Как да изградите свой собствен анемометър с помощта на тръстикови превключватели, сензор за ефекта на Хол и някои отпадъци на Nodemcu. - Част 1 - Хардуер: 8 стъпки (със снимки)

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

Въведение

Откакто започнах с изучаването на Arduino и културата на създателя, ми хареса да изграждам полезни устройства, използвайки боклуци и парчета отпадъци, като капачки за бутилки, парчета PVC, кутии за напитки и др. Обичам да давам втори живот на всяко парче или каквото и да било материал. Голяма част от използваните тук материали са отстранени от някакво оборудване и рециклирани

Когато започнах собствен проект за метеорологична станция, разбрах, че измерването на интензивността и посоката на вятъра няма да бъде много лесно или евтино. След няколко месеца ви представям този проект, който използва предимно рециклирани материали и много евтини електронни части, лесно намиращи се във всеки електронен магазин.

Този пост има 2 части.

Част 1 - Конструкция на устройствата Анемометър и Направление на ветрови лопатки.

Част 2 - Скицата, използваща Arduino IDE за Esp8266 Nodemcu и предаване към ThingSpeak.

Вижте видеото, за да знаете окончателното решение.

Как да изградите свой собствен анемометър с помощта на сензор за ефект на Хол и тръстикови превключватели

Описание на проекта

Анемометърът е устройство, способно да измерва скоростта на вятъра и неговата посока. С помощта на сензор за ефект на Хол ще можем да преброим колко завъртания чашите дават за определен период от време. Интензивността на вятъра е пропорционална на скоростта на въртене на оста. С някои прости физически уравнения можете да определите линейната скорост на вятъра в този момент. Ще обясним всички тях в част 2.

А посоката на вятъра ще измерваме през предно стъкло с неодимов магнит и тръстикови превключватели. Точките на лопатката по посока на вятъра и магнитът, прикрепен към нея, ще свържат тръстиковите превключватели, позволяващи на електрическия ток да премине през връзката (или връзките). Веригите с положителен ток показват посоката на вятъра, като компас.

Имаме 8 вериги, които ще емулират 16 посоки: 4 кардинални и 4 съпътстващи точки, когато е активиран 1 превключвател (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW) и когато 2 превключвателя са активирани едновременно, имаме 8 подзастрахования точки (NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW).

Скоростта и посоката на вятъра ще бъдат изчислени и определени чрез скица в nodemcu. Но това ще бъде обяснено в част 2. Сега нека да преминем към хардуерния монтаж.

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: Сметка на материалите

Ветрови лопатка

8 x тръстикови превключватели

Резистори 8 x 10 k ома

10 см PVC тръба

2 PVC капачки с диаметър 5 см

1 PVC капачка с диаметър 2,5 см

1 аналогов мултиплексър CD4051

1 пластмасов диск

20 x 20 здрава пластмасова част

1 Неодимов магнит (Размерите на магнита трябва да позволяват едновременно свързване на два превключвателя. Моят е 0,5 x 0,5 cm и се справя добре.)

10 проводника в различни цветове

1 Обща печатна платка

1 сачмен лагер със същия диаметър на алуминиевите тръби

1 алуминиева тръба приблизително 20 см

1 алуминиева тръба приблизително 10 cm

1 скоба за маркуч

Епоксидна маса

Незабавно лепило - цианоакрилат и натриев бикарбонат

Анемометър

2 топки за пинг -понг

4 дървени или алуминиеви пръчки приблизително 12 см

1 сачмен лагер

1 алуминиева тръба приблизително 5 см

3 броя проводници с различни цветове

1 сензор за зала SS49E

1 неодимов магнит

Епоксидна маса и незабавно лепило - цианоакрилат и натриев бикарбонат

2 пластмасови крана с диаметър приблизително 3 до 5 см

1 PVC капачка и 5 см PVC тръба

1 PVC капачка с диаметър 2,5 см

• Nodemcu
• Пластмасов калъф за електронни проекти
• Поялник
• 1 PVC тръба приблизително 2 метра и "T" PVC конектор
• 1 PVC 90 градусова връзка
• 5V захранване (използвам слънчев панел)

Стъпка 2: Сглобяване на Rosetta на лопатката на вятъра

Геркон и резистори, монтирани на печатни платки

Изрежете общата печатна платка под формата на кръг с малко по -малък диаметър от PVC капачката, защото когато е готова, тя ще се побере в нея.

Огънете краката на тръстиковия превключвател на 90 градуса, за да ги поставите внимателно в печатната платка, за да не счупите защитното стъкло. Идеалното е на 3 мм от стъклото. Поставете всеки тръстиков превключвател според схемата. Номерирайте всеки от 0 до 7 като диаграмата. Правилното идентифициране ще бъде важно при свързване на терминалите към мултиплексора. Използвайте поялника, за да ги запоите върху чинията.

Позиционирайте всеки резистор като диаграмата, в която един от терминалите е запоен в една от клемите на тръстиковия превключвател, а другият ще бъде общ за всички резистори, разположени в центъра на печатната платка.

