Mazjaudas laika stacija: 6 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Tagad tā trešajā versijā, un tā ir pārbaudīta vairāk nekā divus gadus, mana laika stacija tiek uzlabota, lai nodrošinātu labāku mazjaudas veiktspēju un datu pārsūtīšanas uzticamību.

Elektroenerģijas patēriņš nav problēma citos mēnešos, izņemot decembri un janvāri, bet šajos ļoti tumšajos mēnešos saules panelis, kaut arī nominālais ir 40 vati, nespēja sekot līdzi sistēmas pieprasījumam … un lielākā daļa pieprasījuma radās no 2G FONA GPRS modulis, kas pārraida datus tieši uz savstarpējiem tīkliem.

Nākamā problēma bija saistīta ar pašu FONA GPRS moduli vai, visticamāk, mobilo tālruņu tīklu. Ierīce lieliski darbotos nedēļas / mēnešus, bet pēc tam pēkšņi apstājās bez redzama iemesla. Acīmredzot tīkls mēģina nosūtīt sava veida “sistēmas atjaunināšanas informāciju”, kas, ja tas netiek pieņemts, izraisa ierīces sāknēšanu no tīkla, tāpēc GPRS nav īsti uzturēšanas risinājums datu pārraidei. Tas ir kauns, jo, kad tas strādāja, tas darbojās patiešām jauki.

Šis jauninājums izmanto mazjaudas LoRa protokolu, lai nosūtītu datus uz Raspberry Pi vietējo serveri, kas pēc tam tos nosūtīs uz interneta tīkliem. Tādā veidā meteoroloģiskā stacija pati par sevi var būt zema jauda saules panelim un procesa “smagās pacelšanas” daļa, kas tiek veikta kaut kur WIFI diapazonā no tīkla. Protams, ja diapazonā ir publiska LoRa vārteja, Raspberry Pi nebūtu nepieciešama.

Meteoroloģiskās stacijas PCB izveidošana ir vienkārša, jo visas SMD sastāvdaļas ir diezgan lielas (1206), un viss uz PCB darbojas 100%. Dažas detaļas, proti, pūšamie instrumenti, ir diezgan dārgas, taču dažreiz tās var atrast lietotas vietnē Ebay.

1. darbība: sastāvdaļas

Arduino MKR1300 LORAWAN ………………………………………………………………. 1 no

Raspberry Pi (pēc izvēles, atkarībā no vietējās LoRa vārtejas pieejamības) ………… 1 no

BME280 spiedienam, mitrumam, temperatūrai un augstumam ………………………….. 1 no

RJ 25 savienotājs 477-387 ……………………………………………………………………… 1 no

L7S505 ………………………………………………………………………………………………. 1 no

Pīkstinātājs 754-2053 ……………………………… 1 no

Karsts diode (1206) …………………………………… 2 no

R1K rezori …………………………………… 3 no

R4.7K rezistors ………………………………… 1 no

C100nF kondensators …………………………….. 3 no

R100K …………………………………………… 1 no

R10K …………………………………………….. 4 no

C1uF ……………………………………………… 1. no

C0.33uF ………………………………………… 1. no

R100 …………………………………………….. 1 no

R0 ………………………………………………….. 1 no

Dallas DS18B20 temperatūras zonde ………… 1 no

PCB ……………………………………………………………

Lietus mērītājs ……………………………………………. 1 no

Augsnes zonde ……………………………………………………………………………………… 1

A100LK anemometrs ………………………….. 1 no

W200P vēja lāpstiņa ………………………………..1 no

2. darbība. Kā tas darbojas

Ir pietiekami viegli panākt, lai sensori darbotos, piemēram, temperatūrā, mitrumā un spiedienā, taču daži citi ir diezgan sarežģīti, lai gan viss kods ir iekļauts šajā emuārā.

1. Lietus mērītājs ir “pārtraukumā” un darbojas, kad tiek konstatētas izmaiņas. Lietus iekļūst instrumentā un pil uz leju uz zāģzāģa, kas šūpojas, kad viens gals ir pilns, divreiz iedarbinot magnētisko sensoru. Lietus sensors ir pārāks par visu un darbojas pat tad, ja tiek pārsūtīti dati.

2. Anemometrs darbojas, nosūtot mazjaudas impulsu, kura frekvence ir atkarīga no tā ātruma. Tas ir ļoti vienkārši kodējams un patērē ļoti maz enerģijas, lai gan tas ir jāreģistrē apmēram reizi sekundē, lai notvertu vissmagākās brāzmas. Kods ieraksta sesijas laikā vidējo vēja ātrumu un maksimālo brāzmu.

