Stacja pogodowa o niskiej mocy: 6 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Teraz w trzeciej wersji, testowanej przez ponad dwa lata, moja stacja pogodowa została zmodernizowana, aby uzyskać lepszą wydajność przy niskim poborze mocy i niezawodność przesyłania danych.

Pobór mocy - nie problem w miesiącach innych niż grudzień i styczeń, ale w tych bardzo ciemnych miesiącach panel słoneczny, mimo że ma moc 40 W, nie był w stanie nadążyć za zapotrzebowaniem systemu… a większość zapotrzebowania pochodziła z moduł 2G FONA GPRS, który przesyła dane bezpośrednio do sieci.

Kolejny problem dotyczył samego modułu FONA GPRS, a raczej sieci telefonii komórkowej. Urządzenie działałoby idealnie przez tygodnie/miesiące, ale potem nagle przestało działać bez wyraźnego powodu. Najwyraźniej sieć próbuje wysłać pewnego rodzaju „informacje o aktualizacji systemu”, które, jeśli nie zostaną zaakceptowane, powodują wyłączenie urządzenia z sieci, więc GPRS nie jest tak naprawdę bezobsługowym rozwiązaniem do transmisji danych. Szkoda, bo kiedy zadziałało, zadziałało naprawdę ładnie.

Ta aktualizacja wykorzystuje protokół LoRa o niskim poborze mocy do wysyłania danych do lokalnego serwera Raspberry Pi, który następnie prześle je do sieci. W ten sposób sama stacja pogodowa może mieć niską moc na panelu słonecznym, a część procesu „ciężkie podnoszenie” odbywa się gdzieś w zasięgu sieci WIFI przy zasilaniu sieciowym. Oczywiście, jeśli masz w zasięgu publiczną bramę LoRa, Raspberry Pi nie będzie wymagane.

Budowa płytki PCB stacji pogodowej jest łatwa, ponieważ wszystkie elementy SMD są dość duże (1206), a wszystko na płytce PCB działa w 100%. Niektóre elementy, a mianowicie instrumenty dęte, są dość drogie, ale czasami można je znaleźć w serwisie eBay z drugiej ręki.

Krok 1: Komponenty

Arduino MKR1300 LORAWAN ………………………………………………………………. 1 z

Raspberry Pi (opcjonalnie w zależności od dostępności lokalnej bramy LoRa) ………… 1 z

BME280 dla ciśnienia, wilgotności, temperatury i wysokości ………………………….. 1 z

Złącze RJ 25 477-387 ……………………………………………………………………… 1 z

L7S505 ………………………………………………………………………………………………. 1 z

Sygnał dźwiękowy 754-2053 ……………………………… 1 z

Dioda Shottky'ego (1206) …………………………………… 2 z

regeneratory R1K …………………………………… 3 z

Rezystor R4.7K ………………………………… 1 z

Kondensator C100nF …………………………….. 3 of

R100K …………………………………………… 1 z

R10K …………………………………………….. 4 z

C1uF ……………………………………………… 1 z

C0.33uF ………………………………………… 1 z

R100 …………………………………………….. 1 z

R0 ……………………………………………….. 1 z

Sonda temperatury Dallas DS18B20 ………… 1 z

PCB ……………………………………………………… 1 z

Wskaźnik opadów ……………………………………………. 1 z

Sonda do gleby ……………………………………… 1 z (patrz krok 6 dla sondy do majsterkowania)

Anemometr A100LK ………………………….. 1 z

Wiatrowskaz W200P ………………………………..1 z

Krok 2: Jak to działa

Łatwo jest sprawić, by czujniki działały na takie rzeczy jak temperatura, wilgotność i ciśnienie, ale niektóre inne są dość trudne, chociaż cały kod znajduje się na tym blogu.

1. Deszczomierz jest w trybie „przerwania” i działa po wykryciu zmiany. Deszcz dostaje się do przyrządu i kapie na kołyskę, która kołysze się, gdy jeden koniec jest pełny, dwukrotnie uruchamiając czujnik magnetyczny. Czujnik deszczu ma pierwszeństwo przed wszystkim i działa, nawet jeśli dane są przesyłane.

2. Anemometr działa poprzez wysyłanie impulsu o małej mocy, którego częstotliwość jest zależna od jego prędkości. Jest bardzo prosty w kodowaniu i zużywa bardzo mało energii, mimo że musi nagrywać mniej więcej raz na sekundę, aby wyłapać najpoważniejsze porywy. Kod zachowuje bieżącą notatkę o średniej prędkości wiatru i maksymalnym podmuchu podczas sesji nagraniowej.

