Pašpietiekams datu reģistrēšanas anemometrs: 11 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:52

Man patīk vākt un analizēt datus. Man arī patīk veidot elektroniskus sīkrīkus. Pirms gada, kad es atklāju Arduino produktus, es uzreiz domāju: "Es gribētu apkopot vides datus." Tā bija vējaina diena Portlendā, OR, tāpēc es nolēmu uzņemt vēja datus. Es apskatīju dažus anemometru pamācības un atradu tos diezgan noderīgus, bet vajadzēja veikt dažas inženiertehniskas izmaiņas. Pirmkārt, es vēlējos, lai ierīce nedēļu darbotos ārpus telpām. Otrkārt, es gribēju, lai tas varētu ierakstīt ļoti nelielas vēja brāzmas, vairākiem šeit esošajiem dizainparaugiem bija vajadzīgs diezgan spēcīgs vējš, lai sāktu darbu. Visbeidzot, es gribēju ierakstīt datus. Es nolēmu izvēlēties patiešām vieglu rotora konstrukciju ar pēc iespējas mazāku inerci un pretestību. Lai to paveiktu, es izmantoju visas plastmasas detaļas (ieskaitot vītņotus vinila stieņus), lodīšu gultņu savienojumus un optiskos sensorus. Citos dizainos tika izmantoti magnētiskie sensori vai faktiskie līdzstrāvas motori, taču abi šie palēnina rotora darbību, optika izmanto nedaudz vairāk enerģijas, bet nepiedāvā mehānisku pretestību. Datu reģistrētājs ir vienkārši Atmega328P ar 8 mbit zibatmiņas mikroshēmu. Es domāju par SD izmantošanu, bet vēlējos saglabāt zemas izmaksas, enerģijas patēriņu un sarežģītību. Es uzrakstīju vienkāršu programmu, kas reģistrēja divu baitu rotācijas skaitļus katru sekundi. Ar 8 megabitiem es sapratu, ka es varētu savākt aptuveni nedēļas vērtus datus. Sākotnējā dizainā es sapratu, ka man vajadzēs 4 C šūnas, bet pēc nedēļas tās joprojām bija pilnībā uzlādētas, tāpēc man, iespējams, bija jābūt izslēgtam par enerģijas patēriņa lielumu. Es neizmantoju lineāros regulatorus, visas sprieguma sliedes nobraucu līdz 6V (lai gan dažas detaļas bija novērtētas ar 3.3V. Yay overdesign!). Lai lejupielādētu datus, man bija sarežģīta sistēma, kas nolasīja zibspuldzi un izmeta to arduino sērijas monitorā, un es izgriezu un ielīmēju programmā Excel. Es netērēju laiku, mēģinot izdomāt, kā uzrakstīt komandrindas USB lietotni, lai zibspuldzi atgrieztu līdz standartam, bet kādā brīdī man tas būs jāizdomā. Rezultāts bija diezgan pārsteidzošs, es varēju novērot dažas ļoti interesantas tendences, kuras es saglabāju citam ziņojumam. Veiksmi!

1. darbība: izveidojiet rotoru

Es izmēģināju vairākas dažādas idejas rotora kausiem: Lieldienu olas, galda tenisa bumbiņas, plastmasas krūzes un tukšas Ziemassvētku eglīšu rotas. Es uzbūvēju vairākus rotorus un pārbaudīju tos visus ar matu žāvētāju, kas nodrošināja vēja ātruma diapazonu. No četriem prototipiem vislabāk darbojās ornamentu apvalki. Viņiem bija arī šīs mazās cilnes, kas atviegloja piestiprināšanu, un tās bija izgatavotas no stingras plastmasas, kas labi darbojās ar polikarbonāta cementu. Es izmēģināju dažus dažādus vārpstas garumus, mazus, vidējus un lielus (apmēram 1 "līdz 6"), un atklāju, ka lielāki izmēri grieza pārāk daudz un labi nereaģēja uz zemu vēja ātrumu, tāpēc es devos ar maza izmēra vārpstām. Tā kā viss bija caurspīdīga plastmasa, es izveidoju ērtu nelielu izdruku, lai palīdzētu izgaismot trīs asmeņus. Materiāli: Rotas nākušas no Austrumu tirdzniecības uzņēmuma, postenis "48/6300 DYO CLEAR ORNAMENT", 6 ASV dolāri plus 3 ASV dolāri. Plastmasas vārpstas un konstrukcijas disks tika iegūti no vietējā TAP Plastics veikala, par aptuveni 4 USD vairāk pa daļām.

