Jak zbudować własny anemometr za pomocą kontaktronów, czujnika Halla i niektórych notatek na Nodemcu. - Część 1 - Sprzęt: 8 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Wstęp

Odkąd zacząłem studiować Arduino i Maker Culture, lubiłem budować przydatne urządzenia ze śmieci i złomu, takich jak kapsle, kawałki PCV, puszki po napojach itp. Uwielbiam dawać drugie życie każdemu kawałkowi materiał. Duża część użytych tu materiałów to złom usunięty z niektórych urządzeń i poddany recyklingowi

Rozpoczynając projekt własnej stacji pogodowej zdałem sobie sprawę, że pomiar natężenia i kierunku wiatru nie będzie ani łatwy, ani tani. Po kilku miesiącach przedstawiam Wam ten projekt, który wykorzystuje głównie materiały pochodzące z recyklingu i bardzo tanie części elektroniczne, które można łatwo znaleźć w każdym sklepie elektronicznym.

Ten post składa się z 2 części.

Część 1 - Budowa urządzeń Anemometr i kierunek wiatrowskazu.

Część 2 - Szkic z wykorzystaniem Arduino IDE dla Esp8266 Nodemcu i transmisja do ThingSpeak.

Zobacz wideo, aby poznać ostateczne rozwiązanie.

Jak zbudować własny anemometr za pomocą czujnika Halla i kontaktronów?

Opis Projektu

Anemometr to urządzenie zdolne do pomiaru prędkości i kierunku wiatru. Za pomocą czujnika Halla będziemy mogli policzyć, ile obrotów wykonują kubki w określonym czasie. Intensywność wiatru jest proporcjonalna do prędkości obrotu osi. Za pomocą kilku prostych równań fizycznych możesz określić liniową prędkość wiatru w danym momencie. Wyjaśnimy je wszystkie w części 2.

A kierunek wiatru zmierzymy przez przednią szybę za pomocą magnesu neodymowego i kontaktronów. Wiatrowskaz wskazuje kierunek wiatru, a przymocowany do niego magnes połączy kontaktrony, umożliwiając przepływ prądu elektrycznego przez połączenie (lub połączenia). Obwody z dodatnim prądem wskazują kierunek wiatru, jak kompas.

Mamy 8 obwodów, które będą emulować 16 kierunków: 4 punkty kardynalne i 4 punkty zabezpieczeń przy zadziałaniu 1 łącznika (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW) i przy zadziałaniu 2 łączników jednocześnie mamy 8 podzabezpieczeń punktów (NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW).

Prędkość i kierunek wiatru zostaną obliczone i określone przez szkic w nodemcu. Ale zostanie to wyjaśnione w części 2. Przejdźmy teraz do montażu sprzętu.

Zastrzeżenie: Ten anemometr nie powinien być używany do celów profesjonalnych. To jest tylko do użytku akademickiego lub domowego.

Uwaga: angielski nie jest moim językiem naturalnym. Jeśli znajdziesz błędy gramatyczne, które uniemożliwiają zrozumienie projektu, daj mi znać, aby je poprawić. Bardzo dziękuję.

Krok 1: Zestawienie materiałów

Wiatrowskaz

8 x kontaktrony

Rezystory 8 x 10 k omów

Rura PCV 10 cm

2 nasadki z PVC o średnicy 5 cm

1 nasadka PVC o średnicy 2,5 cm

1 multiplekser analogowy CD4051

1 plastikowy dysk

Mocny plastikowy kawałek 20x20

1 Magnes neodymowy (Wymiary magnesu muszą umożliwiać jednoczesne podłączenie dwóch przełączników. Mój ma 0,5 x 0,5 cm i ma się dobrze.)

10 różnych kolorów przewodów

1 ogólna płytka drukowana

1 łożysko kulkowe o tej samej średnicy rur aluminiowych

1 rurka aluminiowa ok 20 cm

1 rurka aluminiowa ok. 10 cm

1 zacisk węża

Masa epoksydowa

Klej błyskawiczny - cyjanoakrylan i wodorowęglan sodu

Wiatromierz

2 piłki do ping-ponga

4 drewniane lub aluminiowe patyczki ok. 12 cm

1 łożysko kulkowe

1 rurka aluminiowa ok. 5 cm

3 kawałki przewodów w różnych kolorach

1 czujnik halla SS49E

1 magnes neodymowy

Masa epoksydowa i klej błyskawiczny - cyjanoakrylan i wodorowęglan sodu

2 plastikowe krany o średnicy około 3 do 5 cm

1 nasadka z PVC i 5 cm rurka z PVC

1 nasadka PVC o średnicy 2,5 cm

• Nodemcu
• Plastikowa obudowa do projektów elektronicznych
• Lutownica
• 1 rura PVC około 2 metry i złącze PVC „T”
• 1 połączenie PVC 90 stopni
• Zasilanie 5V (używam panelu słonecznego)