3. Lai gan pēc pirmajām domām vēja lāpstiņu būtu viegli kodēt, tiklīdz ir izpētītas sarežģītības, tas ir daudz sarežģītāk. Būtībā tas ir tikai ļoti zems griezes momenta potenciometrs, bet nolasījumu iegūšanas problēmu sarežģī fakts, ka tam ir īsa “mirušā zona” ap ziemeļu virzienu. Tam nepieciešami nojaukšanas rezistori un kondensatori, lai novērstu dīvainus rādījumus netālu no ziemeļiem, kas pēc tam rādījumos izraisa nelinearitāti. Turklāt, tā kā rādījumi ir polāri, vidējie vidējie aprēķini nav iespējami, un tāpēc ir jāaprēķina sarežģītāks režīms, kas ietver aptuveni 360 skaitļu masīva izveidi! …. Un ar to viss nebeidzas…. Īpaša uzmanība jāpievērš tam, uz kuru kvadrantu sensors norāda, it kā tas būtu kvadrantā abās ziemeļu pusēs, un režīms ir jāapstrādā atšķirīgi.

4. Augsnes mitrums ir vienkārša vadītspējas zonde, taču, lai taupītu enerģiju un novērstu koroziju, tas tiek ļoti ātri pulsēts ar vienu no Arduino rezerves digitālajām tapām.

5. Sistēma nosūta datus no Arduino uz Raspberry Pi (vai LoRa vārteju), taču tai ir nepieciešams arī “atzvanīt” no saņēmēja, lai pārliecinātos, ka tā tiešām ir pareizi saņēmusi datus, pirms visu dažādu skaitītāju un vidējo vērtību atiestatīšanas un svaigs lasījumu kopums. Ierakstīšanas sesija var ilgt aptuveni 5 minūtes, pēc tam Arduino mēģina nosūtīt datus. Ja dati ir bojāti vai nav interneta savienojuma, ierakstīšanas sesija tiek pagarināta, līdz atzvanīšana norāda uz panākumiem. Tādā veidā netiks palaista garām maksimālā vēja brāzma un lietus mērījumi.

6. Lai gan šis emuārs neietilpst, atrodoties interneta serverī (tas ir liels dators, kas atrodas Ipsvičā, Lielbritānijā), dati tiek apkopoti MySQL datu bāzē, kurai var piekļūt, izmantojot vienkāršus PHP skriptus. Pateicoties Amcharts patentētajai Java programmatūrai, galalietotājs var arī redzēt datus, kas parādīti izcilajos ciparnīcās un grafikos. Tad “gala rezultātu” var redzēt šeit:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

3. darbība: faili

Visi Arduino, Raspberry Pi koda faili un fails PCB izveidei programmatūrā “Design Spark” ir atrodami Github krātuvē šeit:

github.com/paddygoat/Weather-Station

4. solis: PCB aizpildīšana

SMD komponentu lodēšanai nav nepieciešams trafarets - vienkārši uzklājiet nedaudz lodēšanas uz PCB spilventiņiem un ievietojiet komponentus ar dažiem pincetēm. Komponenti ir pietiekami lieli, lai visu paveiktu ar aci, un nav nozīmes tam, vai lodmetāls izskatās netīrs vai komponenti ir nedaudz novirzīti no centra.

Ievietojiet PCB tostera krāsnī un uzkarsējiet līdz 240 ° C, izmantojot K tipa termometra zondi, lai uzraudzītu temperatūru. Pagaidiet 30 sekundes 240 grādu temperatūrā un pēc tam izslēdziet cepeškrāsni un atveriet durvis, lai atbrīvotu siltumu.

Tagad pārējās sastāvdaļas var lodēt ar rokām.

Ja vēlaties iegādāties PCB, lejupielādējiet zip Gerber failus šeit:

github.com/paddygoat/Weather-Station/blob/master/PCB/Gerbers_Weather%20station%203_Tx_01.zip

un augšupielādējiet tos JLC šeit:

Izvēlieties 100 x 100 mm plāksnes izmēru un izmantojiet visus noklusējuma iestatījumus. Izmaksas ir 2 USD + pasta izdevumi par 10 dēļiem.

5. darbība. Izvietošana

Meteoroloģiskā stacija ir izvietota lauka vidū ar pūšamajiem instrumentiem uz augsta staba ar kabeļu kabeļiem. Sīkāka informācija par izvietošanu ir sniegta šeit:

www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat…

6. darbība: iepriekšējais darbs

Šis pamācības ir pēdējais posms projektā, kuram ir attīstības vēsture septiņos citos iepriekšējos projektos:

www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat…

www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat…

www.instructables.com/id/Setting-Up-an-A10…

www.instructables.com/id/Analogue-Sensors-…

www.instructables.com/id/Analogue-Wind-Van…

www.instructables.com/id/Arduino-Soil-Prob…

www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat…