Meteoroloģiskā stacija ar datu reģistrēšanu: 7 soļi (ar attēliem)

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

Šajā pamācībā es jums parādīšu, kā patstāvīgi izveidot laika staciju sistēmu. Viss, kas Jums nepieciešams, ir pamatzināšanas elektronikā, programmēšana un nedaudz laika.

Šis projekts vēl ir tapšanas stadijā. Šī ir tikai pirmā daļa. Jauninājumi tiks augšupielādēti nākamā viena vai divu mēnešu laikā.

Ja jums ir kādi jautājumi vai problēmas, varat sazināties ar mani pa e -pastu: [email protected]. Komponenti, ko nodrošina DFRobot

Tātad sāksim

1. solis: materiāli

Gandrīz visus šim projektam nepieciešamos materiālus var iegādāties interneta veikalā: DFRobot

Šim projektam mums būs nepieciešams:

-Laika staciju komplekts

-Arduino SD kartes modulis

-SD karte

-Saules enerģijas pārvaldnieks

-5V 1A Saules panelis

-dažas neilona kabeļu saites

-Montāžas komplekts

-LCD displejs

-Maizes dēlis

-Liija jonu baterijas (es izmantoju Sanyo 3.7V 2250mAh baterijas)

-Ūdensnecaurlaidīga plastmasas sadales kārba

-Daži vadi

-Rezistori (2x 10kOhm)

2. solis: moduļi

Šim projektam es izmantoju divus dažādus moduļus.

Saules enerģijas pārvaldnieks

Šo moduli var darbināt ar diviem dažādiem barošanas avotiem, 3,7 V akumulatoru, 4,5–6 V saules paneli vai USB kabeli.

Tam ir divas atšķirīgas izejas. 5 V USB izeja, ko var izmantot, lai piegādātu Arduino vai kādu citu kontrolieri, un 5 V tapas dažādu moduļu un sensoru barošanai.

Specifikācijas:

• Saules ieejas spriegums (SOLAR IN): 4,5V ~ 6V
• Akumulatora ieeja (BAT IN): 3,7 V Vienšūnu Li-polimērs/Li-ion
• Akumulators Uzlādes strāva (USB/SOLAR IN): 900 mA Maksimālā lādēšana, nemainīga strāva, pastāvīga sprieguma trīs fāžu uzlāde
• Uzlādes izslēgšanas spriegums (USB/SOLAR IN): 4,2 V ± 1%
• Regulēts barošanas avots: 5V 1A
• Regulēta barošanas avota efektivitāte (3.7V BAT IN): 86%pie 50%slodzes
• USB/saules enerģijas uzlādes efektivitāte: 73%@3.7V 900mA BAT IN

SD modulis

Šis modulis ir pilnībā saderīgs ar Arduino. Tas ļauj jūsu projektam pievienot lielapjoma krātuvi un datu reģistrēšanu.

Es to izmantoju datu vākšanai no meteoroloģiskās stacijas ar 16 GB SD karti.

Specifikācijas:

• Atdaliet dēli standarta SD kartei un Micro SD (TF) kartei
• Satur slēdzi zibatmiņas kartes slota izvēlei
• Sēž tieši uz Arduino
• Izmantojams arī ar citiem mikrokontrolleriem

3. darbība. Laika staciju komplekts

Šī projekta galvenā sastāvdaļa ir laika staciju komplekts. To darbina 5 V no Arduino, vai arī varat izmantot ārēju 5 V barošanas avotu.

Tam ir 4 tapas (5V, GND, TX, RX). TXD datu ports izmanto 9600 bps.

Laika staciju komplekts sastāv no:

• Anemometrs
• Vēja lāpstiņa
• Lietus spainis
• Sensora panelis
• Nerūsējošā tērauda radzene (30 cm) (11,81 ")
• Komponentu iepakojums

To var izmantot, lai izmērītu:

• Vēja ātrums
• Vēja virziens
• Nokrišņu daudzums

Tam ir iebūvēts mitruma un temperatūras sensors, kas var arī izmērīt barometrisko spiedienu.

Anemometrs var izmērīt vēja ātrumu līdz 25 m/s. Vēja virziens tiek parādīts grādos.

Plašāku informāciju par šo komplektu un koda paraugu var atrast: DFRobot wiki

4. darbība. Kā samontēt meteoroloģisko staciju komplektu

Šī komplekta montāža ir diezgan vienkārša, taču, lai iegūtu vairāk informācijas par montāžu, skatiet pamācību par šī komplekta salikšanu.

Pamācība: Kā salikt laika staciju komplektu

5. solis: piegāde un korpuss

Akumulators:

Šim projektam es izmantoju 3,7 V litija jonu baterijas. Es izgatavoju akumulatoru no 5x no šīm baterijām. Katram akumulatoram ir aptuveni 2250 mAh, tāpēc 5x iepakojums nodrošina aptuveni 11250 mAh, ja tas ir pievienots paralēli.

Savienojums: Kā jau minēju, es paralēli pievienoju baterijas, jo paralēli jūs saglabājat sākotnējo spriegumu, bet iegūstat lielāku akumulatora jaudu. Piemēram: Ja jums ir divas 3,7 V 2000 mAh baterijas un tās pievienojat paralēli, jūs saņemsiet 3,7 V un 4000 mAh.