2. solis: izveidojiet augšējo pamatni

Lai samazinātu rotācijas inerci, es izmantoju vītņotu neilona stieni no McMaster Karr. Es gribēju izmantot gultņus, bet mašīnu gultņi ir iepakoti rotoru palēninošā smērvielā, tāpēc es nopirku dažus lētus skeitborda gultņus, kuriem nebija neviena. Viņi vienkārši bija ievietoti CPVC iekšējā diametra 3/4 "cauruļu adapterī. Tikai tad, kad es samontēju konstrukciju, es saprotu, ka slidas gultņi apstrādā plaknes slodzi, un es piemēroju vertikālu slodzi, tāpēc man vajadzēja izmantot vilces gultni, bet tie strādāja lieliski, un, iespējams, palīdzēja pārvaldīt berzi no precesijas griezes momenta. Es plānoju pievienot optisko sensoru vārpstas apakšai, tāpēc CPVC sakabi uzstādīju lielākā pamatnē. Home Depot ir jautra vieta, kur sajaukt un atbilst CPVC/PVC veidgabaliem. Galu galā es varēju ievietot 3/4 "vītņoto CPVC savienojumu PVC 3/4" līdz 1-1/2 "reduktorā. Bija daudz jāspēlējas, lai viss derētu, bet tas atstāja pietiekami daudz vietas elektronikai. Materiāli: 98743A235-melna vītņota neilona stienis (5/16 "-18 vītne) 94900A030-melni neilona sešstūra uzgriežņi (5/16" -18 vītne) Lēti skeitborda gultņi 3/4 "vītņots CPVC adapteris 3/4" līdz 1 -1/2 "PVC reduktors uz vītņotu 3/4" cauruli Piezīme: PVC un CPVC sakabes izmēri nav vienādi, iespējams, lai novērstu nejaušu ļaunprātīgu izmantošanu; tāpēc vienkārša 3/4 collu PVC adaptera nomaiņa nedarbosies, tomēr vītņotā adaptera VĪSTES ir vienādas, kas ir pilnīgi dīvaini. CPVC savienojuma vītnes PVC adaptera ieliktnī. Adapteris … bukse … savienojums… Es, iespējams, sajaucu visus šos terminus, bet 15 minūtes Home Depot santehnikas ejā jūs sakārtos.

3. darbība: optiskais pārtraucējs

Kad rotors griežas, tā rotāciju skaita optiskais pārtraucējs. Es domāju par diska izmantošanu, taču tas nozīmēja, ka apgaismojuma avots un detektors jāpiestiprina vertikāli, un to būtu ļoti grūti salikt. Tā vietā es izvēlējos horizontālu stiprinājumu un atradu dažas mazas krūzes, kas atrodas krēslu apakšā, lai aizsargātu cietkoksnes grīdas. Es nokrāsoju un pielīmēju sešus segmentus, kas man dotu divpadsmit (gandrīz) vienādas malas jeb 12 ērces uz rotora apgriezienu. Es domāju darīt vairāk, bet neesmu pārāk labi iepazinies ar detektora ātrumu vai tā optikas redzamības lauku. Tas ir, ja es būtu pārāk šaurs, gaismas diode varētu rāpot ap malām un aktivizēt sensoru. Šī ir vēl viena pētniecības joma, kuru es neveicu, bet būtu labi izpētīt. Es pielīmēju krāsoto kausu pie rieksta un piestiprināju pie vārpstas gala. Materiāli: krēsla kāju aizsargapvalka lieta no Home Depot melnās krāsas

4. solis: pievienojiet rotoru

Šajā brīdī tas sāka izskatīties diezgan forši. Neilona uzgriežņi ir patiešām slideni, tāpēc man bija jāizmanto daudzi bloķēšanas uzgriežņi (ja jūs nepamanījāt no iepriekšējiem attēliem). Man bija arī jāizgatavo īpaša plakana uzgriežņu atslēga, kas iekļaujas vāciņā zem rotora, lai es varētu nofiksēt abus uzgriežņus.

