Raspberry Pi

Guide d’utilisation d’un Raspberry Pi comme enregistreur de données 3D-PAWS pour des déploiements flexibles avec journalisation locale et connectivité à distance optionnelle.

Le Raspberry Pi 3B+ associé à un Grove Base Hat est utilisé comme enregistreur de données polyvalent pour les capteurs suivants : lumière, température, humidité, pression, vitesse/direction du vent et précipitations utilisant le bibliothèque Python 3D-PAWS. Cette configuration prend en charge la connectivité cellulaire et Wi-Fi pour la transmission de données à distance. Le Grove Hat simplifie les connexions des capteurs via les ports I2C, UART ou analogiques, tandis qu’un modem cellulaire optionnel peut être ajouté pour la connectivité 2G/LTE. Les données sont stockées localement sur une carte SD en tant que sauvegarde si la connexion cellulaire ou Wi-Fi échoue. La bibliothèque 3D-PAWS fournit des scripts préconstruits pour l’interrogation des capteurs et l’enregistrement des données,

Diapositives d'instructions pour l'assemblage de l'enregistreur de données

Capteurs pris en charge

• Capteur de lumière

• Pluviomètre

• Anémomètre

• Girouette

• Bouclier de radiation (température, pression et humidité relative)

Télécharger le logiciel 3D-PAWS

GitHub - 3d-paws/3D-PAWS-Raspberry-Pi: A python library used to run a 3D-PAWS weather station.GitHub

Architecture de l'enregistreur de données Raspberry Pi

Un Raspberry Pi agit comme un ordinateur local complet qui collecte les données des capteurs et les transmet directement aux services de données.

Capteurs
   ↓
Enregistreur de données Raspberry Pi
   ↓
Stockage local (carte SD)
   ↓
WiFi / Modem cellulaire
   ↓
Portail de données CHORDS
   ↓
Visualisation Grafana

Parce que le Raspberry Pi exécute Linux, il peut également effectuer :

• traitement local des données

• intégration avancée des capteurs

• exécution de logiciels personnalisés

Remarque : Les modèles Raspberry Pi 3B+ et 4 nécessitent beaucoup plus d’énergie que les options basées sur microcontrôleur comme le Particle Boron. Alors que le Particle Boron peut fonctionner efficacement avec les petits panneaux solaires et batteries Voltaic que nous avons recommandés, le Raspberry Pi 3B+ et le 4 nécessitent généralement un panneau solaire et une batterie bien plus grands pour garantir un fonctionnement fiable et continu — en particulier dans des déploiements éloignés ou hors réseau. Voir ci‑dessous les exigences et recommandations en matière d’alimentation.

Budget d'alimentation du système Raspberry Pi 3B+

Composant	Fonction	Tension d'alimentation	Courant moyen (mA)	Courant de pointe (mA)	Remarques
Raspberry Pi 3B+	SBC, enregistrement des données, contrôle	5 V	400	950	WiFi activé, HDMI/LEDs désactivés
Grove Base HAT	Extension GPIO, interface Grove	3,3 V	5	5	Active les capteurs Grove
Adafruit BMP390	Capteur de pression et altimètre	3,3 V	0.8	0.8	I2C, toujours activé
Adafruit SHT31-D	Capteur de température et d'humidité	3,3 V	0.5	0.5	I2C, toujours activé
Adafruit MCP9808	Capteur de température haute précision	3,3 V	0.2	0.2	I2C, toujours activé
AS5600	Capteur de position rotative pour la girouette	3,3 V	4.5	4.5	I2C, toujours activé
SI1145	Capteur de lumière UV/IR/visible	3,3 V	0.4	0.4	I2C, toujours activé
2 × SS451A Effet Hall	Capteurs à interrupteur magnétique pour pluviomètre et anémomètre	3,3 V	9.0	9.0	Chacun ~4,5 mA, toujours activés
Convertisseur Buck	Régulation de tension	12–18 V en, 5 V sortie	—	—	Supposer 85% d'efficacité
Système total	—	—	420.4	970.4	Tous les capteurs alimentés en continu

Profil de consommation du système

Consommation électrique moyenne :

• 420,4 mA × 5 V = 2,10 W

Avec 85% d'efficacité du convertisseur buck :

• 2,10 W ÷ 0,85 ≈ 2,47 W prélevés sur la batterie

Consommation de puissance de pointe :

• 970,4 mA × 5 V = 4,85 W

Avec 85% d'efficacité du convertisseur buck :

• 4,85 W ÷ 0,85 ≈ 5,71 W prélevés sur la batterie

Panneau solaire :

• Un panneau de 20 W offre une marge suffisante pour un fonctionnement continu et la recharge de la batterie.

Dimensionnement de la batterie (exemple, système 12 V) :

Pour 24 heures d'autonomie à 2,47 W en moyenne :

• 2,47 W × 24 h = 59,3 Wh

Pour une batterie 12 V :

• 59,3 Wh ÷ 12 V ≈ 4,94 Ah

Ajouter une marge de sécurité

Ajouter au moins 30% de réserve pour les journées nuageuses, le vieillissement de la batterie et l'inefficacité :

• 4,94 Ah × 1,3 ≈ 6,4 Ah

Choisir une taille de batterie standard

• Recommandation minimale : Batterie 12V, 7Ah (taille courante)

• Pour plus de réserve (2–3 jours), envisager une batterie 12V, 12–20Ah

Remarques :

• La consommation du Pi 3B+ est mesurée avec HDMI et LEDs éteints, WiFi activé et aucun périphérique USB.

• Tous les capteurs sont en I2C et alimentés depuis le rail 3,3 V du Pi via le Grove HAT.

• La consommation réelle peut varier en fonction de la charge de travail et des périphériques.