Ja vēlaties sasniegt lielāku spriegumu, jums tie jāpievieno virknē. Piemēram: Ja sērijveidā pievienojat divus 3,7 V 2000 mAh akumulatorus, jūs iegūsit 7, 4 V un 2000 mAh.

Saules panelis:

Es izmantoju 5V 1A saules paneli. Šim panelim ir aptuveni 5W izejas jauda. Izejas spriegums palielinās līdz 6 V. Kad es pārbaudīju paneli mākoņainā laikā, tā izejas spriegums bija aptuveni 5,8–5,9 V.

Bet, ja vēlaties šo laika staciju pilnībā apgādāt ar saules enerģiju, jums jāpievieno 1 vai 2 saules paneļi un svina-skābes akumulators vai kaut kas cits, lai uzglabātu enerģiju un piegādātu staciju, kad nav saules.

MĀJOKLIS:

Neizskatās, bet korpuss ir viena no svarīgākajām šīs sistēmas sastāvdaļām, jo tas aizsargā svarīgās sastāvdaļas no ārējiem elementiem.

Tāpēc es izvēlos ūdensnecaurlaidīgu plastmasas sadales kārbu. Tam ir pietiekami liels izmērs, lai tajā ietilptu visas sastāvdaļas. Tas ir apmēram 19x15 cm.

6. darbība: elektroinstalācija un kods

Arduino:

Visas sastāvdaļas ir savienotas ar Arduino.

-SD modulis:

• 5V -> 5V
• GND -> GND
• MOSI -> digitālā tapa 9
• MISO -> digitālā tapa 11
• SCK -> digitālā tapa 12
• SS -> digitālā tapa 10

Laika staciju dēlis:

• 5V -> 5V
• GND -> GND
• TX -> RX uz Arduino
• RX -> TX uz Arduino

Akumulators ir pievienots tieši barošanas pārvaldniekam (3,7 V akumulatora ieeja). Es arī izveidoju savienojumu no akumulatora ar analogo tapu A0 Arduino sprieguma uzraudzībai.

Saules panelis ir tieši pievienots šim modulim (saules ieeja). Saules panelis ir pievienots arī sprieguma dalītājam. Sprieguma dalītāja izeja ir savienota ar analogo tapu A1 Arduino.

Es arī izveidoju savienojumu, lai jūs varētu pievienot LCD displeju, lai pārbaudītu spriegumu. Tātad LCD ir savienots ar 5V, GND un SDA no LCD iet uz SDA uz Arduino un tas pats ar SCK tapu.

Arduino ir savienots ar barošanas pārvaldnieka moduli, izmantojot USB kabeli.

KODS:

Šīs laika stacijas kodu var atrast DFRobot wiki. Es arī pievienoju savu kodu ar visiem jauninājumiem.

-Ja vēlaties iegūt pareizo vēja virzienu savai pozīcijai, programmā manuāli jāmaina degresijas vērtības.

Tātad visi dati tiek saglabāti txt failā ar nosaukumu test. Ja vēlaties, varat pārdēvēt šo failu. Es uzrakstu visas iespējamās vērtības no meteoroloģiskās stacijas, kā arī akumulatora spriegumu un saules spriegumu. Lai jūs varētu redzēt, kā ir akumulatora patēriņš.

7. solis: sprieguma mērīšana un pārbaude

Manam projektam bija jāveic akumulatora un saules paneļa sprieguma uzraudzība.

Lai uzraudzītu akumulatora spriegumu, es izmantoju analogo tapu. Es savienoju + no akumulatora ar analogo tapu A0 un - no akumulatora uz GND Arduino. Programmā es izmantoju funkciju "analogRead" un "lcd.print ()", lai parādītu sprieguma vērtību LCD. Trešajā attēlā redzams akumulatora spriegums. Es to izmērīju ar Arduino un arī ar multimetru, lai varētu salīdzināt vērtību. Atšķirība starp šīm divām vērtībām bija aptuveni 0,04 V.

Tā kā izejas spriegums no saules paneļa ir lielāks par 5 V, man ir nepieciešams izveidot sprieguma dalītāju. Analogā ieeja var uzņemt ne vairāk kā 5 V ieejas spriegumu. Es to izveidoju ar diviem 10 kOhm rezistoriem. Divu vienādu vērtību rezistoru izmantošana sadala spriegumu tieši uz pusi. Tātad, ja pievienojat 5 V, izejas spriegums būs aptuveni 2,5 V. Šis sprieguma dalītājs ir pirmajā attēlā. Atšķirība starp sprieguma vērtību LCD un multimetrā bija aptuveni 0,1-0,2 V.

Sprieguma dalītāja izejas vienādojums ir: Vout = (Vcc*R2)/R1+R2

Testēšana

Kad es visu savienoju kopā un iesaiņoju visas sastāvdaļas korpusā, kas man bija nepieciešams, lai veiktu ārēju pārbaudi. Tāpēc es izņēmu meteoroloģisko staciju ārā, lai redzētu, kā tā darbosies reālos ārējos apstākļos. Šī testa galvenais mērķis bija redzēt, kā baterijas darbosies vai cik daudz tās izlādēsies šīs pārbaudes laikā. Pārbaudot āra temperatūru, tā bija aptuveni 1 ° C ārā un aptuveni 4 ° C korpusa iekšpusē.

Akumulatora spriegums piecu stundu laikā samazinājās no 3,58 līdz aptuveni 3,47.