den første installationsproces skal du sørge for at aktivere I2C -interface, kamera og boot til CLI med automatisk login, indstille den korrekte lokale tid og ændre din adgangskode. Jeg anbefaler også at oprette en statisk IP -adresse for at gøre tingene nemmere på vejen. Lodde mandlig header til Pi Zero. Du kan enten bruge standard 2 x 20 header eller en kortere 2 x 6 header, da alle 40 pins ikke er nødvendige til dette projekt - kun de første 12 pins.

Kamerainstallation. Fastgør Pi Zero i kabinettet, og brug det medfølgende korte båndkabel, tilslut kameramodulet til Pi Zero, som leder kablets udgangsslutning. Monter GPIO -slidset topdæksel, og fastgør kameraet til dækslet med dobbelt tape (se foto).

Forbered Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC. Selvom Pimoroni OnOff Shim leveres med en 2 x 6 kvindelig overskrift, brugte jeg i stedet to 1 x 6 hunstabelhoveder, der almindeligvis sælges til Arduino UNO'er, men headerstifterne skal strække sig over Pimoroni OnOff Shim på Raspberry Pi pin placeringer 1, 3, 5, 7, 9, kan de andre stifter skæres ned til standard stiftlængde. Skub DS3231 RTC på de forlængede stifter som vist på billedet, og skub derefter Pimoroni OnOff Shim & DS3231 RTC-underenheden på Raspberry Pi header pins som vist.

Installer Pimoroni OnOff Shim -softwaren med:

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

For yderligere information om installation af Shim se her

Installer DS3231 RTC -software i henhold til disse instruktioner

Indledende test - Kamera, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC

Tilslut det lokale tastatur og skærmen til Pi Zero. Sørg for, at du har en netværksforbindelse (ethernetkabel eller Wifi). Tilslut USB -strømkabel Pimoroni OnOff Shim.

en. Tryk på Pimoroni OnOff Shim -trykknappen i 3 sekunder, og slip derefter - dette slår Pi Zero til eller fra. Observer opstart og nedlukningsprocessen på skærmen. Din Pi Zero har nu en avanceret teknologiopgradering - en tænd/sluk -knap!

b. Indstil DS3231 -tiden, og kontroller, at den læser det korrekte tidspunkt med:

sudo hwclock -w

sudo hwclock -r

c. Test kamerafunktionen i henhold til disse instruktioner.

Trin 3: Opsætning af Raspberry Pi Run-At-Boot Script og testkamera

Opret og flyt ind i det nye zerocam -underkatalog

mkdir zerocam

cd zerocam

Brug nano -editor til at oprette en ny scriptfil

nano photo.sh

Kopier derefter og indsæt nedenstående kode i nano -editoren. Luk nano med Ctrl+X, Y og derefter Return.

#!/bin/bash

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

Da dette script bruger kommandoen convert, skal du installere ImageMagick på Raspberry Pi

sudo apt-get opdatering

sudo apt-get install imagemagick

Gør filen eksekverbar

chmod +x foto.sh

Åbn /etc/rc.local (kommandoer i denne fil køres ved opstart)

sudo nano /etc/rc.local

I nærheden af bunden af filen, lige før exit 0 -sætning tilføj denne nye linje, og luk derefter nano med Ctrl+X, Y og derefter Return.

sh /home/pi/zerocam/photo.sh

Med en lokal skærm tilsluttet, test at den virker

sudo genstart

Pi skal genstarte og tage et billede. Der vil være en ny-j.webp

Test også at tænde og slukke for Pi med Pimoroni -trykknap. Mål og registrer Pi -opstartstiden. Det skal være mindre end 60 sekunder.

Trin 4: Hack vækkeur

Betragt som produceret drift - Installer to AAA -batterier i vækkeuret, og øv dig på at indstille tid og alarm i henhold til de medfølgende instruktioner. Vær især opmærksom på alarmen - du skal se (1) displayets lille alarmsymbol blinke, (2) summeren lyder i 1 minut og slukker derefter, og (3) baggrundslyset lyser i 5 sekunder og slukker derefter.

Adskil - Fjern de fire skruer fra uret tilbage for at adskille de to halvdele, og fjern derefter yderligere fire skruer for at frigøre hovedkortet.

