Kako izgraditi vlastiti anemometar pomoću trska, prekidača Hall efekta i nekih bilješki na Nodemcu. - 1. dio - Hardver: 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Uvod

Od početka studija Arduina i kulture stvaratelja volio sam graditi korisne uređaje koristeći bezvrijedne komade otpada, poput čepova za boce, komada PVC -a, limenki za piće itd. Volim dati drugi život bilo kojem komadu ili bilo kojem materijal. Veliki dio materijala koji se ovdje koristi se uklanja sa neke opreme i reciklira

Kad sam započeo vlastiti projekt meteorološke stanice, shvatio sam da mjerenje intenziteta i smjera vjetra ne bi bilo lako niti jeftino. Nakon nekoliko mjeseci predstavljam vam ovaj projekt koji koristi uglavnom reciklirane materijale i vrlo jeftine elektroničke dijelove koji se lako mogu pronaći u bilo kojoj trgovini elektroničkih proizvoda.

Ovaj post ima 2 dela.

Dio 1 - Konstrukcija uređaja Anemometar i smjer vjetrobrana.

Dio 2 - Skica pomoću Arduino IDE -a za Esp8266 Nodemcu i prijenos na ThingSpeak.

Konačno rješenje pogledajte u videu.

Kako izgraditi vlastiti anemometar pomoću Hall -ovog senzora i trska

Opis projekta

Anemometar je uređaj koji može mjeriti brzinu vjetra i njegov smjer. Pomoću Hall Effect senzora moći ćemo izračunati koliko rotacija šalice daju u određenom vremenskom periodu. Intenzitet vjetra proporcionalan je brzini rotacije osi. Pomoću nekih jednostavnih fizikalnih jednadžbi možete odrediti linearnu brzinu vjetra u tom trenutku. Sve ćemo ih objasniti u drugom dijelu.

Smjer vjetra mjerit ćemo kroz vjetrobransko staklo sa neodimijumskim magnetom i sklopkama od trske. Tačke lopatice u smjeru vjetra i magnet koji je na nju spojen povezat će trske prekidače dopuštajući električnoj struji da prolazi kroz vezu (ili veze). Krugovi koji imaju pozitivnu struju pokazuju smjer vjetra, poput kompasa.

Imamo 8 kola koja će oponašati 16 pravaca: 4 kardinalne i 4 kolateralne tačke kada je aktiviran 1 prekidač (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW), a kada su dva prekidača aktivirana istovremeno imamo 8 pod -kolaterala bodovi (NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW).

Brzina i smjer vjetra će se izračunati i odrediti skicom u nodemcu. Ali ovo će biti objašnjeno u drugom dijelu. Sada idemo na sklop hardvera.

Odricanje odgovornosti: Ovaj anemometar se ne smije koristiti u profesionalne svrhe. To je samo za akademsku ili kućnu upotrebu.

Napomena: Engleski nije moj prirodni jezik. Ako pronađete gramatičke greške koje vas sprječavaju u razumijevanju projekta, obavijestite me da ih ispravim. Hvala ti puno.

Korak 1: Opis materijala

Vjetrokaz

8 x Reed prekidači

Otpornici 8 x 10 k ohma

PVC cijev 10 cm

2 PVC kapice promjera 5 cm

1 PVC kapa promjera 2,5 cm

1 CD4051 Analogni multiplekser

1 plastični disk

20 x 20 jak komad plastike

1 Neodimijski magnet (Dimenzije magneta moraju dopustiti da se dva prekidača spoje istovremeno. Moj je 0,5 x 0,5 cm i radi dobro.)

10 žica različitih boja

1 Općenito PCB

1 kuglični ležaj istog promjera aluminijumskih cijevi

1 aluminijska cijev cca 20 cm

1 aluminijska cijev cca 10 cm

1 obujmica za crijevo

Epoksidna masa

Instant ljepilo - cijanoakrilat i natrij bikarbonat

Anemometar

2 loptice za stolni tenis

4 drvena ili aluminijska štapa cca 12 cm

1 kuglični ležaj

1 aluminijska cijev cca 5 cm

3 komada žica različitih boja

1 hodni senzor SS49E

1 neodimijski magnet

Epoksidna masa i instant ljepilo - cijanoakrilat i natrij bikarbonat

2 plastične slavine promjera približno 3 do 5 cm

1 PVC kapa i 5 cm PVC cijev

1 PVC kapa promjera 2,5 cm

• Nodemcu
• Plastična futrola za elektroničke projekte
• Lemilica
• 1 PVC cijev otprilike 2 metra i "T" PVC priključak
• 1 PVC priključak 90 stepeni
• Napajanje 5V (koristim solarni panel)