5. solis: izveidojiet apakšējo pamatni

Apakšējā pamatnē ir baterijas un tā nodrošina atbalsta struktūru. Internetā es atradu diezgan foršu ūdensnecaurlaidīgu kasti no uzņēmuma Polycase. Tas ir patiešām slidens korpuss, kas ir cieši noslēgts, un skrūves ir platākas pie pamatnes, lai tās viegli neizkristu no augšas. Es izmantoju PVC palīgu augšējai PVC buksei. Šis apakšējais pamatnes palīgs ir tikai vītņots 1-1/2 PVC savienojums. Augšējais rotora pamatnes spiediens caur šo sakabi iekļaujas apakšējā pamatnē. Kā redzēsit vēlāk, es šos gabalus nelīmēju kopā, jo gribēju jāspēj to atvērt un vajadzības gadījumā veikt pielāgojumus, kā arī montāža ir vieglāka, piestiprinot shēmas plates.

6. darbība: izveidojiet optisko sensoru

Sensora mehānisms ir 940 nm LED un Schmitt sprūda uztvērējs. Es mīlu mīlestību, mīlu Šmita sprūda ķēdi, tā rūpējas par visām manām debouncing vajadzībām un izsūta ar CMOS/TTL saderīgu signālu. Vienīgais mīnuss? 5V darbība. Jā, es pārspēju visu dizainu līdz 6V, bet es būtu varējis pāriet uz 3.3V, ja nebūtu šīs daļas. Ideja ir tāda, ka šī ķēde tiek uzstādīta zem rotora kausa, kas pārtrauc staru kūli, kad tas griežas, radot loģiskas pārejas katrai malai. Man nav laba priekšstata par to, kā tas tika uzstādīts. Es būtībā līmēju divus plastmasas nobīdes apakšējā PVC savienojumā un ieskrūvēju tajos no augšas. Man vajadzēja sasmalcināt tāfeles malas, lai tas kārtīgi iederētos. Man pat nav shēmas, tas ir patiešām vienkārši: vienkārši palaidiet 1k rezistoru no Vin un pievienojiet to vadam, lai gaismas diode vienmēr būtu ieslēgta un detektora izeja būtu ieslēgta. Materiāli: 1 940 nm LED 1k rezistors 1 OPTEK OPL550 sensors 1 trīs kontaktu spraudnis (mātīte) 1 1,5 "x 1,5" shēmas plate Dažādi stieples garumi Termiski saraušanās caurules, ja jums patīk savīti vadi

7. darbība: izveidojiet datu reģistrētāju

Arduino prototipēšanas dēlis bija pārāk liels, lai ietilptu šasijā. Es izmantoju EagleCAD, lai izkārtotu mazāku shēmas plati, un pazaudēju vienu slāni … ir četri neglīti vadi, kas man vajadzēja, lai pārvarētu dažas spraugas.

(Es domāju, ka es to izmērīju ar ~ 50 mW darba jaudu, un, pamatojoties uz bateriju vatstundām, es domāju, ka nedēļas laikā nokritīšu zem 5 V, bet vai nu mans jaudas mērījums, vai mana matemātika bija nepareiza, jo tika saglabātas 4 C šūnas ilgs laiks.) Diezgan vienkāršs izkārtojums: tikai rezonators, ATmega328, zibspuldze, atkļūdošanas džemperis, atkļūdošanas gaismas diode, barošanas vāciņš un viss. Ir arī kaut kas tāds, ko sauc par DorkBoard, un ko es arī būtu varējis izmantot, tas būtībā ir viss nepieciešamais ATMega328 dev plāksnei DIP ligzdas izmērā. Es apsvēru iespēju to iegādāties, bet mana diskrētā pieeja bija par aptuveni 50% lētāka. Šeit ir dorkboard saite:

Lūk, pamatideja (avota kods tiks iekļauts vēlāk), kā darbojas tāfele: Džemperis ir iestatīts "atkļūdošanas" režīmā: pievienojiet izmaiņu vērtības pārtraukumu optiskā sensora izejai un kopā ar detektoru mirgo testa gaismas diode. Tas bija ļoti noderīgi atkļūdošanai. Džemperis iestatīts "ierakstīšanas" režīmā: pievienojiet to pašu pārtraukumu skaitītājam un galvenajā cilpā aizkavējiet 1000 ms. 1000 ms beigās uzrakstiet malu skaitu uz 256 baitu zibspuldzes lapu, un, kad lapa ir pilna, uzrakstiet to un atiestatiet skaitu. Vienkārši, vai ne? Diezgan ļoti. Man ļoti patīk Winbond zibspuldzes, es zibspuldzi projektēju jau 90. gados, tāpēc bija jautri tās atkal programmēt. SPI saskarne ir lieliska. Tik vienkārši lietojams. Es ļaušu shēmām un avota kodam runāt paši par sevi. Vai es minēju, ka EagleCAD ir satriecošs? Tā tiešām ir. Vietnē YouTube ir dažas lieliskas apmācības.

