Te enseñamos a hacer una estación meteorológica perpetua que no tiene desperdicio para cerrar el año

Si quieres aprender nuevas cosas antes de finalizar este 2022, entonces aquí te vamos a mostrar como puedes empezar a construir una estación meteorológica perpetua sin necesidad de ser un experto en la materia. En este caso la misma estará basada en LoRa y funcionará solo con paneles solares, por lo que no dependerá de baterías para su funcionamiento.

Por lo tanto, con esto será posible empezar a elaborar proyectos de microcontroladores remotos de bajo consumo y que no sufran interrupciones o daños fácilmente. Es por ello que aquí te vamos a explicar un poco más sobre cómo funciona la estación meteorológica perpetua y cómo puedes empezar a fabricarla tu mismo.

Una estación meteorológica perpetua para cerrar el año

Que mejor manera de terminar el año que aprender a crear tu propia estación meteorológica perpetua y darle el uso que tanto has deseado. En este caso la misma va a contar con un código escrito en CircuitPython que se ejecutara en una placa de microcontrolador para aficionados.

Lo mejor de todo y que permitirá marcar la diferencia con el resto de estaciones meteorológicas es que en esta oportunidad la misma podrá mantener el programa de medición incluso en aquellos periodos de oscuridad al no tener energía o en los momentos donde se interrumpe la alimentación.

De manera que la creación de este proyecto va a contar con la computación perpetua o intermitente, la misma muestra un avance en lo que es la electrónica sostenible y que permitirá que las aplicaciones puedan funcionar de una manera más optimizada sin la necesidad de depender de una batería para ello.

Esto quiere decir que en esta ocasión no es necesario contar con una fuente de alimentación continua como lo son la batería para la estación meteorológica perpetua, por lo que la misma solo recogerá energía a través de los paneles solares para después almacenarla en su capacitor.

Asimismo, el sistema serpa configurado para que se inicie automáticamente al momento que el capacitor tenga la energía suficiente. Esto permitirá que las personas puedan empezar a recoger la información meteorológica sin la dependencia de baterías.

Este proyecto ha sido llamado BFree y el mismo ofrecerá lo que es una placa de extensión en su parte superior y un software que se ejecutara de forma transparente en el Metro M0. Esto será lo que permite que el aparato pueda reiniciarse donde se quedó sin energía. Por lo tanto, aquí te vamos a explicar los diferentes pasos a realizar para que puedas crear tu propia estación meteorológica perpetua.

“Crear su estación meteorológica perpetua en alguna zona donde siempre reciba luz, debería hacer que funcione todo el tiempo. Al momento que el capacitor alcance su nivel de voltaje de umbral, el sistema se encenderá por algunos segundos”

Así puedes armarla paso a paso

Si quieres empezar a armar tu propia estación meteorología perpetua, entonces aquí te vamos a explicar cada uno de los pasos necesarios que debes realizar y para ello sigue estas instrucciones:

Construir el escudo BFree

Ten presente que este escudo no está a la venta ya que, el mismo no tiene un origen de proyecto académico. Por lo tanto, esto obliga a los usuarios a tener que crearlo ellos mismos, pero se trata de un procedimiento bastante sencillo. En este caso se deben usar los archivos de diseño y la lista de componentes de código abierto de Eagle.

También puedes recurrir a tiendas de fabricación como PCBWay y PSHPark para que te fabrique las placas de circuito impresas, las mismas suelen tener un precio muy bajo.

Actualice el firmware de Shield y Metro

El segundo paso que debes dar es asegurarte que tanto el escudo BFree y la placa Metro M0 Express estén actualizados con el nuevo firmware, esto es lo único que permitirá que puedan trabajar juntos para restaurar un programa CircuitPython una vez exista un fallo de energía.

Aquí es importante que sigas cada una de las instrucciones en el repositorio de Github para programar su escudo BFree con el archivo de firmware. Ten presente que la versión compatible con esto se llama BFree-core, por lo que puedes descargar dicha versión desde la carpeta Metro M0 Express BFree Firmware en el repositorio de Weather Station.

Posteriormente vas a tener que hacer uso del depurador/programador de cable serial para flashear BFree-Core a la pla Metro M0. Lo más recomendable en este caso es que se utilice el depurador y no el cargador de arranque de Metro M0. La razón de esto es que BFree-Core va a estar aún en desarrollo.

Pruebe su escudo Bfree

Llegado a este punto es necesario que fijes el escudo BFree en la parte superior del Metro M0. Aquí los pines del escudo deben corresponder con las cabeceras del Metro para su fijación. Posteriormente, vas a tener que asegurarte que BFree funcione según lo esperado y para ello haz uso del programa Test Code del repositorio de Weather Station.

Ten presente que en este punto el contador se restablecerá al valor inicial de cero. Sin embargo, para el sistema de energía solar, el contador aumentará desde la posición donde ha quedado una vez que el sistema recargue su energía. si deseas ver este efecto en ejecución, entonces es necesario que cargues el código de prueba en la placa Metro M0.

Es fundamental que el Metro del puerto USB no se desconecte y que esté conectado el protector BFree en la parte superior.  Después de esto debes monitorear el puerto serie y para ello el código debe ejecutarse por algunos segundos. Ahora debes desconectar el Metro M0 del puerto USB para volver a enchufarlo más tarde.

Al momento que se conecta, entonces el contador debe iniciar en el mismo lugar en vez de empezar de cero, por lo que ayudará a mantener el estado del ordenador a pesar de los cortes de energía presente.

Conectar los sensores a Metro por medio del BFree

El siguiente paso será la configuración de la estación meteorológica. Para ello es necesario realizar el cableado que permitirá conectar el módulo del sensor de temperatura y humedad Si7021 negro y el transceptor RFM9x LoRa azul al escudo BFree ubicado en la parte superior del Metro M0.

Después que hayas conectado todo y antes de empezar a ejecutar la estación meteorológica es importante realizar unas pruebas para verificar que todo funcione correctamente. Para ello debes conectar el Metro a su ordenador y cargar el código del transmisor sin batería al repositorio de la estación meteorológica.

El programa de main.py ayudará a acumular la humedad y temperatura, la promedia y las transfiere como un paquete LoRa en un bucle irrompible. Después de esto va a ser necesario controlar el puerto serial mientras conecta y desconecta el Metro del ordenador.

Ten presente que cada vez que la estación transmita un mensaje LoRa, entonces también se imprimirá un mensaje en el puerto serie que contiene la información enviada en el marco LoRa y las cantidades que son recolectadas dele el inicio del programa.

Configurar el receptor LoRa

Si ya el transmisor LoRa este operativo, entonces vas a necesitar de un receptor. Para ello vas a tener que realizar la configuración, en este caso debes conectar el segundo transceptor RFM9x LoRa a la segunda placa Metro M0 Express, para ello usa los pines que has usado anteriormente.

El receptor debe estar todo el tiempo conectado a un ordenador por medio de un puerto USB mientras las tramas LoRa son enviadas por la estación meteorológica. Ahora vas a tener que cargar el código del receptor al Metro M0 desde el repositorio de la estación meteorológica.

Por lo tanto, cada vez que la estación meteorológica tenga energía y decida enviar un mensaje, el receptor estará listo para recibirlo, analizarlo e imprimirlo.

Prueba la comunicación LoRa

Esta prueba es importante hacerla justo antes de quedarse sin batería, para ello se debe probar si el transmisor y receptor funciona como se espera con potencia constante. Para ello debes conectarlo al ordenador por medio de los puertos USB individuales y controlar el puerto serie que está con el receptor. Allí te deben aparecer varios mensajes de recibidos en pantalla.

Prueba la estación sin batería

Una vez llegado a este punto debes saber que el proceso está cerca de finalizar. Aquí todo debe funcionar con energía continua, esto quiere decir que se puede hacer que la estación meteorológica funcione sin batería. Por lo tanto, vas a utilizar un panel solar para recolectarla y almacenarla en un condensador hasta que reúna la suficiente para ejecutar el código.

Es importante mencionar que la energía que capte el panel solar va a depender de la luz disponible, por lo que su ubicación será fundamental para obtenerla. Es así, como un panel dentro de una oficina solo puedes generar hasta 0,5 mA, pero si está expuesto directamente a la luz del sol, entonces puede llegar a los 200 mA de corriente.

Esto quiere decir que, si tu estación meteorológica va a estar ubicada en el exterior bajo la exposición del sol, entonces puedes escoger una pequeña, pero si es el caso contrario, deberás buscar una de mayor tamaño. También es importante que la celda solar no supere los 1,5 vatios ya que, podría generar que la resistencia se caliente demasiado.

Asimismo, será el capacitor que diga la cantidad de energía que es capaz de almacenar la estación meteorológica. Por lo tanto, una vez hecho todo esto, tu estación meteorológica perpetua estará lista para usarse.