Meteorološka stanica male snage: 6 koraka (sa slikama)

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

Sada u svojoj trećoj verziji i testiranoj više od dvije godine, moja meteorološka stanica je nadograđena radi boljih performansi male snage i pouzdanosti prijenosa podataka.

Potrošnja energije - nije problem u drugim mjesecima osim u decembru i januaru, ali u ovim vrlo mračnim mjesecima, iako solarna ploča, ocijenjena na 40 W, nije bila u stanju pratiti korak sa potražnjom sistema … a većina potražnje dolazila je iz 2G FONA GPRS modul koji prenosi podatke direktno na mrežu.

Sljedeći problem je bio sa samim FONA GPRS modulom, ili vjerovatnije mrežom mobilnih telefona. Uređaj bi savršeno radio tjednima / mjesecima, ali bi se onda iznenada zaustavio bez očiglednog razloga. Očigledno da mreža pokušava poslati neku vrstu „informacija o ažuriranju sistema“koja, ako se ne prihvati, uzrokuje pokretanje uređaja s mreže, pa GPRS zapravo nije rješenje za održavanje za prijenos podataka koje ne zahtijeva održavanje. Šteta, jer kad je uspjelo, radilo je jako lijepo.

Ova nadogradnja koristi LoRa protokol male snage za slanje podataka na lokalni poslužitelj Raspberry Pi, koji će ih zatim poslati na međusobnu mrežu. Na ovaj način, sama meteorološka stanica može imati malu snagu na solarnom panelu i dio procesa „teškog podizanja“, koji se obavlja negdje unutar WIFI dometa na električnu mrežu. Naravno, ako imate javni LoRa pristupnik u dometu, Raspberry Pi neće biti potreban.

Izgradnja PCB -a meteorološke stanice je jednostavna jer su sve SMD komponente prilično velike (1206) i sve na PCB -u radi 100%. Neke komponente, naime duvački instrumenti, prilično su skupe, ali se ponekad mogu pronaći polovne na Ebayu.

Korak 1: Komponente

Arduino MKR1300 LORAWAN ……………………………………………………………………. 1 od

Raspberry Pi (opcionalno, ovisno o dostupnosti lokalnog LoRa pristupnika) ………… 1 od

BME280 za pritisak, vlažnost, temperaturu i nadmorsku visinu ………………………….. 1 od

RJ 25 konektor 477-387 …………………………………………………………………………… 1 od

L7S505 ……………………………………………………………………………………………………. 1 od

Biper 754-2053 ……………………………… 1 od

Shottky dioda (1206) …………………………………… 2 od

Odmarališta R1K …………………………………… 3 od

R4.7K otpornik ………………………………… 1 od

C100nF kondenzator …………………………….. 3 od

R100K …………………………………………… 1 od

R10K …………………………………………….. 4 od

C1uF ……………………………………………… 1 od

C0.33uF ………………………………………… 1 od

R100 …………………………………………….. 1 od

R0 ……………………………………………….. 1 od

Temperaturna sonda Dallas DS18B20 ………… 1 od

PCB ……………………………………………………… 1 od

Mjerač kiše ……………………………………………. 1 od

Sonda tla ……………………………………… 1 od (pogledajte korak 6 za DIY sondu)

A100LK anemometar ………………………….. 1 od

W200P vjetrokaz ………………………………..1 od

Korak 2: Kako to funkcionira

Dovoljno je lako natjerati senzore da rade za stvari poput temperature, vlažnosti i pritiska, ali neki drugi su prilično nezgodni, iako je sav kôd uključen u ovaj blog.

1. Mjerač kiše je u prekidu i radi kad se otkrije promjena. Kiša ulazi u instrument i kaplje na klackalicu koja se ljulja kad se jedan kraj napuni, pokrećući magnetski senzor dva puta pri prelasku. Senzor za kišu ima prednost nad svime i radi čak i ako se prenose podaci.

2. Anemometar radi tako što šalje impuls male snage čija frekvencija ovisi o njegovoj brzini. Vrlo je jednostavno kodirati i koristi vrlo malo energije iako mora snimiti otprilike jednom svake sekunde da bi uhvatio najjače udare. Kod vodi belešku o prosečnoj brzini vetra i maksimalnom naletu tokom sesije snimanja.

3. Iako bi na prvu pomisao vjetrokaz bio lako kodirati, jednom kad se istraže zamršenosti, mnogo je kompliciranije. U suštini, to je samo potenciometar s vrlo malim zakretnim momentom, ali problem dobijanja očitanja s njega kompliciran je činjenicom da ima kratku 'mrtvu zonu' u smjeru sjevera. Potrebni su mu otpornici i kondenzatori kako bi se spriječila čudna očitanja blizu sjevera koja onda uzrokuju nelinearnost očitanja. Također, jer su očitanja polarna, normalni prosječni izračuni nisu mogući, pa je potrebno izračunati složeniji način rada koji uključuje stvaranje masivnog niza od oko 360 brojeva! …. I tu nije kraj…. Posebno je potrebno uzeti u obzir u koji kvadrant senzor pokazuje kao da se nalazi u kvadrantu s obje strane sjevera, način se mora tretirati drugačije.

4. Vlažnost tla je jednostavna sonda za provođenje, ali radi uštede energije i sprječavanja korozije, pulsira vrlo brzo jednim od rezervnih digitalnih pinova Arduina.

5. Sustav šalje podatke s Arduina na Raspberry Pi (ili LoRa gateway), ali mu je potreban i "povratni poziv" od primatelja kako bi potvrdio da je zaista primio podatke prije poništavanja svih različitih brojača i prosjeka i uzimanja svež niz lektira. Sesija snimanja može trajati oko 5 minuta, nakon čega Arduino pokušava poslati podatke. Ako su podaci oštećeni ili nema internetske veze, sesija snimanja se produžuje sve dok povratni poziv ne pokaže uspjeh. Na ovaj način neće se propustiti maksimalni udar vjetra niti kiša.

6. Iako izlaze iz okvira ovog bloga, jednom na internetskom serveru (to je veliki računar koji se nalazi u Ipswichu, UK), podaci se zatim sastavljaju u MySQL bazu podataka kojoj se može pristupiti pomoću jednostavnih PHP skripti. Krajnji korisnik također može vidjeti podatke prikazane na otmjenim brojčanicima i grafikonima zahvaljujući vlasničkom Java softveru kompanije Amcharts. Tada se 'krajnji rezultat' može vidjeti ovdje:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

Korak 3: Datoteke

Sve datoteke kodova Arduino, Raspberry Pi i datoteke za kreiranje PCB -a na softveru 'Design Spark' nalaze se u Github spremištu ovdje:

github.com/paddygoat/Weather-Station

Korak 4: Popunjavanje PCB -a

Za lemljenje SMD komponenti nije potrebna šablona - samo utisnite malo lemljenja na pločice PCB -a i stavite komponente pincetom. Komponente su dovoljno velike da mogu sve raditi na oko i nije važno izgleda li lemljenje neuredno ili su komponente pomalo udaljene od centra.

Stavite PCB u toster pećnicu i zagrijte na 240 stepeni C pomoću termometrske sonde tipa K za praćenje temperatura. Pričekajte 30 sekundi na 240 stupnjeva, a zatim isključite pećnicu i otvorite vrata kako biste oslobodili toplinu.

Sada se ostale komponente mogu ručno lemiti.

Ako želite kupiti PCB, preuzmite zip gerber datoteke ovdje:

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

i postavite ih u JLC ovdje:

Odaberite veličinu ploče 100 x 100 mm i upotrijebite sve zadane postavke. Cijena je 2 USD + poštarina za 10 ploča.

Korak 5: Uvođenje

Meteorološka stanica postavljena je usred polja s duvačkim instrumentima na visokom stupu sa momačkim kablovima. Detalji o implementaciji navedeni su ovdje:

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

Korak 6: Prethodni rad

Ovo uputstvo je najnovija faza u toku projekta koji ima svoju istoriju razvoja u sedam drugih prethodnih projekata:

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…