Hack - Skær LED -ledningerne foran på printkortet som vist, og lod til 5 lange ledninger til de resterende ledninger på bagsiden af printkortet (se illustration). Afløs summeren som vist.

Til batterirummets terminaler tilføjes yderligere to ledninger (rød og sort) plus en 100MFD elektrolytkondensator som vist (observer polaritet).

Saml uret igen, og sørg for at lede LED og nyt batteri fører ud af bagdækslets fastgørelsesåbninger som vist.

Test igen - Installer batterier og test alarmfunktionen - nu når alarmen går, skal du se displayets lille alarmsymbol blinke - men ingen summer og ingen baggrundsbelysning. Tilslut et mulitmeter til LED -ledninger, du bør registrere omkring 3 VDC, når alarmen går i en periode på ca. 5 sekunder.

Trin 5: Byg Attiny85 printkort

Med henvisning til fotoet og Attiny85 Schematic.pdf konstruere printkortet på et lille stykke perf eller strip board. Bemærkninger:

• Sørg for at bruge en 8 -pin DIP -sokkel til Attiny85 -chip, da den skal fjernes for programmering.
• Sørg for korrekt orientering af Optos før lodning.
• Jumper fører til Pimoroni Shim skal være mindst 4 inches lang med hunhoveder til at fastgøre Shims BTN hanstifterne.
• Vær opmærksom på polaritet, når du opretter forbindelser med alarmklik - kredsløb har ingen beskyttelse mod omvendt polaritet

Trin 6: Upload kode til Attiny 85 Chip

Brug en Arduino Uno eller andre midler til at uploade koden (AttinyPiPowerControl.ino -fil vedhæftet) til din Attiny85 -chip. Bemærk - denne kode tillader 60 sekunder for PI'en at starte op, tage et foto og komme til terminalkommandoprompt, før du starter nedlukningsprocessen. Du kan derefter installere Attiny85 -chippen i dens printkortstik - dobbelttjek retning.

Bemærk: Hvis du har brug for mere eller mindre Pi -runtime, skal du bare redigere denne linje nær bunden:

forsinkelse (60000); // lad Pi starte og køre et stykke tid

Trin 7: Kabelføring og indledende test og download af fotofiler fra PI

Ledninger:

Tilslut USB -strømbank til mikro -usb -port på Pimoroni -shim. Tilslut jumperkabler fra Attiny85 printkort til Pimoroni -mellemlæg, sørg for, at den sorte ledning forbinder til den yderste kant BTN -stift på Pimoroni -mellemlæg.

Prøve:

Installer 2 AAA -batterier i vækkeuret, og indstil uret. Jeg anbefaler også at tilslutte Pi's HDMI -port til en lokal skærm.

Tænd alarmen, og indstil en alarm et par minutter ud i fremtiden. Når alarmen går, skal du se:

en. Uralarmikonet begynder at blinke

b. Efter cirka 5 sekunder lyser Pimoroni Shim rød LED i 5 sekunder

c. Pi begynder at starte op

d. Efter cirka 20 sekunder tændes kameraets LED, og der tages et foto. Hvis du har en lokal skærm, kan du se en kort forhåndsvisning af det fotografi, der er taget.

e. Efter yderligere 40 sekunder starter Pi'en helt op til terminalkommandoprompten

f. Pi starter nedlukningsprocessen, efter ca. 20 sekunder blinker den røde LED Pimoroni Shim, hvilket angiver, at strømmen er afbrudt til PI'en

Download af fotofiler fra PI

Jeg tilslutter PI'en til mit netværk ved hjælp af OTG -kabel og USB til ethernetadapter, der driver Pi fra vægvorten. Brug derefter WinSCP til at downloade filer til min pc.

Trin 8: Saml elektronikdåse

Sæt Attiny85 printkort på bagsiden af vækkeuret ved hjælp af en lille selvskærende skrue. Fastgør PI til uret ved hjælp af dobbeltklæbende tape som vist

Sæt uret på venstre side for at vise bunden med dobbelt tape

Tilslut USB -strømbank til displaykabinets bund med dobbelt tape som vist.

Placer den øverste kasse over vitrines bund som vist.