Korak 2: Sklapanje Rosette sa lopaticom za vjetar

Reed prekidači i otpornici montirani na PCB

Izrežite generičku PCB ploču u obliku kruga nešto manjeg promjera od PVC kapice jer će, kad bude spremna, stati u nju.

Savijte nožne sklopke za 90 stupnjeva kako biste ih oprezno uklopili u tiskanu ploču kako ne biste slomili zaštitno staklo. Idealno je 3 mm udaljeno od stakla. Postavite svaki trstični prekidač prema dijagramu. Numerirajte svaki od 0 do 7 kao dijagram. Tačna identifikacija bit će važna pri povezivanju terminala na multiplekser. Lemilicom ih zalemite na ploču.

Postavite svaki otpornik kao dijagram na kojem je jedan od stezaljki lemljen u jednom od stezaljki trska, a drugi će biti zajednički za sve otpornike, pozicionirane u sredini tiskane ploče.

Lemite bakreni kabel koji povezuje sve vanjske priključke trska, ostavljajući zadnja dva bez veze. Kao prsten. Redoslijed zavarivanja nije bitan.

Na spoju svakog otpornika i trska sklopka žica za lemljenje svake boje. Oni su 8 različitih. Lemiti crvenu žicu na bakreni prsten trska prekidača kao pozitivnu i crnu žicu na spoju svih otpornika u centru "rozete", kao negativ.

Pogledajte dijagrame i pazite da numerirate kabele za povezivanje s multiplekserom.

Prije montaže provjerite veze

Prije nego nastavite sa sastavljanjem, predlažem testiranje veza. Koristite LED, bilo koju bateriju od 18650 3,7 V, neodimijski magnet i kabele s krokodilskim kandžama. Spojite bateriju na stezaljke VCC i GND i krokodilski kabel u GND s drugim krajem u negativu LED -a (upotrijebite plavi koji ne treba otpornik). Drugi kabel spojite na pozitivnu stranu LED -a, a drugi na svaki kabel spojen na prekidače. Sada provucite magnet kroz vanjski rub spojenog prekidača. Ako LED lampica svijetli, u redu je. Ako se ne uključi, provjerite zavarene spojeve. Da biste istovremeno testirali dvije veze, upotrijebite drugi kabel i jedan drugi kabel istovremeno. Prilikom prolaska magneta između dva prekidača, dvije LED diode bi trebale zasvijetliti. Bitno je da obje LED diode svijetle istovremeno kako bi električni signal mogao predstavljati podkolateralne točke kompasa kao što su ENE, ESE, SSW, NNW itd.

Korak 3: Spajanje na CD4051 multiplekser i sa njega

CD4051 Analogni multiplekser

Multiplekseri su kombinovana kola sa nekoliko ulaza i jednim izlazom podataka. Opremljeni su upravljačkim ulazima koji mogu izabrati jedan i samo jedan od ulaza podataka kako bi se omogućio njihov prijenos s odabranog ulaza na navedeni izlaz.

Ako ne znate rad CD4051, preporučujem da pročitate podatkovnu tablicu koju možete pronaći na webu. Ukratko, 4051 ima 8 analognih ulaza numerisanih od 0 do 7, 3 i pinove A, B i C koji zajedno omogućavaju čitanje ulaza i definiranje koji analogni izlaz se povezuje. Pri svakom očitanju softver analizira veze koje imaju pozitivnu struju i pokazat će odgovarajući smjer vjetra. To će biti detaljno objašnjeno u drugom dijelu članka. Pogledajte dijagram kako biste vidjeli kako je rozeta povezana s multiplekserom.

Priključci na Nodemcu

Za povezivanje Nodemcua trebat će nam 8 kabela. Pogledajte dijagram.

