Как да изградите свой собствен анемометър с помощта на тръстикови превключватели, сензор за ефекта на Хол и някои отпадъци на Nodemcu - Част 2 - Софтуер: 5 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Въведение

Това е продължението на първия пост „Как да изградите свой собствен анемометър с помощта на тръстикови превключватели, сензор за ефекта на Хол и някои отпадъци на Nodemcu - Част 1 - Хардуер“- където показвам как да сглобявате устройствата за измерване на скоростта и посоката на вятъра. Тук ще използваме софтуера за контрол на измерванията, предназначен за използване в Nodemcu, използвайки Arduino IDE.

Описание на проекта

В предишния пост устройствата, въоръжени и свързани към Nodemcu, могат да измерват скоростта и посоката на вятъра. Софтуерът за управление е проектиран да отчита въртенето на анемометъра за определен период от време, да изчислява линейната скорост, да чете посоката, в която е лопатката, да показва резултатите в OLED, да публикува резултатите в ThingSpeak и да спи 15 минути, докато следващото измерване.

Отказ от отговорност: Този анемометър не трябва да се използва за професионални цели. Той е само за академична или домашна употреба.

Забележка: Английският не е моят естествен език. Ако откриете граматически грешки, които ви пречат да разберете проекта, моля, уведомете ме, за да ги поправя. Много благодаря.

Стъпка 1: Инсталиране на Arduino IDE, ESP8266 платки и библиотеки и вашия акаунт в ThingSpeak

Инсталиране на Arduino IDE и Nodemcu

Ако никога не сте инсталирали IDE на Arduino, моля, прочетете урока в линка - Как да инсталирате Arduino IDE - където можете да намерите пълните инструкции.

Следващата стъпка, за да инсталирате платката Nodemcu, използвайте този урок от Magesh Jayakumar Instructables, който е много пълен. Как да инсталирате Nodemcu no Arduino IDE

Инсталиране на библиотеки

Следващата стъпка трябва да инсталирате библиотеките, които скицата използва. Те са често срещани и можете да следвате стъпките, показани по -долу.

Библиотека ThingSpeak -

Библиотека ESP8266 -

Създаване на акаунт в ThingSpeak

За да използвате ThingSpeak (https://thingspeak.com/), трябва да създадете акаунт (все още е безплатен за определен брой взаимодействия), където можете да запишете данните, измерени във вашия анемометър, и да наблюдавате условията на вятъра във вашия дом, дори чрез мобилен телефон. Използвайки ThingSpeak, можете да предоставите публичен достъп до събраните ви данни на всеки, който се интересува. Това е добро предимство на ThingSpeak. Въведете началната страница и следвайте стъпките, за да създадете своя акаунт.

След като акаунтът бъде създаден, въведете този урок - ThingSpeak Първи стъпки - за да създадете вашите канали. Доста добре е обяснено. В обобщение, трябва да създадете канал, където да се съхраняват данните. Този канал има идентификатор и ключов API, които трябва да се посочват в скицата всеки път, когато искате да записвате данни. ThingSpeak ще съхранява всички данни в банка и ще ги показва всеки път, когато влезете в профила си, по начина, по който сте конфигурирали.

Стъпка 2: Проучване на скицата

Блок -схема

В диаграмата можете да разберете флуксограмата на скицата. Когато се събудите (свържете) Nodemcu, той ще се свърже с вашата Wi-Fi мрежа, чиито параметри сте конфигурирали и ще започне да брои 1 минута от времето за извършване на измерванията. Първо, той ще преброи оборотите на анемометъра за 25 секунди, изчислете линейната скорост и отчете посоката на вятъра. Резултатите се показват на OLED. Направете същите стъпки отново и за това второ четене той ще бъде предаден на ThingSpeak.

След това Nodemcu спи 15 минути, за да спести батерията. Тъй като използвам малък слънчев панел, е задължително да го направя. Ако използвате 5V източник, можете да промените програмата, така че да не спи и да продължите да измервате данните.

