Bringebær Pi i naturen! Utvidet timelapse med batteristrøm: 10 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Motivasjon: Jeg ønsket å bruke batteridrevet Raspberry Pi-kamera til å ta bilder en gang om dagen utendørs for å lage langsiktige time-lapse-videoer. Min spesielle søknad er å registrere plantevekst på grunndekke denne våren og sommeren.

Utfordring: Design lavstrøm Raspberry Pi -strømkontroll for å sikre lang batterilevetid.

Min løsning: Jeg bruker en hacket vekkerklokke, Attiny85 -krets og Pimoroni OnOff -mellomlegg for å kutte strømmen til Raspberry Pi helt når den ikke er i bruk. Mens Attiny85 og vekkerklokken fortsetter å kjøre i standby -modus, er gjeldende trekning bare 5 mikroAmp. To AAA -batterier driver både Attiny og vekkerklokke, mens en USB -strømbank driver Pi.

Grunnleggende bruk: Når vekkerklokken går av, vekker den en sovende Attiny -krets, som deretter signaliserer Pimoroni OnOff -mellomlegg for å bruke strøm fra USB -strømbank til Raspberry Pi. Pi utfører et run-at-boot-skript (ta et fotografi). Etter at tilstrekkelig tid har gått (60 sekunder i søknaden min), signalerer Attiny -kretsen igjen Pimoroni OnOff -mellomlegg og deretter går Attiny i hvilemodus. Basert på signalet fra Attiny, utfører Pimoroni OnOff -shim -kommandoen Pi -avslutning, og etter at Pi -nedleggelsesprosessen er fullført, kutter strømmen fra USB -strømbanken til Raspberry Pi.

Trinn 1: Deler og verktøy

Deler:

Raspberry Pi Zero eller Raspberry Pi Zero W (trekker mer strøm)

Bringebær PI kameramodul

Raspberry Pi Zero -deksel

Pimoroni ONOFF SHIM RASP PI STRØMBRYTER, Digikey

OPTOISOLATOR Digikey

Batteridrevet digital vekkerklokke

ATtiny85 8 DIP Digikey

(2) CAP ALUM 100UF Digikey

DS3231 RTC -modul AliExpress

(2) 68 ohm motstand

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

Tape med dobbel pinne

Liten selvskruende skrue

(2) 1 X 8 -pins kvinnelige stablingsoverskrifter - ofte solgt en Arduino UNO stabelhoder AliExpress

Perf eller stripebrett ca 1 1/4 "x 2"

5 1/2 x 5/12 x 3/4 tykk furu eller kryssfiner

1 1/4 PVC -rør ca 15 langt

1 1/4 PVC -kobling

(2) korte elastiske snorer ca 10 lange

(4) 1/4 "dia. Tre dowel pins omtrent 1" lange

UltraDeck Natural Post Sleeve Cap Menards

Verktøy:

Wire Cutters og loddejern

Arduino UNO eller annen måte å programmere ATtiny85

Koble til wire og gensere

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

Mulitmeter

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

Oppsett av Pi Zero. Forbered SD -kortet for Raspberry Pi med distribusjonen du ønsker. Under den første installasjonsprosessen, sørg for å aktivere I2C -grensesnitt, kamera og oppstart til CLI med automatisk pålogging, angi riktig lokal tid og endre passordet. Jeg anbefaler også å sette opp en statisk IP -adresse for å gjøre ting lettere på veien. Loddetinnhannet til Pi Zero. Du kan enten bruke standard 2 x 20 header eller en kortere 2 x 6 header, ettersom alle 40 pins ikke kreves for dette prosjektet - bare de første 12 pins.

Kamerainstallasjon. Fest Pi Zero i etuiet, og bruk den medfølgende korte båndkabelen, koble kameramodulen til Pi Zero, og før kabelen ut av enden. Monter toppdekselet med GPIO -hull og fest kameraet til dekselet med tape (se bildet).