8. solis: pievienojiet elektroniku

Atkal, man šeit nav daudz labu attēlu, bet, ja jūs iedomājaties divus plastmasas paliktņus, kas pielīmēti pie PVC iekšpuses, abas plāksnes ir ieskrūvētas tajā. Šeit ir attēlots mežizstrādes dēlis, kas savienots ar apakšu. Detektora panelis atrodas korpusa iekšpusē.

9. solis: kalibrēšana

Es izveidoju testa iekārtu, lai kalibrētu zvēru, lai es varētu pārveidot neapstrādātu rotora skaitļus uz MPH. Jā, tas ir 2x4. Vienam galam pievienoju anemometru, bet otram - atkļūdotāju Arduio. LCD parādīja rotora skaitļus. Process noritēja šādi: 1) Atrodiet garu taisnu ceļu bez satiksmes. 2) Turiet 2x4 tā, lai tas izbāztos pēc iespējas tālāk pa logu. 3) Ieslēdziet balss ierakstīšanu savā iPhone vai Android ierīcē. 4) Ieslēdziet digitālo GPS spidometru izvēlētajā rokas ierīcē. jūsu ierakstītājam skaitās ātrums un vidējais rotora skaitlis. 6) Vai nav avārija 7)? 8) Vēlāk, nebraucot ar automašīnu, atkārtojiet tālruņa ziņojumu un ievadiet datus programmā Excel un ceru, ka lineāra vai eksponenciāla vai polinoma derēs ar R kvadrāta vērtību, kas lielāka par 99%. Šis reklāmguvums # tiks izmantots vēlāk. Ierīce uztver tikai neapstrādātus datus, es pēcapstrādāju tos MPH (vai KPH) programmā Excel. (Vai es minēju, ka uzklāju olīvkrāsas krāsu? Es to būtu nosaucis par “Taktisko datu reģistrēšanas anemometru”, bet tad atcerējos, ka “Taktiskais” nozīmē “melns”.)

10. solis: dodieties savākt dažus vēja datus

Tas ir diezgan daudz. Manuprāt, trūkst dažu attēlu, piem. nav parādītas četras C šūnas, kas saspiestas apakšējā pamatnē. Es nevarēju ievietot ar atsperi turētu turētāju, tāpēc galu galā es pielodēju vadus pie pašām baterijām. Es rakstu šo pamācību gadu pēc tā uzbūvēšanas, un 2. pārskatā es izmantoju AA baterijas, jo rupji pārvērtēju enerģijas patēriņu. AA izmantošana ļāva man pievienot ieslēgšanas-izslēgšanas slēdzi un patiešām atbrīvoja vietu telpā, pretējā gadījumā tas bija diezgan saspringts. Kopumā es biju diezgan apmierināts ar dizainu. Zemāk redzamajā diagrammā ir parādīti vienas nedēļas vidējie dati. Baterijas sāka izlādēties septītajā dienā. Es varētu uzlabot akumulatora darbības laiku, darbinot gaismas diodi ar zemāku darba ciklu pie aptuveni 1 kHz, un es nebūtu zaudējis nevienu malu rotora salīdzinoši zemā leņķiskā ātruma dēļ.

Izklaidējieties! Ļaujiet man zināt, ja redzat iespēju uzlabot!

11. darbība. Avota kods

Pievienots viens Arduino avota fails. Es GPL to, jo, hey, GPL.

EDIT: Es vēlos atzīmēt, ka mana 1 sekunžu aiztures () izmantošana ir briesmīga ideja, un h Laiks, kas nepieciešams, lai rakstītu zibspuldzei un nolasītu sensoru, var šķist mazs, bet 7 -10s tas rada ievērojamu novirzi. Tā vietā izmantojiet 1 Hz taimera pārtraukumu (328P taimeri #1 var lieliski kalibrēt līdz 1 Hz). Lai būtu drošībā, jums jāievada kods žogā, ja lapas rakstīšanas un sensora lasīšana kādu iemeslu dēļ ilgst vairāk nekā 1 sekundi (apstrādājiet izkritušos paraugus), bet taimera pārtraukums ir veids, kā veikt lietas, kurām ir jābūt precīzs. Priekā!