项目分享|太阳能无线气象站

1、项目简介

本设计时基于ESP32和 LoRa 模块和一些常见的气象传感器制作太阳能无线气象站。

该项目是一个开源项目，设计资料在文末分享。

气象站完全由太阳能供电，所以不用担心外部电源。可以将它安装在一个偏远的地方，而不需要铺设长电缆来提供电力。

气象站是一个经济实惠的气象站，适用于智能农业、智能城市、太阳能发电厂、建筑工地等各种应用。它由两个节点组成，发送者节点将部署在外地(如果没有互联网) ，接收者节点将保持在室内，如果有互联网可以将天气数据上传到互联网。

该项目的主要目标是通过使用各种传感器读取天气参数，通过 ESP32处理数据，然后通过 LoRa 模块传输数据。接收方 LoRa 单元将从 Sender 节点收集数据，并将其上传到 Server 以进行监视和分析。

数据交互方式：

1. 透过电子墨水纸张显示器监察数据

2. 与家庭助理/ESPHome 的融合

3. 将数据上传到 Thingspeak，并以图形格式监视记录的数据。

4. 通过 Blynk App 监控智能手机上的数据。

2、硬件设计

2.1、主控接口设计

本项目的主控制器为 ESP32-WROOM32单片机。来自 LDO 的3.3 V 电源通过输入滤波电容 C7和 C8被馈送到 ESP32的3V3引脚。两个电阻 R10和 R11是 I2C 总线的上拉电阻。使用带有限流电阻 R22的 LED D4指示调试状态。Jumper JP1用于启用或禁用调试 LED。如果你需要这个 LED，你必须做空跳线 JP1。

程序端口 J11用于连接板与程序员上传固件。

2.2、LoRa 模块接口

LoRa 是一种“长距离”低功耗无线标准，用于提供蜂窝式低数据速率通信网络。LoRa 非常适合在相当长的距离内提供间歇性的低数据速率连接。

该设计中添加了一个电源开关电路，通过使用 MOSFET (Q2)和晶体管(Q1) ，在睡眠模式期间完全关闭了 LoRa 模块。

2.3、气象传感器

该系统主要由以下几个传感器构成：

• 大气压强传感器（BME280）

• 温度传感器（DS18B20）

• 光照强度传感器（BH1750）

• 风向传感器

• 风速传感器

• 雨量计

• 紫外线强度检测传感器（SI1145）

• 空气质量传感器（PMS5003）

• 土壤温湿度传感器(SHT30)

  

3、低功耗设计

气象站的核心是一个 ESP32 SOC，一个耗电的芯片。当系统由插座供电时，往往不太关心能源消耗。但是如果使用电池来为系统的电源，那么每一毫安都很重要。

本项目使用18650电池作为系统的外接电源。要使用电池运行 ESP32，我们必须降低能耗。可以通过以下方式降低电力消耗：

• 软件优化

• 硬件优化

3.1、软件优化

使用深度睡眠模式，这是ESP芯片最省电的选择。它可以使ESP32进入休眠状态，节省电池。可以每隔一段时间唤醒ESP，进行测量并发布数据。

3.2、硬件优化

PCB上的耗电元件是LED、ESP32、LoRa和传感器。ESP32的功耗可以通过软件优化降到最低。其他器件，我们可以通过优化硬件设计来减少他们的功耗。

在硬件设计中考虑了以下几点，以减少功耗：

1. LED跳线。

通过使用跳线JP1、JP2和JP3，你可以启用/禁用PCB板上的所有3个LED（DEBUG、CHRG和POWER）。默认状态是禁用，但如果你需要它们，可以用焊料将跳线连接起来。

2. 用于LoRa的电源开关。

通过使用MOSFET（Q2）和晶体管（Q1）添加了一个电源开关电路，以便在睡眠模式下完全关闭LoRa模块。ESP32的GPIO引脚16被用来控制这个电源开关。

3. 传感器的电源开关。

我通过使用MOSFET（Q3）和晶体管（Q4）添加了一个电源开关电路，以便在睡眠模式下完全关闭所有的传感器（当没有传感器数据要发送时）。ESP32的GPIO引脚26被用来控制这个电源开关。

4、图片展示

本项目设计了一个3D打印的百叶箱来保存气象传感器和PCB板。

部分外壳展示：

实物展示：