1 par pozitivnih (crvenih) i uzemljenih (crnih) žica koje napajaju struju do rozete

1 par pozitivnih (crvenih) i uzemljenih (crnih) kabela koji napajaju struju do CD4051

1 kabel za analogni izlaz A0 (sivo)

1 kabel za digitalni ulaz pina A = D5 (plavo)

1 kabel za digitalni ulaz pina B = D4 (zeleno)

1 kabel za digitalni ulaz pina C = D3 (žuto)

Koristio sam 10-žični telefonski kabel različitih boja kako bih olakšao završnu montažu.

Identificirajte svaki od kabela s njihovom odgovarajućom adresom kako biste olakšali konačnu montažu.

Korak 4: Montirajte sve na PVC postolje

Montiranje nosača

Uzmite KAPU od PVC -a promjera 5 cm, komad PVC cijevi i KAPU promjera 2,5 cm i zalijepite ih trenutnim ljepilom prema fotografiji. Također možete napraviti rupu promjera cijevi kako biste poboljšali vezu između komada. Nakon što su svi komadi zalijepljeni, nanesite još ljepila na zalijepljene rubove svakog komada i odmah prekrijte sodom bikarbonom. Prilikom sušenja ljepila imat ćete vrlo dobru tvrdoću.

Također biste trebali zalijepiti silikon na rub CAP -a koji će omogućiti brtvljenje spoja između 2 CAP -a i olakšati postavljanje rozete. Ostavite ih da se osuše pre nego što nastavite.

Pažljivo umetnite rozetu koja je već montirana na potporni dio i da dobro pristaje uz rub CAP -a. Upamtite da ćemo iznad ovoga montirati drugi CAP. Pogledajte fotografiju s konačnim rješenjem. Molimo identificirajte svaki od kabela kako biste olakšali veze s nodemcu -om.

Korak 5: Montiranje lopatice

Montiranje strukture lopatice

Napravite pokazivač s epoksidnom masom oblika prikazanog na fotografiji. Kad se pravilno osuši, izvažite komad i sačuvajte vrijednost.

Uzmite komad plastike i odrežite ga simetrično za zadnji dio lopatice koji služi za usmjeravanje vjetra. Izvažite i sačuvajte vrijednost.

Uzmite jednu od aluminijskih cijevi i zalijepite pokazivač i vjetrokaz trenutnim ljepilom sa svim dijelovima poravnatim po sredini. Učinite isto kao i prije sa sodom bikarbonom kako biste povećali tvrdoću svakog od slijepljenih dijelova.

Uzmite drugu aluminijsku cijev i utvrdimo gdje će se zaglaviti u drugoj cijevi. Da bi se održala ravnoteža komada, udaljenost po težini leđa trebala bi biti jednaka udaljenosti po težini pokazivača. (Pogledajte proračune koji su prikazani na dijagramu.) Mjerenje udaljenosti treba obaviti manje -više do središta mase svakog komada. Koristite instant ljepilo i sodu bikarbonu.

Napravite rupu u sredini CAP -a promjera kugličnog ležaja. Zalijepite ga na poklopac trenutnim ljepilom. Važno je odabrati kuglični ležaj koji ima isti unutarnji promjer okomite aluminijske cijevi lopatice.

Na kraju, uzmite plastični disk približnog promjera 4,5 cm i zalijepite mali komad metala na rub. Pogledajte fotografiju Na ovaj način ćete moći "zalijepiti" neodimijski magnet i prilagoditi ga prilikom kalibracije instrumenta. Može se pomicati u nekoliko smjerova kako bi pogodio očitanja mjerenja.

Postavite plastični disk s metalnim dijelom zaglavljenim u istom smjeru kao vodoravni pokazivač aluminijske cijevi. Ovo je važno da magnet pokaže isti smjer kao i lopatica.

Da biste olakšali konačno sastavljanje anemometra i poravnali sjever lopatice sa geografijom sjevera, odštampajte ružu vjetrova i zalijepite je na gornji poklopac CAP -a. Disk će biti zaglavljen u aluminijskoj cijevi, ali prvo umetnite aluminijsku cijev u kuglični ležaj i umetnite aluminijsku cijev u disk. Podesite visinu tako da udaljenost između magneta i ruba poklopca bude između 1 i 1,5 cm. To mora biti dovoljno da magnet pravilno poveže trska. Zalijepite disk trenutnim ljepilom i kalcijevim bikarbonatom što je moguće vodoravnije.