Trin 9: Konstruer monteringspæl, slutmontering og frigiv PI i naturen

Bundstykke: I et 5 1/2 X 5 1/2 stykke træ skæres 4 slidser 3/4 "indad fra hver side som vist. Jeg brugte en 1/4 fræser, men du kan også bore og save. I midten lav et hul til 1 1/4 PVC -kobling. Den ideelle hulstørrelse er 1 5/8 ", men da jeg kun havde en 1 3/4" hulsav, brugte jeg det og opbyggede kobling OD med andetape. Lim kobling på plads med epoxy.

Centrer elektronikskabet over træblokken og marker omridset. Bor derefter fire 1/4 huller langs hver side som vist. Lim fire 1 "lange 1/4" dia træspindler i disse huller - dette hjælper med at holde kabinettet centreret.

Topstykke: bor fire 3/16 "huller nær den nederste kant af hver størrelse, og indsæt 3/4" lange S-kroge i hvert hul, og bøj enderne lukkede, så de ikke falder af. På indersiden kanter varm lim 4 fire 1/2 tykke træstykker - disse hjælper med at holde det øverste stykke centreret over kabinettet.

Endelig samling: Smør elektronikskabet mellem toppe og bundstykker og fastgør det med to bungee -snore som vist

Slip PI ud i naturen: Lav en monteringspæl ved at skære 1 1/4 "PVC -rør af en længde, der passer til dine formål, skær den ene ende i en vinkel på 45 grader for at gøre det lettere at dunke i jorden. I mit tilfælde I ' Jeg er interesseret i bunddækningsplantevækst (Vinea minor) i foråret, og derfor er min PVC -indsats kun 15 "lang. Dobbelttjek, at AAA -batterierne er friske, USB -powerbanken er fuldt opladet, og vækkeuret er korrekt indstillet - pund derefter indsatsen i jorden og glid forsamlingen oven på monteringspælen - se foto.

Trin 10: Nuværende målinger og accelereret test af batterilevetid

Jeg målte strøm ved hjælp af Radio Shack RS-232 Multimeter (22-812) og ledsagende Meter View-software. Ikke dyrets valg, men det er hvad jeg har.

Måling af strømstyrke fra to AAA -batterier driver Attiny85 -bord og vækkeur

Til "serieforbindelse" multimeter brugte jeg dummy -batterier og 3 VDC bænkforsyning (se foto). Se graf over strøm målt under den "aktive" periode (begynder med alarmhændelse - slutter med Attiny85 vender tilbage til dvaletilstand). Ikke-alarm træk var konstant 0,0049 mA. Resumé -

Aktiv periode = 78 sekunder

Aktiv periode Gns. Strøm = 4,85 mA

Ikke-alarmstrøm = 4,9 microA (0,0049 mA)

Jeg beregnede en gennemsnitlig daglig strømforbrug på 0,0093 mA ud fra de to AAA (750 mAh/hver) i betragtning af sovende og aktive tilstande og teoretisk batterilevetid> 8 år ved hjælp af denne metode.

Måling af PI strømtræk fra USB powerbank. Til "serieforbindelse" multimeter brugte jeg et modificeret usb -kabel (se foto). Se graf over strøm målt i den "aktive" periode (PI -opstart - PI -nedlukning). I løbet af en ikke-aktiv periode afbryder Pimoroni ONOFF shim helt strøm til Pi, så strømtræk ~ nul. Resumé -

Aktiv periode = 97 sekunder

Aktiv periode Gns. Strøm = 137 mA

Forudsat en 11200 mAh powerbank er det teoretiske antal aktive periodecyklusser> 3000.

Accelereret test af batterilevetid

Jeg kontrollerede midlertidigt PI'en med Arduino UNO programmeret til hurtig cykling - tiden mellem alarmer var 2 minutter vs. de normale 24 timer.

Test nr. 1: 11200mAh powerbank. Startede kl. 22, og jeg stoppede kl. 13 dagen efter. Resultater: 413 fotos taget, 3 af 4 lysdioder for ladningsniveau stadig tændt ved testens afslutning.

Test nr. 2: 7200mAh powerbank. Startede kl. 19:30, og jeg stoppede kl. 16:30 den følgende dag. Resultater: 573 fotos taget, 2 af 4 LED for opladningsniveau stadig tændt ved testens afslutning.

Konklusion: Jeg tror, at ovenstående resultater indikerer, at mindst et års operation, der tager 1 pr. Fotos, er sandsynlig.