特點：

1。連接到Wi-Fi，并將數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)（Blynk App和Thingspeak）

2。監(jiān)測天氣參數(shù)，如溫度，壓力，濕度，海拔和紫外線水平等。

3。額外端口添加更多傳感器

4。遠程電池狀態(tài)監(jiān)控

5。使用功能強大的鋰離子電池（3400 mAh）和太陽能電池板（1W）

6。獨立于外部電源

7.可以安裝在遠程站點或地理位置具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中

8。由太陽能供電，它是一種環(huán)保設(shè)備。

第1步：所需的組件和工具

更新05.08.2019

現(xiàn)在您可以從 PCBway 購買單個套件中的PCB和所有組件。

注意：電池和3D打印的外殼不是包含在試劑盒中

使用的組件：

1。 Wemos D1 Mini Pro（Banggood/亞馬遜）

2。 TP 4056充電板（Banggood/亞馬遜）

3。 BME 280傳感器（亞馬遜/Bangood）

4。 BMP280（Banggood/亞馬遜）

5。 DS18B20傳感器（Banggood/亞馬遜）

6。 Switch（Banggood/Amazon）

7。螺釘端子（Banggood）

8。 PCB支架（Banggood/亞馬遜）

9。 18650電池（Aliexpress）

10.18650電池座（Banggood/亞馬遜）

11。太陽能電池板（Banggood）

12。 Straight Headers Pin（Banggood/亞馬遜）

13。 22 AWG電線（Banggood/亞馬遜）

14。氣象站V2.0 PCB（PCBWay）

15。超級膠水（亞馬遜）

16。 3D打印燈絲-PLA（GearBest）

使用的工具：

1。 3D打印機（Creality CR-10）

2。烙鐵（亞馬遜）

3。膠槍（亞馬遜）

4。剝線鉗（亞馬遜）

5。 Wire Cutter（亞馬遜）

第2步：電源

我的計劃是部署天氣站在一個偏遠的地方（我的農(nóng)舍）。為了連續(xù)運行氣象站，必須有一個連續(xù)的電源，否則系統(tǒng)將無法工作。為電路提供連續(xù)電源的最佳方法是使用電池。但是幾天之后電池汁就會耗盡，去那里充電是非常困難的。因此，提出了一種太陽能充電電路，用于從太陽獲取自由能量，為電池充電并為Wemos板供電。我使用的是18650鋰離子電池。

電池通過TP4056充電模塊從太陽能電池板充電。 TP4056模塊配有電池保護芯片或不帶保護芯片。我會建議購買一個包含電池保護芯片的模塊。

關(guān)于TP4056電池充電器

TP4056模塊非常適合為單節(jié)3.7V 1 Ah或更高的LiPo電池充電?；赥P4056充電器IC和DW01電池保護IC，該模塊將提供1000 mA充電電流，然后在充電完成時切斷。此外，當電池電壓降至2.4V以下時，保護IC將切斷負載以保護電池免受欠壓。它還可以防止過壓和反極性連接。

步驟3：通過BMP/E280監(jiān)測溫度和濕度

在早些時候，使用單獨的模擬儀器測量環(huán)境溫度，濕度和氣壓等天氣參數(shù)：溫度計，濕度計和氣壓計。但今天市場充斥著廉價高效的數(shù)字傳感器，可用于測量各種環(huán)境參數(shù)。最好的例子是DHT11，DHT 22，BMP180，BMP/E280等傳感器。

在這個項目中，我們將使用BMP280/BME280傳感器。

BMP 280 ：

BMP280是一款先進的傳感器，能夠以合理的精度非常精確地測量氣壓和溫度。 BME280是博世的下一代傳感器，是BMP085/BMP180/BMP183的升級產(chǎn)品 - 具有0.25米的低海拔噪音和相同的快速轉(zhuǎn)換時間。該傳感器的優(yōu)點是它可以使用I2C或SPI與微控制器進行通信。為了簡單方便接線，我建議購買I2C版本板。