Запояйте меден кабел, който свързва всички външни клеми на тръстиковите превключватели, оставяйки последните два без връзка. Като пръстен. Редът на заваряване няма значение.

На кръстопътя на всеки резистор и тръстиковото съединение спойка проводник от всеки цвят. Те са 8 различни. Запоявайте червен проводник към медния пръстен на тръстиковите превключватели като положителен и черен проводник към кръстовището на всички резистори в центъра на "розетката", като отрицателен.

Погледнете схемите и внимавайте да запазите номерацията на кабелите за свързване към мултиплексора.

Преди монтажа тествайте връзките

Преди да продължите с монтажа, предлагам да тествате връзките. Използвайте светодиод, всякаква батерия 18650 3,7 V, неодимов магнит и кабели с крокодилски нокти. Свържете батерията към клемите VCC и GND и крокодилския кабел в GND с другия край в минуса на светодиода (използвайте син, който не се нуждае от резистор). Свържете другия кабел към положителния на светодиода, а другия към всеки кабел, свързан към превключвателите. Сега прекарайте магнита през външния ръб на свързания превключвател. Ако светодиодът светне, всичко е наред. Ако не се включи, проверете заваръчните шевове. За да тествате две връзки едновременно, използвайте друг кабел и друг светодиод едновременно. Когато преминавате магнита между два превключвателя, двата светодиода трябва да светят. От съществено значение е и двата светодиода да светят едновременно, така че електрическият сигнал да представлява под-странични точки на компаса като ENE, ESE, SSW, NNW и т.н.

Стъпка 3: Връзки към и от CD4051 мултиплексор

CD4051 Аналогов мултиплексор

Мултиплексорите са комбинирани схеми с няколко входа и единичен изход на данни. Те са оборудвани с управляващи входове, способни да избират един и само един от входовете на данни, за да позволят предаването им от избрания вход към споменатия изход.

Ако не знаете работата на CD4051, препоръчвам да прочетете листа с данни, който можете да намерите в мрежата. В обобщение, 4051 има 8 аналогови входа, номерирани от 0 до 7, 3 и пинове A, B и C, които комбинирани позволяват да се четат входовете и да се определи кой аналогов изход е свързан. При всяко отчитане софтуерът анализира кои връзки са с положителен ток и ще посочи съответната посока на вятъра. Това ще бъде обяснено подробно в част 2 на публикацията. Погледнете диаграмата, за да видите как розетката е свързана с мултиплексора.

Връзки с Nodemcu

Ще се нуждаем от 8 кабела за свързване на Nodemcu. Вижте диаграмата.

1 чифт положителни (червени) и заземени (черни) проводници, които доставят ток към розетката

1 чифт положителни (червени) и заземени (черни) кабели, които подават ток към CD4051

1 кабел за аналогов изход A0 (сив)

1 кабел за цифров вход на извод A = D5 (син)

1 кабел за цифров вход на пин B = D4 (зелен)

1 кабел за цифров вход на извод C = D3 (жълт)

Използвах 10-жичен телефонен кабел с различни цветове, за да улесня окончателното сглобяване.

Идентифицирайте всеки от кабелите със съответния им адрес, за да улесните окончателното сглобяване.

Стъпка 4: Монтиране на всичко в PVC стойката

Монтиране на опората

Вземете капачката от 5 см диаметър PVC, парче PVC тръба и капачката с диаметър 2,5 см и залепете всички с незабавно лепило според снимката. Можете също така да направите дупка с диаметъра на тръбата, за да подобрите връзката между парчетата. След като всички парчета са залепени, нанесете повече лепило върху залепените ръбове на всяко парче и веднага покрийте със сода за хляб. При изсушаване на лепилото ще имате много добра твърдост.

Трябва също така да залепите силикона върху ръба на CAP, което ще позволи да се запечата съединението между 2 CAP и да се улесни монтажа на розетката. Оставете ги да изсъхнат, преди да продължите.

Внимателно поставете розетката, която вече е монтирана на опорната част и тя приляга плътно към ръба на CAP. Не забравяйте, че над това ще монтираме втора CAP. Вижте снимката с окончателното решение. И моля, идентифицирайте всеки от кабелите, за да улесните връзките с nodemcu.

Стъпка 5: Монтиране на лопатката

Монтиране на конструкцията на лопатката

Направете показалец с епоксидна маса с формата, показана на снимката. Когато е добре изсъхнал, претеглете парчето и запазете стойността.

Вземете парчето пластмаса и го изрежете симетрично за задната част на лопатката, която служи за насочване на вятъра. Претеглете и запазете стойността.

Вземете една от алуминиевите тръби и залепете показалеца и флюгера с незабавно лепило с всички парчета, подредени в средата. Направете същото както преди със содата за хляб, за да увеличите твърдостта на всяка от залепените части.

Вземете втората алуминиева тръба и нека определим къде ще бъде залепена в другата тръба. За да се поддържа равновесието на парчето, разстоянието по теглото на гърба трябва да бъде равно на разстоянието по теглото на показалеца. (Вижте изчисленията, които са показани на диаграмата.) Измерванията на разстоянието трябва да се извършват повече или по -малко до центъра на масата на всяко парче. Използвайте незабавно лепило и сода за хляб.