Структура на програмите

На диаграмата можете да видите структурата на скицата.

Anemometer_Instructables

Това е основната програма, която зарежда библиотеките, стартира променливите, контролира прекъсването на прикачване, извиква всички функции, изчислява скоростта на вятъра, определя посоката му и го приспива.

комуникации

Свържете WiFi и изпратете данните към ThingSpeak.

пълномощия.h

Ключовете на вашата WiFi мрежа и идентификаторите на вашия акаунт в ThingSpeak. Тук ще промените вашите идентификатори на ключове и API.

определя.h

Той съдържа всички променливи на програмата. Тук можете да промените времето за четене или колко дълго трябва да спи nodemcu.

функции

Той съдържа функциите за комбиниране на параметрите и четене на мултиплексора, както и функцията за четене на въртенията на анемометъра.

oledDisplay

Покажете на екрана резултати от скоростта и посоката на вятъра.

Стъпка 3: Обяснения относно…

Прикачете прекъсване

Въртенето на анемометъра се измерва чрез функцията attachInterrupt () (и detachInterrupt ()) в GPIO 12 (извод D6) на Nodemcu (Той има функция за прекъсване на своите D0-D8 щифтове).

Прекъсванията са събития или условия, които карат микроконтролера да спре изпълнението на задачата, която изпълнява, да работи временно в друга задача и да се върне към първоначалната задача.

Можете да прочетете подробностите за функцията в линка за урока на Arduino. Вижте attachInterrupt ().

Синтаксис: attachInterrupt (щифт, функция за обратно повикване, тип/режим на прекъсване);

щифт = D6

функция за обратно повикване = rpm_anemometer - брои всеки импулс на променлива.

тип/режим на прекъсване = RISING - прекъсване, когато щифтът преминава от ниско към високо.

При всеки импулс, генериран от магнито в сензора на Хол, щифтът преминава от нисък към висок и функцията за броене се активира и сумира импулса в променлива, за установените 25 секунди. След като времето изтече, броячът е изключен (detachInterrupt ()) и рутината изчислява скоростта, докато е изключена.

Изчисляване на скоростта на вятъра

След като е определено колко оборота е дал анемометърът за 25 секунди, изчисляваме скоростта.

• RADIO е измерването от централната ос на анемометъра до върха на топката за пинг -понг. Сигурно си измерил твоя много добре - (виж това в диаграмата, която казва 10 см).
• RPS (обороти в секунда) = завъртания / 25 секунди
• RPM (обороти в минута) = RPS * 60
• OMEGA (ъглова скорост - радиани в секунда) = 2 * PI * RPS
• Linear_Velocity (метри в секунда) = OMEGA * RADIO
• Linear_Velocity_kmh (Km на час) = 3.6 * Linear_Velocity и това ще бъде изпратено до ThingSpeak.

Прочетете посоката на лопатката

За да прочете позицията на лопатката за вятъра, за да определи посоката на вятъра, програмата изпраща ниски и високи сигнали към мултиплексора с всички комбинации от параметрите A, B, C (матрица muxABC) и изчакайте да получите резултата на щифт A0 това може да бъде всяко напрежение между 0 и 3.3V. Комбинациите са показани на диаграмата.

Например, когато C = 0 (ниско), B = 0 (ниско), A = 0 (ниско) мултиплексорът му дава данните от пин 0 и изпраща сигнала до A0, който се чете от Nodemcu; ако C = 0 (ниско), B = 0 (ниско), A = 1 (високо), мултиплексорът ще ви изпрати данните от пин 1 и така нататък, докато четенето на 8 -те канала приключи.

Тъй като сигналът е аналогов, програмата се трансформира в цифров (0 или 1), ако напрежението е по -малко или равно на 1,3V, сигналът е 0; ако е по -голям от 1.3V, сигналът е 1. Стойността 1.3V е произволна и за мен тя работи много добре. Винаги има малки изтичания на ток и това предпазва от липса на фалшиви положителни резултати.