BME280：

新型BME280傳感器，一種溫度，氣壓的環(huán)境傳感器和濕度。 BME280是博世的下一代傳感器，是BMP280的升級產(chǎn)品。博世的這款精密傳感器是測量濕度的最佳低成本傳感解決方案，精度為±3％，氣壓為±1 hPa絕對精度，溫度為±1.0°C精度。它可以在I2C和SPI中使用。

注意： BME280可以測量濕度，但BMP280不能。 在市場上，BMP280也可以以BME280的名稱獲得。因此，請確保它是BMP280還是BME280。

步驟4：更多傳感器的附加端口

氣象站V2.0電路板有5個額外端口可連接更多天氣傳感器?？梢暂p松連接以下附加傳感器：

1。 GY-1145傳感器：用于測量紫外線指數(shù)

SI1145是一種帶有校準紫外線感應(yīng)元件的傳感器，可以計算紫外線指數(shù)。它可以通過I2C通信（地址0x60）進行通信。您可以將此傳感器與位于電源開關(guān)旁邊的電路板中的I2C端口連接起來。

您可以閱讀本文以了解有關(guān)此傳感器的更多信息。

您可以從Banggood購買此傳感器。

2。 HDC1080：用于測量溫度和濕度

HDC1080是一款數(shù)字濕度傳感器，帶有集成溫度傳感器，可在極低功率下提供出色的測量精度。它還可以通過I2C通信進行通信。

您可以閱讀本文以了解有關(guān)此傳感器的更多信息。

您可以從Banggood購買此傳感器。

3。 DS18B20：用于測量溫度

它可以用最少量的硬件和接線來測量溫度。這些傳感器使用數(shù)字協(xié)議將精確的溫度讀數(shù)直接發(fā)送到開發(fā)板，無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器或其他額外硬件。它使用單線協(xié)議與微控制器通信。它可以連接在位于Wemos板右側(cè)的板上的端口P2中。

您可以閱讀本文以了解有關(guān)此傳感器的更多信息。

步驟5：使用外部天線（3dBi）

Wemos D1 mini Pro板具有內(nèi)置陶瓷天線，可連接外部天線以改善范圍。在使用外部天線之前，必須將天線信號從內(nèi)置陶瓷天線重新布線到外部插座。這可以通過旋轉(zhuǎn)小表面貼裝（0603）零歐姆電阻（有時稱為鏈接）來完成。

您可以看到上面的圖片，我是如何做到的。

您還可以觀看由Alex Eamesto制作的視頻來旋轉(zhuǎn)零歐姆電阻。然后將天線SMA連接器卡入Wemos Pro迷你天線插槽。

步驟6：監(jiān)控電池電壓

氣象站由18650 Li運行 - 電池，因此監(jiān)控其狀態(tài)非常重要。輸入到Wemos板的最大電壓約為3.2~3.3V，但充滿電的18650電池電壓為4.2V。因此，要測量此電壓，我們必須使用分壓器網(wǎng)絡(luò)降低電壓。

Wemos D1 mini已經(jīng)有一個內(nèi)部分壓器，將A0引腳連接到ESP8266芯片的ADC。分壓器由220k（R1）和100k（R2）組成。因此，我們必須使用內(nèi)置的220k電阻添加外部電阻來讀取電池電壓。通過使用100k電阻，我們可以測量電池的最大電壓，但需要一些余量，選擇220k電阻。它在PCB板上命名為R1，位于電池座的正上方。

要選擇分壓器電阻值，您可以使用此在線計算器。

你也可以閱讀這篇關(guān)于電池電壓監(jiān)測的文章。

第7步：暗示深度睡眠模式

心臟在我們的氣象站使用的Wemos板是ESP8266 SOC，它是一個耗電的芯片。我們的目標是使用18650電池運行設(shè)備，但對電源的需求通常會使電池操作變得不切實際。

另一個問題是，隨著設(shè)備連續(xù)運行，很明顯設(shè)備將會體驗升溫，因此測量的溫度將高于環(huán)境溫度。

從上面可以看出，我們必須降低ESP8266 WiFi芯片的功耗。為此，我們將使用深度睡眠模式，這是ESP芯片最省電的選擇。它允許ESP8266進入休眠狀態(tài)并節(jié)省電池電量。您可以定期將其喚醒以進行測量并發(fā)布。

組件操作模式-----睡眠模式

1。 ESP8266 170 mA -------- 10 uA

2。 CH340 12 mA --------- 50 uA

3。內(nèi)置LED 3 mA ----------- 0 uA

4。電壓監(jiān)控器0.006 mA ----- 6 uA

-------------------------------- ---

總計 185 mA ---- 66 uA

如果睡覺 - 喚醒周期為10分鐘，喚醒時間為30秒，能耗預(yù)算如下：

喚醒時間為185 mA，持續(xù)0.5分鐘= 92.5 mA分鐘

睡眠時間0.066毫安，9.5分鐘= 0.627毫安 - 分鐘

總共10分鐘= 93.13毫安 - 分鐘

因此平均電流消耗為9.3毫安。

步驟8：選擇太陽能電池板

從上一步可以得出結(jié)論，平均電流消耗為9.3 mA

全天運行設(shè)備所需的電量= 9.3 mA x 24小時= 223.2 mAh

WeMos中使用的線性穩(wěn)壓器沒有電流增益，因此任何電流在3.3V使用導(dǎo)致相同的cur租用電壓為3.7V或電池所處的任何電壓。

太陽輻射量根據(jù)您所在地球的哪個部分而有所不同。要了解您所在地區(qū)的太陽曝曬量，您可以使用Global Solar Atlas。通過考慮最少1小時的全日照，我們將選擇太陽能電池板。

因此，我們的目標是在1小時內(nèi)產(chǎn)生223.2 mAh。

要為3.7V鋰離子電池充電，電壓為5到6V的太陽能電池板就足夠了。

所需的太陽能電池板額定值= 223.2 mA，電壓約為5至6伏。

太陽能電池板額定值= 223.2mA x 5V = 1.1W

太陽能電池板選擇：1W/5V至6V

在這個項目中，我使用了5V，200mA太陽能電池板（99 x 69 mm）

所以a 1W面板應(yīng)足以在冬季高緯度地區(qū)運行項目。

注意： 如果您的位置接收到充足的陽光，則為0.66我在早期版本中使用的W太陽能電池板也可以工作。

步驟9：PCB設(shè)計

在切換到PCB布局后，我使用EasyEDA在線軟件繪制了原理圖。

原理圖中添加的所有組件都應(yīng)該在那里堆疊在彼此的頂部，準備放置和路由。通過抓住其墊片來拖動組件。然后將其放置在矩形邊界線內(nèi)。

排列所有組件，使板占用最小空間。電路板尺寸越小，PCB制造成本越低。如果該板上有一些安裝孔，那么將它安裝在一個外殼中將是有用的。

現(xiàn)在你必須路由。路由是整個過程中最有趣的部分。這就像解決一個難題！使用跟蹤工具，我們需要連接所有組件。您可以使用頂層和底層來避免兩個不同軌道之間的重疊并縮短軌道。

您可以使用Silk圖層向電路板添加文本。此外，我們可以插入圖像文件，因此我在我的網(wǎng)站徽標上添加了一個圖像，以便在電路板上打印。最后使用銅區(qū)域工具，我們需要創(chuàng)建PCB的接地區(qū)域。

