Метеорологична станция с ниска мощност: 6 стъпки (със снимки)

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

Сега в третата си версия и тествана повече от две години, моята метеорологична станция се надгражда за по -добра производителност при ниска консумация на енергия и надеждност на трансфера на данни.

Консумация на енергия - не е проблем през месеците, различни от декември и януари, но в тези много тъмни месеци, въпреки че соларният панел, въпреки че е оценен на 40 вата, не успя да се справи с търсенето на системата … и по -голямата част от търсенето идва от 2G FONA GPRS модул, който предава данните директно в мрежата.

Следващият проблем беше със самия GPRS модул на FONA или по -вероятно мрежата на мобилния телефон. Устройството ще работи перфектно в продължение на седмици / месеци, но след това внезапно спира без видима причина. Очевидно мрежата се опитва да изпрати някаква „информация за актуализация на системата“, която, ако не бъде приета, кара устройството да се зарежда от мрежата, така че GPRS всъщност не е решение за поддръжка за предаване на данни. Жалко, защото когато работи, работи наистина добре.

Това надстройване използва протокола LoRa с ниска мощност, за да изпрати данните до локален сървър на Raspberry Pi, който след това ще ги изпрати до мрежата. По този начин самата метеорологична станция може да бъде с ниска мощност на слънчев панел и „тежко повдигащата се“част от процеса, извършена някъде в обхвата на WIFI за захранване от мрежата. Разбира се, ако имате публичен шлюз LoRa в обхвата, Raspberry Pi няма да се изисква.

Изграждането на печатна платка на метеорологичната станция е лесно, тъй като всички SMD компоненти са доста големи (1206) и всичко на печатната платка работи 100%. Някои от компонентите, а именно духовите инструменти, са доста скъпи, но понякога могат да бъдат намерени втора употреба в Ebay.

Стъпка 1: Компоненти

Arduino MKR1300 LORAWAN ……………………………………………………………………. 1 от

Raspberry Pi (по избор зависи от наличността на локален LoRa шлюз) ………… 1 от

BME280 за налягане, влажност, температура и надморска височина ………………………….. 1 от

RJ 25 конектор 477-387 ……………………………………………………………………… 1 от

L7S505 ………………………………………………………………………………………………. 1 от

Бипер 754-2053 ……………………………… 1 от

Шотки диод (1206) …………………………………… 2 от

R1K почивки …………………………………… 3 от

Резистор R4.7K ………………………………… 1 от

C100nF кондензатор …………………………….. 3 от

R100K …………………………………………… 1 от

R10K …………………………………………….. 4 от

C1uF ……………………………………………… 1 от

C0.33uF ………………………………………… 1 от

R100 …………………………………………….. 1 от

R0 ……………………………………………….. 1 от

Температурна сонда Dallas DS18B20 ………… 1 от

ПХБ ………………………………………………… 1 от

Дъждомер …………………………………………………. 1 от

Сонда за почвата ……………………………………… 1 от (вижте стъпка 6 за сонда „направи си сам“)

Анемометър A100LK ………………………….. 1 от

W200P вятърна лопатка ………………………………..1 от

Стъпка 2: Как работи

Достатъчно лесно е да накарате сензорите да работят за неща като температура, влажност и налягане, но някои от другите са доста сложни, въпреки че целият код е включен в този блог.

1. Манометърът е на „прекъсване“и работи, когато се установи промяна. Дъждът влиза в инструмента и капе върху ролка, която се разклаща, след като единият край е пълен, задействайки магнитен сензор два пъти, когато преминава. Сензорът за дъжд има предимство пред всичко и работи дори при предаване на данни.

2. Анемометърът работи чрез изпращане на импулс с ниска мощност, чиято честота зависи от скоростта му. Кодирането е много лесно и използва много малко енергия, въпреки че трябва да записва около веднъж на секунда, за да улови най -силните пориви. Кодът поддържа текуща бележка за средната скорост на вятъра и максималния порив по време на сесията за запис.

3. Въпреки че на пръв поглед вятърната лопатка би била лесна за кодиране, след като тънкостите бъдат проучени, това е много по -сложно. По същество това е просто потенциометър с много нисък въртящ момент, но проблемът с получаването на показания от него се усложнява от факта, че има къса „мъртва зона“около посоката на север. Необходими са резистори и кондензатори, за да се предотвратят странни показания близо до север, които след това причиняват нелинейност в показанията. Също така, тъй като показанията са полярни, нормалните средни средни изчисления не са възможни и затова трябва да се изчисли по -сложният режим, който включва създаване на масивен масив от около 360 числа! …. И това не е краят …. Трябва да се обърне специално внимание на това в кой квадрант е насочен сензорът, сякаш е в квадранта от двете страни на север, режимът трябва да се третира по различен начин.

4. Влажността на почвата е проста сонда за проводимост, но за да се спести енергия и да се предотврати корозия, тя пулсира много бързо с един от резервните цифрови щифтове на Arduino.

5. Системата изпраща данни от Arduino до Raspberry Pi (или LoRa шлюз), но също така се нуждае от „обратно повикване“от приемника, за да потвърди, че действително е получила правилно данните, преди да нулира всички различни броячи и средни стойности и да вземе свеж набор от показания. Записващата сесия може да бъде около 5 минути всяка, след което Arduino се опитва да изпрати данните. Ако данните са повредени или няма интернет връзка, сесията за запис се удължава, докато обратното повикване покаже успех. По този начин няма да се пропусне максимален порив на вятъра или измерване на дъжда.

6. Макар и извън обхвата на този блог, веднъж в интернет сървъра (това е голям компютър, разположен в Ипсуич, Великобритания), данните след това се събират в база данни MySQL, която може да бъде достъпна с помощта на прости PHP скриптове. Крайният потребител също може да види данните, показвани във фантастични циферблати и графики, благодарение на собствения Java софтуер на Amcharts. Тогава „крайният резултат“може да се види тук:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

Стъпка 3: Файлове

Всички кодови файлове на Arduino, Raspberry Pi и файлът за създаване на печатна платка в софтуера „Design Spark“се намират в хранилището на Github тук:

github.com/paddygoat/Weather-Station

Стъпка 4: Попълване на печатната платка

За запояване на SMD компонентите не е необходим шаблон - просто нанесете малко спойка върху подложките на печатни платки и поставете компонентите с няколко пинсети. Компонентите са достатъчно големи, за да правят всичко на око и няма значение дали спойката изглежда разхвърляна или компонентите са малко извън центъра.

Поставете печатната платка в тостерна фурна и загрейте до 240 градуса С с помощта на термометър тип К, за да следите температурите. Изчакайте 30 секунди при 240 градуса и след това изключете фурната и отворете вратата, за да освободите топлината.

Сега останалите компоненти могат да бъдат запоени на ръка.

Ако искате да закупите печатна платка, изтеглете компресираните гербер файлове тук:

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

и ги качете в JLC тук:

Изберете размера на дъската 100 x 100 mm и използвайте всички настройки по подразбиране. Цената е $ 2 + пощенски разходи за 10 дъски.

Стъпка 5: Разгръщане

Метеорологичната станция е разположена в средата на полето с духови инструменти на висок стълб с кабели. Подробности за разполагането са дадени тук:

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

Стъпка 6: Предишна работа

Тази инструкция е най -новият етап в текущия проект, който има своята история на развитие в седем други предишни проекта:

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…