Тези данни се съхраняват във вектор val [8], който ще бъде сравнен с адресния масив като компас. Вижте матрицата в диаграмата. Например, ако полученият вектор е [0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0], той показва в матрицата посоката E и съответства на ъгъл от 90 градуса; ако [0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1] посочва в матрицата WNW адреса и съответства на ъгъл от 292,5 градуса. N съответства на [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0] и ъгъл от 0 градуса.

Това, което ще бъде изпратено до ThingSpeak, е под ъгъла, защото приема само числа.

Стъпка 4: Комуникации

Как да изпращате данни до ThingSpeak

Функцията thingspeaksenddata () отговаря за изпращането на данните.

ThingSpeak.setField (1, float (linear_velocity_kmh)) - Изпратете данните за скоростта в поле1 на моя канал

ThingSpeak.setField (2, float (wind_Direction_Angle)) - Изпратете данните за адреса в поле2 на моя канал

ThingSpeak.writeFields (myChannelNumber, myWriteAPIKey) - Изпратете до моя канал myChannelNumber, с написания API на myWriteAPIKey, посочен от TS. Тези данни са генерирани от TS при създаването на вашия акаунт и канал.

На снимките по -горе можете да видите как ThingSpeak показва получените данни.

В тази връзка можете да получите достъп до данните на моя проект в публичния канал на ThingSpeak.

Стъпка 5: Основни променливи

параметри на вятърни лопатки

• MUX_A D5 - mux pi A към Nodemcu щифт D5
• MUX_B D4 - mux щифт B към Nodemcu щифт D4
• MUX_C D3 - mux щифт C към Nodemcu щифт D3
• READPIN 0 - Аналогов вход на NodeMcu = A0
• NO_PINS 8 - брой мукс пинове
• val [NO_PINS] - портове от 0 до 7 на mux
• wind_Direction_Angle - ъгъл на посоката на вятъра
• Низ windRose [16] = {"N", "NNE", "NE", "ENE", "E", "ESE", "SE", "SSE", "S", "SSW", "SW", "WSW", "W", "WNW", "NW", "NNW"} - карденали, обезпечения и подзалога
• windAng [16] = {0, 22.5, 45, 67.5, 90, 112.5, 135, 157.5, 180, 202.5, 225, 247.5, 270, 292.5, 315, 337.5} - ъгли на всяка посока
• Цифра [16] [NO_PINS] - Матрица за посоки
• muxABC [8] [3] - ABC mux комбинации

параметри на анемометъра

• rpmcount - пребройте колко пълни завъртания е направил анемометърът в определеното време
• timemeasure = 25.00 - времетраене на измерването в секунди
• timetoSleep = 1 - Времето за събуждане на Nodemcu в минути
• sleepTime = 15 - време за сън за минути
• rpm, rps - честоти на въртене (обороти в минута, обороти в секунда)
• радиус - метри - мярката за дължината на крилото на анемометъра
• linear_velocity - линейна скорост в m/seg
• linear_velocity_kmh - линейна скорост в км/ч
• омега - радиална скорост в rad/seg

По -долу можете да намерите пълната скица. Създайте нова папка в папката Arduino на вашия компютър със същото име като основната програма (Anemometer_Instructables) и ги съберете заедно.

Въведете данните за вашата wifi мрежа и ThingSpeak ID и API Writer Key в частта Credentials.h и запишете. Качете в Nodemcu и това е всичко.

За да проверите работата на системата, препоръчвам добър въртящ се вентилатор.

За достъп до данните чрез мобилен телефон изтеглете приложението за IOS или Android, наречено ThingView, което за щастие все още е безплатно.

Конфигурирайте настройките на акаунта си и ще бъдете готови да видите условията на вятъра у дома, където и да се намирате.

Ако имате интерес, влезте в моя канал на ThingSpeak Channel ID: 438851, който е публичен и там ще намерите измерванията на вятъра и посоката в моята къща.

Искрено се надявам да се забавлявате.

Ако имате някакви съмнения, не се колебайте да се свържете с мен.

за разбирането