Forbered Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC. Selv om Pimoroni OnOff Shim kommer med en 2 x 6 hunntekst, brukte jeg i stedet to 1 x 6 kvinnelige "stablingshoder som vanligvis selges for Arduino UNOer, men hodepinnene må strekke seg over Pimoroni OnOff Shim på Raspberry Pi pin posisjoner 1, 3, 5, 7, 9, kan de andre pinnene kuttes ned til standard pinnelengde. Skyv DS3231 RTC på de forlengede pinnene som vist på bildet, og skyv deretter Pimoroni OnOff Shim & DS3231 RTC-underenheten på Raspberry Pi-topptekstene som vist.

Installer Pimoroni OnOff Shim -programvaren med:

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

For mer informasjon om installering av Shim, se her

Installer DS3231 RTC -programvaren i henhold til disse instruksjonene

Innledende tester - Kamera, Pimoroni OnOff Shim, DS3231 RTC

Koble lokalt tastatur og skjerm til Pi Zero. Sørg for at du har en nettverkstilkobling (ethernet -kabel eller Wifi). Koble til USB -strømkabelen Pimoroni OnOff Shim.

en. Trykk på Pimoroni OnOff Shim -trykknappen i 3 sekunder og slipp deretter - dette slår Pi Zero på eller av. Observer oppstarts- og avslutningsprosessen på skjermen. Din Pi Zero har nå en avansert teknologioppgradering - en av/på -bryter!

b. Still inn DS3231 -tiden og bekreft at den leser ut riktig tid med:

sudo hwclock -w

sudo hwclock -r

c. Test kamerafunksjonen i henhold til disse instruksjonene.

Trinn 3: Konfigurer Raspberry Pi Run-At-Boot Script og testkamera

Opprett og flytt inn i den nye zerocam -underkatalogen

mkdir zerocam

cd zerocam

Bruk nano -editor for å lage en ny skriptfil

nano photo.sh

Kopier og lim inn koden nedenfor i nano -editoren. Lukk nano med Ctrl+X, Y og deretter Return.

#!/bin/bash

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

Siden dette skriptet bruker kommandoen convert, må du installere ImageMagick på Raspberry Pi

sudo apt-get oppdatering

sudo apt-get install imagemagick

Gjør filen kjørbar

chmod +x photo.sh

Åpne /etc/rc.local (kommandoer i denne filen kjøres ved oppstart)

sudo nano /etc/rc.local

Nær bunnen av filen, like før exit 0 -setningen, legg til denne nye linjen og lukk deretter nano med Ctrl+X, Y og deretter Return.

sh /home/pi/zerocam/photo.sh

Med en lokal skjerm tilkoblet, test at den fungerer

sudo omstart

Pi skal starte på nytt og ta et bilde. Det kommer en ny-j.webp

Test også å slå Pi på og av med Pimoroni -trykknappen. Mål og registrer oppstartstiden for Pi. Det bør være mindre enn 60 sekunder.

Trinn 4: Hack alarmklokke

Observer som produsert operasjon - Installer to AAA -batterier i vekkerklokken, og øv på å stille inn tid og alarm i henhold til instruksjonene som følger med. Vær spesielt oppmerksom på alarmen - du bør se (1) displayets lille alarmsymbol blinke, (2) summeren lyder i 1 minutt, deretter slå seg av og (3) LED -lampen til bakgrunnslyset lyser i 5 sekunder og slås deretter av.

Demonter - Fjern de fire skruene fra klokken tilbake for å skille de to halvdelene, og fjern deretter ytterligere fire skruer for å frigjøre hovedkortet.

Hack - Klipp LED -ledningene foran på kretskortet som vist og lodd til 5 lange ledninger til de gjenværende ledningene på baksiden av kretskortet (se illustrasjon). Løsne summeren som vist.

Til batterirommet terminaler legge til to ekstra ledninger (rød og svart) pluss en 100MFD elektrolytisk kondensator som vist (observer polaritet).

Monter klokken igjen, og sørg for å lede LED og nytt batteri fører ut de bakre deksellåsene som vist.

Test på nytt - Sett inn batterier og test alarmfunksjonen - nå når alarmen går, bør du se displayets lille alarmsymbol som blinker - men ingen summer og ingen bakgrunnsbelysning. Koble et multimeter til LED -ledninger, du bør oppdage omtrent 3 VDC når alarmen går i en periode på omtrent 5 sekunder.

Trinn 5: Bygg Attiny85 kretskort

Med henvisning til bildet og Attiny85 Schematic.pdf konstruere kretskortet på et lite stykke perf eller stripe bord. Merknader:

• Sørg for å bruke en 8 -pinners DIP -kontakt for Attiny85 -brikken, da den må fjernes for programmering.
• Sørg for riktig orientering av Optos før lodding.
• Jumper fører til Pimoroni Shim skal være minst 4 inches lang med hunnhoder for å feste Shims BTN hannstifter.
• Vær oppmerksom på polaritet når du kobler til alarmklikk - kretsen har ingen beskyttelse mot omvendt polaritet

Trinn 6: Last opp kode til Attiny 85 Chip

Last opp koden (AttinyPiPowerControl.ino -filen vedlagt) ved hjelp av en Arduino Uno eller andre midler til Attiny85 -brikken. Merk - denne koden tillater 60 sekunder for PI -en å starte opp, ta et bilde og komme til kommandoprompten på terminalen før du starter avslutningsprosessen. Du kan deretter installere Attiny85 -brikken i kretskortet - dobbeltsjekksretning.

Merk: Hvis du trenger mer eller mindre Pi -kjøretid, må du bare redigere denne linjen nederst:

forsinkelse (60000); // la Pi starte og kjøre en stund

Trinn 7: Kabling og innledende test og nedlasting av fotofiler fra PI

Kabling:

Koble USB -strømbanken til mikro -USB -porten på Pimoroni -shim. Koble jumperledninger fra Attiny85 kretskort til Pimoroni -mellomlegg, sørg for at den svarte ledningen kobles til den ytterste kant -BTN -pinnen på Pimoroni -mellomlegg.

Test:

Sett inn 2 AAA -batterier i vekkerklokken, og still klokkeslettet. Jeg anbefaler også å koble Pi's HDMI -port til en lokal skjerm.

Slå på alarmen og sett en alarm noen minutter ut i fremtiden. Når alarmen går, bør du se:

en. Klokkealarmikonet begynner å blinke

b. Etter omtrent 5 sekunder tennes Pimoroni Shim -rød LED i 5 sekunder

c. Pi begynner å starte opp

d. Etter omtrent 20 sekunder tennes kameraets LED og et bilde tas. Hvis du har en lokal skjermtilkobling, ser du en kort forhåndsvisning av bildet som er tatt.

e. Etter ytterligere 40 sekunder starter Pi helt opp til kommandoprompten på terminalen

f. Pi starter nedleggelsesprosessen, etter omtrent 20 sekunder blinker den røde LED -lampen for Pimoroni Shim som indikerer at strømmen er slått av til PI

Last ned fotofiler fra PI

Jeg kobler PI til nettverket mitt ved hjelp av OTG -kabel og USB til ethernet -adapter, som driver Pi fra veggvorten. Bruk deretter WinSCP til å laste ned filer til min PC.

Trinn 8: Monter elektronikkskap

Fest Attiny85 kretskort på baksiden av vekkerklokken ved hjelp av en liten skrue. Fest PI til klokken ved hjelp av dobbeltebåndstape som vist

Fest klokken på venstre side av skjermbunnen med tape

Fest USB -strømbanken til bunnen av displayet med dobbeltsidig tape som vist.

Plasser topphylsen over displayet på bunnen som vist.

Trinn 9: Konstruer monteringspinne, sluttmontering og frigjør PI i naturen

Bunnstykke: I et 5 1/2 X 5 1/2 stykke tre kuttes 4 slisser 3/4 "innover fra hver side som vist. Jeg brukte en 1/4 fres, men du kan også bore og sage. I midten gjør et hull for 1 1/4 PVC -kobling. Ideell hullstørrelse er 1 5/8 ", men siden jeg bare hadde en 1 3/4" hullsag, brukte jeg den og bygde opp kobling OD med andetape. Lim kobling på plass med epoksy.