現(xiàn)在PCB已準備好進行制造。

您可以從PCBWay 立即注冊PCBWay，即可獲得5美元的優(yōu)惠券。這意味著您的第一筆訂單是免費的，只需支付運費。

當您下訂單時，我將從PCBWay獲得10％的捐款用于我的工作。你的小幫助可能會鼓勵我將來做更多精彩的工作。感謝您的配合。

第10步：PCB制作

完成PCB設(shè)計后，我們只需單擊“Gerber輸出”按鈕，保存項目，我們就可以下載用于制造PCB的Gerber文件。

步驟11：組裝PCB

從PCB制造廠收到電路板后，你必須焊接組件。

對于焊接，你需要一個像樣的焊鐵，焊錫，鉗子。

首先，我切斷直的男性和Wemos Board，TP4056，BMP/E 280以及所有端口的母頭引腳。

以下是有關(guān)接頭的詳細信息：

1。 Wemos Board - 2 x 8pins Female

2。 BMP280 - 1 x 6針女性

3。 I2C端口 - 1 x 4pins

4。端口P1 - 1 x 4pins

5。端口P2- 1 x 3pins

6。端口P3- 1 x 4pins

7。端口P4- 1 x 3引腳

最好根據(jù)組件的高度焊接組件。首先焊接較小高度的元件。

我已經(jīng)開始焊接電阻器，開關(guān)然后移向更大的元件，如接頭引腳，螺釘端子和電池座。

步驟12：添加模塊和電池

組裝插頭引腳后，切換和螺釘端子，是時候?qū)宀迦敫髯缘念^部。 PCB上標有清晰的標題，因此不會產(chǎn)生混淆。

首先，我放置TP4056板并焊接所有焊盤。

然后我添加了Wemos板和BME280傳感器。

最后，我將18650電池插入電池座。

步驟13：安裝支架

添加所有零件后，將支架安裝在4個角落。我使用了M3 Brass Hex Standoffs。

使用支座可為焊接接頭和地線提供足夠的間隙。

步驟14：3D打印機殼

為了給出漂亮的商業(yè)產(chǎn)品外觀，我為這個項目設(shè)計了一個外殼。我使用Autodesk Fusion 360來設(shè)計機箱。

機箱有兩部分：

1。主體

2。蓋蓋

主體基本上設(shè)計適合氣象站V2.0 PCB（85mm * 83mm）。

蓋子蓋子用于蓋住主體開口。

我用我的Creality CR-10打印機和1.75毫米綠色PLA燈絲打印零件。我花了大約11個小時打印主體，大約3個小時打印頂蓋。

我的設(shè)置是：

打印速度：60毫米/秒

層高：0.2mm（0.3也適用）

填充密度：25％

擠出機溫度：200℃

床溫：60 deg C

從Thingiverse下載STL文件

您還可以查看由3KU_Delta設(shè)計的機箱。

從下載其設(shè)計的STL文件Thingiverse

步驟15：將PCB置于機柜內(nèi)

首先，將MF十六進制支架插入機箱的四個安裝插槽中。

然后通過對準角落處的四個螺孔將PCB板固定在支架上。

插入四個支架后，由于小的不對中，我很難修復(fù)PCB。所以我想修改安裝支架直接固定3M螺釘而不是六角形支架。

步驟16：安裝組件

安裝PCB后，必須安裝BME280模塊和Wemos板。

然后插入跳線JP2。

將SMA連接器插入機箱中提供的孔中。然后用墊圈擰緊螺母?，F(xiàn)在通過與SMA連接器正確對齊來安裝天線。

最后，將18650電池放入電池座內(nèi)。確保必須以正確的極性插入。極性標記在電池座，PCB和電池上。

步驟17：安裝太陽能電池板

將22 AWG紅線焊接到正極端子，將黑線焊接到太陽能電池板的負極端子。

將兩根電線插入主機殼頂部的孔中。

使用超級膠水固定太陽能電池板并按壓一段時間以便正確粘接。

使用熱膠從內(nèi)部密封孔。

步驟18：3D打印Stevenson屏幕

我早期的外殼設(shè)計是一個不錯的外觀，但它不適合氣象站。保持天氣傳感器的理想外殼是史蒂文森屏幕。一個史蒂文森屏幕是一個天氣傳感器的外殼，可以抵御雨水和來自外部的直接熱輻射，同時仍然允許空氣在它們周圍自由流通。

太陽能氣象站V2的Stevenson屏幕由我的朋友Glen設(shè)計。它有一個簡單的壁掛支架和一個2部分蓋子，用于隔離太陽能電池板的熱傳遞。我非常感謝他的工作。

您可以從Thingiverse下載.STL文件

提示： 使用 Lacquer Spray噴涂完全組裝的PCB 保護電路板和元件，但你需要在BME280溫度傳感器孔上放一點膠帶，不要阻擋它。

步驟19：與Blynk App接口

步驟1：下載Blynk應(yīng)用程序

1。對于Android

2。對于iPhone

步驟2：獲取身份驗證令牌

要連接Blynk App和您的硬件，您需要一個驗證令牌。

1。在Blynk App中創(chuàng)建一個新帳戶。

2。按頂部菜單欄上的QR圖標。通過掃描上面顯示的QR碼創(chuàng)建此項目的克隆。一旦檢測到成功，整個項目將立即在您的手機上。

我已經(jīng)制作了Sol Weather Station應(yīng)用程序。歡迎您試用！

開始使用它：1。下載Blynk App：http：//j.mp/blynk_Android或http://j.mp/blynk_iOS 2.觸摸QR - 代碼圖標并將相機指向下面的代碼3.享受我的應(yīng)用程序！

3。項目創(chuàng)建完成后，我們將通過電子郵件向您發(fā)送Auth Token。

4。檢查您的電子郵件收件箱并找到驗證令牌。

步驟3：為Wemos Board準備Arduino IDE

要將Arduino代碼上傳到Wemos板，你必須遵循這個Instructables

Step-4：Arduino Sketch

安裝上面的庫后，粘貼下面給出的Arduino代碼。

輸入路由器的步驟1，ssid和密碼的驗證碼。

然后上傳代碼。

步驟20：將傳感器數(shù)據(jù)上傳到ThingSpeak

首先，在ThingSpeak上創(chuàng)建一個帳戶。

然后創(chuàng)建一個新的頻道您的ThingSpeak帳戶。

查找如何創(chuàng)建新通道填充字段1作為壓力，字段2作為溫度，字段3濕度，字段4作為高度，字段5作為蝙蝠電壓。

在您的ThingSpeak帳戶中選擇“頻道”，然后選擇“我的頻道”。

點擊您的頻道名稱。

單擊“API密鑰”選項卡并復(fù)制“寫入API密鑰”

打開Solar_Weather_Station_ThingSpeak代碼。

將“WRITE API”替換為復(fù)制的“Write API密鑰” “。

你可以看到我的實時信息。

目前，我的電池電壓讀數(shù)不一致，因此該字段已被禁用。

步驟21：軟件和庫

要將Wemos D1與Arduino庫一起使用，您必須使用支持ESP8266板的Arduino IDE。如果您還沒有這樣做，可以通過Sparkfun的本教程輕松地為您的Arduino IDE安裝ESP8266板支持。

以下設(shè)置更可取：

PU頻率： 80MHz 160MHz

閃存大?。?4M（3M SPIFFS） - 3M文件系統(tǒng)大小4M（1M SPIFFS） - 1M文件系統(tǒng)大小

上傳速度： 921600 bps

庫

在上傳代碼之前安裝以下圖書館：

1。 ESP8266

2。 BMP280

3。 Blynk

您可以通過Sparkfun閱讀本教程來安裝Arduino庫。

在我的早期版本中，Blynk和Thinspeak有兩個單獨的代碼，但是在這個版本中，我們已經(jīng)編寫了一段代碼。用戶只需為Blynk或Thingspeak注釋掉一行代碼。例如，如果您將其用于Blynk App，則代碼應(yīng)如下所示：

const String App = “BLYNK”; // alternative is line below

// const String App = “Thingspeak”; // alternative is line above

信用： 我想對Keith Hungerford給予很多贊譽，他指導(dǎo)我讓這個項目更加強大。 BMP280的軟件庫也是由他編寫的。您可以在BMP280省電模式下閱讀他的Instructable。

注意： 在使用深度睡眠功能之前，必須將Wemos D0引腳連接到RST引腳。這可以通過短接跳線JP2來完成。

更新：15.05 0.2019 的

您還可以在他的GitHub頁面上看到 3KUdelta所做的出色工作。在他的V2.3代碼中，他包括著名的Zambretti預(yù)報員。我非常感謝他為改進項目所做的辛勤工作。

該軟件使用著名的Zambretti預(yù)測模型提供短期預(yù)測（4-6小時）：

用語言預(yù)測4-6小時

語言趨勢

溫度

露點

熱指數(shù)

濕度

絕對壓力

相對壓力

電池電壓（V）

步驟22：結(jié)論

今天我收到了太陽能電池板并安裝了它。我真的很喜歡這個項目的最終成果。