Направете дупка в центъра на капачката с диаметъра на сачмения лагер. Използвайте незабавно лепило, за да го залепите върху капака. Важно е да изберете сачмения лагер със същия вътрешен диаметър като вертикалната алуминиева тръба на лопатката.

Накрая вземете пластмасовия диск с приблизителен диаметър 4,5 см и залепете малко парче метал по ръба. Вижте снимката По този начин ще можете да "залепите" неодимовия магнит и да го регулирате, когато калибрирате инструмента. Може да се движи в няколко посоки, за да се отгатне показанията на измерванията.

Поставете пластмасовия диск със забита метална част в същата посока като хоризонталната стрелка от алуминиева тръба. Това е важно магнитът да показва същата посока като лопатката.

За да улесните окончателното сглобяване на анемометъра и да подравните северната част на лопатката със северната география, отпечатайте роза на вятъра и поставете върху горната капачка на ОСП. Дискът ще се забие в алуминиевата тръба, но първо поставете алуминиевата тръба в сферичния лагер и поставете алуминиевата тръба в диска. Регулирайте височината така, че разстоянието между магнита и ръба на капачката да бъде между 1 и 1,5 cm. Това трябва да е достатъчно, за да може магнитът да свърже правилно тръстиковия превключвател. Залепете диска с незабавно лепило и калциев бикарбонат възможно най -хоризонтално.

Монтирайте двете части, като насочите северно от розата на вятъра в съответствие с превключвателя номер 0 (представляващ север) и използвайте скоба, за да ги свържете. Не използвайте лепило, защото ще трябва да го монтирате и калибрирате много пъти, преди да сте напълно готови.

Разгледайте снимките, за да видите окончателното решение.

Стъпка 6: Монтиране на анемометъра

Монтиране на опората

Вземете 2 пластмасови капака и залепете с незабавно лепило. Пробийте 4 отвора в капака, както е показано на диаграмата. Въведете дървени или алуминиеви пръчки във всяка дупка. Нарежете 2 -те топки за пинг -понг в средата и залепете всяка от тях по крайниците на пръчките, всички с вдлъбнатата част за една и съща страна. Приблизителните измервания са показани на диаграмата.

Направете дупка в центъра на капачката 2,5 см с диаметъра на сачмения лагер. Използвайте незабавно лепило, за да го залепите върху капака. Използвайте сода за хляб също много внимателно.

Поставете алуминиевата тръба в сферичния лагер на съвместима височина (вижте снимката). Ако не е правилно регулиран, поставете внимателно капка лепило.

Монтиране на модула на Hall

На ръба на CAP направете малък отвор, за да преминете през главата на сензора на Хол.

Залепете неодимовия магнит отстрани на пластмасовите капачки според снимката.

Използвайте 3 -те различни цветни проводника, за да свържете сензорния модул.

Поставете модула на Хол и насочете сензора към магнита на разстояние от 2 до 4 мм. Проверете дали въртенето на вала не удря магнита със сензора.

Използвайте 3,7 V батерия, за да проверите дали модулът реагира на приближаването на магнита, като завърти светодиода към всеки контакт. Ако светодиодът светне, всичко е наред. Ако не, преместете сензора по -близо до магнита, докато светодиодът се включи.

Ако всичко е наред, фиксирайте модула в опората с помощта на лепило.

И накрая, другият край на пръта ще бъде залепен в пластмасовия капак с незабавно лепило и сода за хляб, като регулира правилната височина.

Идентифициране на проводниците

Идентифицирайте всички кабели - VCC, GND и Signal - за да улесните връзката с nodemcu.

Стъпка 7: Обединяване на всички

Сега можете да монтирате двете устройства заедно, като използвате "T" връзката и парче PVC тръба, както е показано на снимката. Не използвайте лепило, защото ако има нужда от известно регулиране или поддръжка, това няма да е възможно. Направих малки дупки и използвах винтове, за да ги държа здраво. Прекарайте кабелите на двете устройства през тръбата. Тъй като анемометърът ще бъде инсталиран на покрива на къщата, аз също направих кабели от 3 метра, за да го свържа с nodemcu, който ще бъде инсталиран на закрито.

Стъпка 8: Свързване на Nodemcu и инсталиране

Диаграмите показват правилното свързване на всеки кабел. За да тествам операцията, използвах 0,96 OLED екран, за да прочета измерванията и да проверя дали са правилни, свържете OLED по този начин:

D1 - SCL

D2 - SDA

VCC и GND

За да инсталирате на тавана единствената грижа е да поддържате цялото устройство на правилното ниво. За това използвайте ниво на балончета и много големи винтове. И не забравяйте да се обърнете на север от вашия анемометър за географския север от вашия компас. В противен случай посоката на вятъра няма да съответства на реалността.

И това е всичко. В следващия пост ще обясня скицата, която трябва да се зареди в nodemcu, използвайки Arduino IDE.

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

за разбирането

Голяма награда в IoT Challenge