Krok 2: Montaż wiatrowskazu Rosetta

Kontaktrony i rezystory montowane na PCB

Wytnij generyczną płytkę PCB w formie koła o nieco mniejszej średnicy niż PVC CAP, ponieważ gdy będzie gotowa, będzie się do niej pasować.

Zegnij nóżki kontaktronu pod kątem 90 stopni, aby dopasować je do płytki, uważając, aby nie stłuc szkła ochronnego. Idealny jest 3 mm od szyby. Zamontuj każdy kontaktron zgodnie ze schematem. Ponumeruj od 0 do 7 jak na diagramie. Prawidłowa identyfikacja będzie ważna przy podłączaniu zacisków do multipleksera. Użyj lutownicy, aby przylutować je do płyty.

Ustaw każdy rezystor jak na schemacie, na którym jeden z zacisków jest przylutowany do jednego z zacisków kontaktronu, a drugi będzie wspólny dla wszystkich rezystorów, umieszczony na środku płytki drukowanej.

Przylutuj kabel miedziany, który łączy wszystkie zewnętrzne zaciski kontaktronów, pozostawiając dwa ostatnie bez połączenia. Jak pierścionek. Kolejność spawania nie ma znaczenia.

Na styku każdego rezystora i kontaktronu przewód lutowniczy każdego koloru. Jest ich 8 różnych. Czerwony przewód przylutuj do miedzianego pierścienia kontaktronów jako dodatni, a czarny przewód do złącza wszystkich oporników w środku „rozety”, jako ujemny.

Spójrz na schematy i zachowaj numerację kabli do podłączenia do multipleksera.

Sprawdź połączenia przed montażem

Przed przystąpieniem do montażu proponuję przetestować połączenia. Użyj diody led, dowolnej baterii 18650 3,7 V, magnesu neodymowego i kabli z pazurami krokodyla. Podłącz baterię do zacisków VCC i GND, a kabel krokodylkowy w GND z drugim końcem w ujemnym kierunku diody (użyj niebieskiego, który nie potrzebuje rezystora). Podłącz drugi kabel do plusa diody, a drugi do każdego kabla podłączonego do przełączników. Teraz przełóż magnes przez zewnętrzną krawędź podłączonego przełącznika. Jeśli dioda się zaświeci, to jest w porządku. Jeśli się nie włącza, sprawdź spawy. Aby przetestować dwa połączenia w tym samym czasie, użyj jednocześnie innego kabla i innej diody LED. Podczas przechodzenia magnesu między dwoma przełącznikami, dwie diody LED powinny się zaświecić. Istotne jest, aby obie diody świeciły jednocześnie, aby sygnał elektryczny mógł reprezentować podrzędne punkty kompasu, takie jak ENE, ESE, SSW, NNW itp.

Krok 3: Połączenia do iz multipleksera CD4051

Multiplekser analogowy CD4051

Multipleksery to układy kombinowane z kilkoma wejściami i pojedynczym wyjściem danych. Są one wyposażone w wejścia sterujące umożliwiające wybór jednego i tylko jednego z wejść danych, aby umożliwić ich transmisję z wybranego wejścia na wspomniane wyjście.

Jeśli nie znasz działania CD4051 polecam zapoznać się z kartą katalogową, którą możesz znaleźć w sieci. Podsumowując, 4051 posiada 8 wejść analogowych ponumerowanych od 0 do 7, 3 oraz piny A, B i C, które połączone pozwalają na odczyt wejść i zdefiniowanie, które wyjście analogowe jest podłączone. Przy każdym odczycie oprogramowanie analizuje, które połączenia są z dodatnim prądem i wskaże odpowiedni kierunek wiatru. Zostanie to szczegółowo wyjaśnione w części 2 postu. Spójrz na diagram, aby zobaczyć, jak rozeta jest połączona z multiplekserem.

Połączenia z Nodemcu

Do podłączenia Nodemcu będziemy potrzebować 8 kabli. Zobacz schemat.

1 para przewodów dodatniego (czerwonego) i uziemiającego (czarnego), które dostarczają prąd do rozety

1 para przewodów dodatniego (czerwonego) i masy (czarnego), które dostarczają prąd do CD4051

1 kabel do wyjścia analogowego A0 (szary)

1 kabel do wejścia cyfrowego pin A = D5 (niebieski)

1 kabel do wejścia cyfrowego pin B = D4 (zielony)

1 kabel do wejścia cyfrowego pinu C = D3 (żółty)

Do końcowego montażu użyłem 10-żyłowego kabla telefonicznego w różnych kolorach.

Zidentyfikuj każdy z kabli za pomocą odpowiedniego adresu, aby ułatwić ostateczny montaż.

Krok 4: Montaż wszystkiego w stojaku PVC

Montaż podpory

Weź nakrętkę z PVC o średnicy 5 cm, kawałek rurki z PVC i nasadkę o średnicy 2,5 cm i sklej je klejem błyskawicznym zgodnie ze zdjęciem. Możesz również wykonać otwór o średnicy rurki, aby poprawić połączenie między kawałkami. Po sklejeniu wszystkich kawałków nałóż więcej kleju na sklejone krawędzie każdego kawałka i natychmiast przykryj sodą oczyszczoną. Podczas suszenia kleju uzyskasz bardzo dobrą twardość.

Należy również przykleić silikon na krawędzi nasadki, który pozwoli uszczelnić połączenie między 2 nasadkami i ułatwi dopasowanie rozety. Pozwól im wyschnąć przed kontynuowaniem.

Ostrożnie włóż rozetę już zamontowaną na elemencie nośnym i dopasuj ją do krawędzi nasadki. Pamiętaj, że nad tym zamontujemy drugi CAP. Spójrz na zdjęcie z ostatecznym rozwiązaniem. I proszę zidentyfikować każdy z kabli, aby ułatwić połączenie z nodemcu.

Krok 5: Montaż łopatki

Montaż konstrukcji łopatki

Zrób wskaźnik z masy epoksydowej o kształcie pokazanym na zdjęciu. Po wyschnięciu należy zważyć sztukę i zapisać wartość.

Weź kawałek plastiku i przytnij go symetrycznie do tylnej części łopatki, która służy do kierowania wiatrem. Zważ również i zapisz wartość.

Weź jedną z aluminiowych rurek i przyklej wskaźnik i wiatrowskaz klejem błyskawicznym z wszystkimi elementami ułożonymi na środku. Zrób to samo, co wcześniej z sodą oczyszczoną, aby zwiększyć twardość każdej z sklejonych części.

Weź drugą aluminiową rurkę i ustalmy, gdzie zostanie wbita w drugą rurkę. Aby utrzymać równowagę figury, odległość ważona przez ciężar pleców powinna być równa odległości liczonej przez wagę wskaźnika. (Patrz obliczenia pokazane na schemacie.) Pomiary odległości należy wykonywać mniej więcej do środka masy każdego elementu. Użyj kleju błyskawicznego i sody oczyszczonej.

Zrób otwór w środku CAP o średnicy łożyska kulkowego. Użyj kleju błyskawicznego, aby przykleić go do wieczka. Ważne, aby wybrać łożysko kulkowe, które ma taką samą średnicę wewnętrzną, jak pionowa aluminiowa rura łopatki.

Na koniec weź plastikowy krążek o średnicy około 4,5 cm i przyklej mały kawałek metalu na krawędzi. Zobacz zdjęcie W ten sposób będziesz mógł "przykleić" magnes neodymowy i wyregulować go podczas kalibracji instrumentu. Można go przesuwać w kilku kierunkach, aby odgadnąć odczyty pomiarów.

Ustaw plastikowy krążek z metalową częścią wklejoną w tym samym kierunku, co wskaźnik poziomej aluminiowej rurki. Jest to ważne, aby magnes wskazywał ten sam kierunek co łopatka.

Aby ułatwić ostateczny montaż anemometru i wyrównać północną część wiatrowskazu z północną geografią, narysuj różę wiatrów i wklej na górnej pokrywie Czapki. Dysk utknie w aluminiowej rurce, ale najpierw włóż aluminiową rurkę do łożyska kulkowego i włóż aluminiową rurkę do dysku. Wyreguluj wysokość tak, aby odległość między magnesem a krawędzią nasadki wynosiła od 1 do 1,5 cm. To musi wystarczyć, aby magnes prawidłowo podłączył kontaktron. Przyklej krążek klejem błyskawicznym i wodorowęglanem wapnia tak poziomo, jak to możliwe.

Zamontuj dwie części, kierując na północ od róży wiatrów, wyrównaną z przełącznikiem numer 0 (reprezentującym północ) i użyj zacisku, aby je połączyć. Nie używaj kleju, ponieważ będziesz musiał wielokrotnie dopasowywać i kalibrować, zanim będziesz całkowicie gotowy.

Spójrz na zdjęcia, aby zobaczyć ostateczne rozwiązanie.

Krok 6: Montaż anemometru

Montaż podpory

Weź 2 plastikowe wieczka i przyklej klejem błyskawicznym. Wywierć 4 otwory w pokrywkach, jak pokazano na schemacie. Przyklej drewniane lub aluminiowe różdżki w każdym otworze. Wytnij 2 piłeczki pingpongowe na środku i przyklej każdą na końcach prętów, wszystkie wklęsłą częścią po tej samej stronie. Przybliżone pomiary pokazano na schemacie.

Zrób otwór w środku nasadki 2,5 cm o średnicy łożyska kulkowego. Użyj kleju błyskawicznego, aby przykleić go do wieczka. Używaj również sody oczyszczonej bardzo ostrożnie.

Włóż aluminiową rurkę do łożyska kulkowego na kompatybilnej wysokości (patrz zdjęcie). Jeśli nie jest odpowiednio wyregulowany, ostrożnie nałóż kroplę kleju.

Montaż modułu hali

Na krawędzi nasadki wykonaj mały otwór, aby przejść przez głowicę czujnika Halla.

Przyklej magnes neodymowy z boku plastikowych nakładek zgodnie ze zdjęciem.

Użyj 3 różnych kolorowych przewodów do podłączenia modułu czujnika.

Włóż moduł Halla i skieruj czujnik przodem do magnesu w odległości 2 do 4 mm. Sprawdź, czy obrót wału nie uderza w magnes z czujnikiem.

Użyj baterii 3,7 V, aby sprawdzić, czy moduł reaguje na zbliżanie się magnesu, obracając diodę LED do każdego styku. Jeśli dioda się zaświeci, wszystko jest w porządku. Jeśli nie, przesuń czujnik bliżej magnesu, aż zaświeci się dioda LED.

Jeśli wszystko jest w porządku, zamocuj moduł w podporze za pomocą kropli kleju.

Na koniec drugi koniec pręta zostanie wklejony w plastikową pokrywkę za pomocą kleju błyskawicznego i sody oczyszczonej, dostosowując odpowiednią wysokość.

Identyfikacja przewodów

Zidentyfikuj wszystkie kable - VCC, GND i Signal - aby ułatwić połączenie z nodemcu.

Krok 7: Wszystko razem

Teraz możesz zmontować oba urządzenia razem za pomocą połączenia "T" i kawałka rurki PCV, jak pokazano na zdjęciu. Nie używaj kleju, ponieważ jeśli zajdzie potrzeba regulacji lub konserwacji, nie będzie to możliwe. Zrobiłem małe otwory i użyłem śrub, aby je mocno docisnąć. Przeprowadź kable 2 urządzeń przez rurkę. Ponieważ anemometr zostanie zainstalowany na dachu domu, wykonałem również 3 metrowe kable, aby podłączyć go do nodemcu, który zostanie zainstalowany w pomieszczeniu.

Krok 8: Podłączanie Nodemcu i instalacja

Schematy pokazują poprawne podłączenie każdego kabla. Do przetestowania działania użyłem ekranu OLED o przekątnej 0,96 do odczytania pomiarów i sprawdzenia, czy są poprawne, OLED podłączam w ten sposób:

D1 - SCL

D2 - SDA

VCC i GND

Aby zainstalować na suficie, jedyną troską jest utrzymanie całego urządzenia na odpowiednim poziomie. Do tego użyj poziomicy i wielu dużych śrub. I nie zapomnij zaadresować północy anemometru na geograficzną północ od kompasu. W przeciwnym razie kierunek wiatru nie będzie odpowiadał rzeczywistości.

I to wszystko. W następnym poście wyjaśnię szkic do załadowania w nodemcu za pomocą Arduino IDE.

Jeśli masz jakiekolwiek wątpliwości, nie wahaj się ze mną skontaktować.

Pozdrowienia

Główna nagroda w Wyzwaniu IoT