Sentrer elektronikkhuset over treblokken og merk omrisset. Bor deretter fire 1/4 hull langs hver side som vist. Lim fire 1 "lange 1/4" dia wood dowels i disse hullene - dette vil bidra til å holde kabinettet sentrert.

Toppstykke: bor fire 3/16 "hull nær nedre kant av hver størrelse og sett inn 3/4" lange S-kroker i hvert hull og bøy endene lukket slik at de ikke faller av. På innerkantene varmt lim 4 fire 1/2 tykke trebiter - disse vil bidra til å holde toppstykket sentrert over skapet.

Sluttmontering: Sandwich elektronikkskapet mellom topp- og bunnstykker og fest med to elastiske snorer som vist

Slipp PI ut i naturen: Lag en monteringspinne ved å kutte 1 1/4 "PVC -rør med en lengde som passer til dine formål, kutt den ene enden i en 45 graders vinkel for å gjøre det lettere å dunke i bakken. I mitt tilfelle I ' Jeg er interessert i plantevekst av bunndekke (Vinea minor) i vår, og derfor er PVC -innsatsen min bare 15 "lang. Dobbeltsjekk at AAA -batterier er friske, USB -strømbank er fulladet og vekkerklokke er riktig innstilt - slå deretter innsatsen ned i bakken og skli på toppen av monteringspinnen - se bildet.

Trinn 10: Gjeldende målinger og test for akselerert batterilevetid

Jeg målte strøm ved å bruke Radio Shack RS-232 Multimeter (22-812) og medfølgende Meter View-programvare. Ikke dyrets valg, men det er det jeg har.

Måling av strømtrekk fra to AAA -batterier driver Attiny85 -bord og vekkerklokke

Til "seriekobling" multimeter brukte jeg dummy -batterier og 3 VDC benkestrømforsyning (se bilde). Se graf over strøm målt under den "aktive" perioden (begynner med alarmhendelse - slutter med Attiny85 går tilbake til hvilemodus). Ikke-alarmtrekk var konstant 0,0049 mA. Sammendrag -

Aktiv periode = 78 sekunder

Gjennomsnittlig aktiv periode Strøm = 4,85 mA

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

Jeg beregnet en gjennomsnittlig daglig strømforbruk på 0,0093 mA fra de to AAA (750 mAh/hver) med tanke på sovende og aktive moduser, og teoretisk batterilevetid> 8 år ved å bruke denne metoden.

Måling av PI strømtrekk fra USB powerbank. Til "seriekobling" multimeter brukte jeg en modifisert usb -kabel (se bilde). Se grafen over strøm målt under den "aktive" perioden (PI -oppstart - PI -nedleggelse). I løpet av en ikke-aktiv periode kutter Pimoroni ONOFF shim helt strømmen til Pi, så nåværende trekk ~ null. Sammendrag -

Aktiv periode = 97 sekunder

Gjennomsnittlig aktiv periode Strøm = 137 mA

Forutsatt en 11200 mAh kraftbank er det teoretiske antallet aktive periodesykluser> 3000.

Akselerert test av batterilevetid

Jeg kontrollerte midlertidig PI med Arduino UNO programmert for hurtig sykling - tiden mellom alarmer var 2 minutter kontra de normale 24 timene.

Test nr. 1: 11200mAh kraftbank. Startet kl 22 og jeg stoppet kl 13 dagen etter. Resultater: 413 bilder tatt, 3 av 4 lysdioder for ladningsnivå fortsatt på ved slutten av testen.

Test nr. 2: 7200mAh kraftbank. Startet 19:30 og jeg stoppet 16:30 dagen etter. Resultater: 573 bilder tatt, 2 av 4 LED for ladningsnivå fortsatt på ved slutten av testen.

Konklusjon: Jeg tror resultatene ovenfor indikerer at det er sannsynlig at det er minst et års operasjon å ta 1 per bilde.