Montirajte dva dijela tako da usmjerite sjever ruže vjetrova poravnato sa prekidačem broj 0 (koji predstavlja sjever) i spojite ih pomoću stezaljke. Nemojte koristiti ljepilo jer ćete morati biti namješteni i kalibrirani mnogo puta prije nego budete potpuno spremni.

Pogledajte fotografije kako biste vidjeli konačno rješenje.

Korak 6: Montiranje anemometra

Montiranje nosača

Uzmite 2 plastična poklopca i zalijepite ih trenutnim ljepilom. Izbušite 4 rupe na poklopcima kako je prikazano na dijagramu. U svaku rupu zabodite drvene ili aluminijske štapiće. Izrežite 2 loptice za stolni tenis u sredini i svaku zalijepite na krajeve štapova, a sve s udubljenim dijelom za istu stranu. Približna mjerenja prikazana su na dijagramu.

Napravite rupu u sredini CAP -a 2,5 cm promjera kugličnog ležaja. Zalijepite ga na poklopac trenutnim ljepilom. Soda bikarbonu koristite i vrlo pažljivo.

Umetnite aluminijumsku cev u kuglični ležaj na odgovarajućoj visini (pogledajte fotografiju). Ako nije pravilno podešeno, pažljivo stavite kapljicu ljepila.

Montaža Hallovog modula

Na rubu CAP -a napravite malu rupu kako biste prošli glavu Hall -ovog senzora.

Zalijepite neodimijski magnet sa strane plastičnih čepova prema fotografiji.

Za povezivanje senzorskog modula upotrijebite 3 žice različite boje.

Umetnite Hall modul i usmjerite senzor okrenut prema magnetu na udaljenosti od 2 do 4 mm. Testirajte ako rotacija vratila ne pogodi magnet senzorom.

Koristite bateriju od 3,7 V da biste provjerili reagira li modul na približavanje magneta okretanjem vodiča na svaki kontakt. Ako se LED dioda uključi, sve je u redu. Ako nije, pomaknite senzor bliže magnetu dok se LED lampica ne uključi.

Ako je sve u redu, pričvrstite modul u nosač pomoću kapljice ljepila.

Konačno, drugi kraj štapa bit će zaglavljen u plastičnom poklopcu trenutnim ljepilom i sodom bikarbonom, podešavajući ispravnu visinu.

Identificiranje žica

Identificirajte sve kabele - VCC, GND i signal - kako biste olakšali vezu s nodemcu -om.

Korak 7: Spajanje svih

Sada možete spojiti dva uređaja zajedno pomoću "T" veze i komada PVC cijevi kao što je prikazano na fotografiji. Nemojte koristiti ljepilo jer ako postoji potreba za nekim podešavanjem ili održavanjem, to neće biti moguće. Napravio sam male rupe i pomoću vijaka ih držao čvrsto. Provedite kabele dva uređaja kroz cijev. Kako će anemometar biti instaliran na krovu kuće, napravio sam i 3 metra kabela za njegovo povezivanje s nodemcu -om koji će biti instaliran u zatvorenom prostoru.

Korak 8: Povezivanje Nodemcu -a i instalacija

Dijagrami prikazuju ispravnu vezu svakog kabla. Da bih testirao rad, koristio sam OLED ekran od 0,96 da pročitam mjerenja i provjerim da li su tačni, povežite OLED na ovaj način:

D1 - SCL

D2 - SDA

VCC i GND

Jedina briga za postavljanje na strop je održavanje cijelog uređaja na ispravnom nivou. Za to upotrijebite mjehurić i mnoge velike vijke. I ne zaboravite da se obratite sjeverno od vašeg anemometra za geografski sjever vašeg kompasa. U suprotnom, smjer vjetra neće odgovarati stvarnosti.

I to je sve. U sljedećem postu ću objasniti skicu koja će se učitati u nodemcu koristeći Arduino IDE.

Ako imate bilo kakvih nedoumica, ne ustručavajte se kontaktirati me.

Pozdrav

Velika nagrada u IoT izazovu