3. Chociaż na pierwszy rzut oka wiatrowskaz byłby łatwy do zakodowania, po zbadaniu zawiłości sprawa jest o wiele bardziej skomplikowana. Zasadniczo jest to potencjometr o bardzo niskim momencie obrotowym, ale problem z odczytami z niego jest potęgowany przez fakt, że ma krótką „martwą strefę” wokół kierunku północnego. Wymaga rezystorów obniżających i kondensatorów, aby zapobiec dziwnym odczytom w pobliżu północy, które następnie powodują nieliniowość odczytów. Ponadto, ponieważ odczyty są biegunowe, normalne obliczenia średniej średniej nie są możliwe, dlatego należy obliczyć bardziej skomplikowany tryb, który obejmuje utworzenie ogromnej tablicy około 360 liczb! …. A to nie koniec…. Należy zwrócić szczególną uwagę na to, w którą ćwiartkę wskazuje czujnik, tak jakby znajdował się w kwadrancie po obu stronach północy, tryb musi być traktowany inaczej.

4. Wilgotność gleby to prosta sonda przewodności, ale aby zaoszczędzić energię i zapobiec korozji, jest bardzo szybko pulsowana jednym z zapasowych pinów cyfrowych Arduino.

5. System wysyła dane z Arduino do Raspberry Pi (lub bramy LoRa), ale potrzebuje również „oddzwonienia” od odbiornika, aby potwierdzić, że rzeczywiście odebrał dane prawidłowo przed zresetowaniem wszystkich różnych liczników i średnich oraz wykonaniem świeży zestaw odczytów. Sesja nagraniowa może trwać około 5 minut każda, po czym Arduino próbuje wysłać dane. Jeśli dane są uszkodzone lub nie ma połączenia z Internetem, sesja nagrywania zostaje przedłużona do momentu, gdy oddzwonienie wskaże sukces. W ten sposób nie zostanie pominięty żaden maksymalny podmuch wiatru ani pomiar deszczu.

6. Chociaż poza zakresem tego bloga, raz na serwerze internetowym (jest to duży komputer znajdujący się w Ipswich w Wielkiej Brytanii), dane są następnie gromadzone w bazie danych MySQL, do której można uzyskać dostęp za pomocą prostych skryptów PHP. Użytkownik końcowy może również zobaczyć dane wyświetlane na wymyślnych tarczach i wykresach dzięki autorskiemu oprogramowaniu Java firmy Amcharts. Wtedy „wynik końcowy” można zobaczyć tutaj:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

Krok 3: Pliki

Wszystkie pliki kodu Arduino, Raspberry Pi oraz plik do tworzenia PCB w oprogramowaniu „Design Spark” znajdują się w repozytorium Github tutaj:

github.com/paddygoat/Stacja-pogodowa

Krok 4: Zapełnianie PCB

Do lutowania elementów SMD nie jest potrzebny szablon - wystarczy nałożyć odrobinę lutowia na pady PCB i umieścić elementy za pomocą pęsety. Elementy są na tyle duże, że robią wszystko na oko i nie ma znaczenia, czy lut wygląda na niechlujny, czy elementy są nieco przesunięte.

Umieść płytkę PCB w tosterze i podgrzej do 240 stopni C za pomocą sondy termometru typu K do monitorowania temperatury. Odczekaj 30 sekund w 240 stopniach, a następnie wyłącz piekarnik i otwórz drzwi, aby uwolnić ciepło.

Teraz pozostałe elementy można lutować ręcznie.

Jeśli chcesz kupić PCB, pobierz spakowane pliki gerber tutaj:

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

i prześlij je do JLC tutaj:

Wybierz rozmiar płyty 100 x 100 mm i użyj wszystkich wartości domyślnych. Koszt to 2 USD + opłata pocztowa za 10 tablic.

Krok 5: Wdrożenie

Stacja pogodowa jest umieszczona na środku pola z instrumentami dętymi na wysokim słupie z odciągami. Szczegóły wdrożenia znajdują się tutaj:

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

Krok 6: Poprzednia praca

Ta instrukcja jest najnowszym etapem trwającego projektu, który ma swoją historię rozwoju w siedmiu innych poprzednich projektach:

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…