Stacja pogodowa z rejestracją danych: 7 kroków (ze zdjęciami)

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

W tej instrukcji pokażę, jak samodzielnie wykonać system stacji pogodowej. Wystarczy podstawowa wiedza z zakresu elektroniki, programowania i trochę czasu.

Ten projekt jest wciąż w trakcie tworzenia. To tylko pierwsza część. Uaktualnienia zostaną przesłane w ciągu najbliższych jednego lub dwóch miesięcy.

Jeśli masz jakieś pytania lub problemy, możesz skontaktować się ze mną na mój mail:[email protected]. Komponenty dostarczone przez DFRobot

Więc zacznijmy

Krok 1: Materiały

Prawie wszystkie potrzebne materiały do tego projektu można kupić w sklepie internetowym: DFRobot

Do tego projektu będziemy potrzebować:

-Zestaw stacji pogodowej

-Moduł karty SD Arduino

-Karta SD

-Menedżer energii słonecznej

-5V 1A panel słoneczny

-Niektóre nylonowe opaski kablowe

-Zestaw montażowy

-Wyświetlacz LCD

-Płytka do krojenia chleba

-Baterie litowo-jonowe (użyłem baterii Sanyo 3,7V 2250mAh)

-Wodoodporna plastikowa skrzynka przyłączeniowa

-Niektóre przewody

-Rezystory (2x 10kOhm)

Krok 2: Moduły

Do tego projektu wykorzystałem dwa różne moduły.

Menedżer energii słonecznej

Moduł ten może być zasilany dwoma różnymi zasilaczami, baterią 3,7 V, panelem słonecznym 4,5 V - 6 V lub kablem USB.

Posiada dwa różne wyjścia. Wyjście USB 5V, które można wykorzystać do zasilania Arduino lub innego kontrolera oraz piny 5V do zasilania różnych modułów i czujników.

Dane techniczne:

• Solarne napięcie wejściowe (SOLAR IN): 4,5 V ~ 6 V
• Wejście akumulatora (BAT IN): 3,7 V jednoogniwowy akumulator litowo-polimerowy/litowo-jonowy
• Prąd ładowania akumulatora (USB/SOLAR IN): 900mA Max ładowanie podtrzymujące, stały prąd, stałe napięcie trzy fazy ładowania
• Napięcie odcięcia ładowania (USB/SOLAR IN): 4,2 V ± 1%
• Regulowany zasilacz: 5V 1A
• Regulowana wydajność zasilacza (3,7 V BAT IN): 86% przy 50% obciążeniu
• Wydajność ładowania USB/słonecznego: 73% przy 3,7 V 900 mA BAT IN

Moduł SD

Moduł ten jest w pełni kompatybilny z Arduino. Pozwala dodać do projektu pamięć masową i rejestrację danych.

Wykorzystałem go do zbierania danych ze stacji pogodowej z kartą SD 16GB.

Dane techniczne:

• Płytka do wyłamywania dla standardowej karty SD i karty Micro SD (TF)
• Zawiera przełącznik do wyboru gniazda karty flash
• Siedzi bezpośrednio na Arduino
• Może być również używany z innymi mikrokontrolerami

Krok 3: Zestaw stacji pogodowej

Głównym elementem tego projektu jest zestaw stacji pogodowej. Zasilany jest napięciem 5V z Arduino lub można też użyć zewnętrznego zasilacza 5V.

Posiada 4 piny (5V, GND, TX, RX). Port danych TXD wykorzystuje 9600bps.

Zestaw stacji pogodowej składa się z:

• Wiatromierz
• Wiatrowskaz
• Wiadro deszczowe
• Płytka czujnika
• Kołek ze stali nierdzewnej (30 CM) (11,81")
• Pakiet komponentów

Może służyć do pomiaru:

• Prędkość wiatru
• Kierunek wiatru
• Ilość opadów

Posiada wbudowany czujnik wilgotności i temperatury, który może również mierzyć ciśnienie barometryczne.

Anemometr może mierzyć prędkość wiatru do 25 m/s. Kierunek wiatru jest wyświetlany w stopniach.

Więcej informacji o tym zestawie i przykładowy kod można znaleźć na: wiki DFRobot

Krok 4: Jak złożyć zestaw stacji pogodowej

Montaż tego zestawu jest dość łatwy, ale aby uzyskać więcej informacji na temat montażu, obejrzyj samouczek, jak złożyć ten zestaw.

Samouczek: Jak złożyć zestaw stacji pogodowej

Krok 5: Zaopatrzenie i mieszkanie

Bateria:

Do tego projektu użyłem akumulatorów litowo-jonowych 3,7V. Zrobiłem pakiet z 5x tych baterii. Każda bateria ma około 2250 mAh, więc opakowanie 5x daje około 11250 mAh przy połączeniu równoległym.

Połączenie: Jak wspomniałem, podłączyłem baterie równolegle, ponieważ równolegle utrzymujesz pierwotne napięcie, ale zyskujesz większą pojemność baterii. Na przykład: Jeśli masz dwie baterie 3,7 V 2000 mAh i połączysz je równolegle, otrzymasz 3,7 V i 4000 mAh.

Chcąc uzyskać większe napięcie należy je połączyć szeregowo. Na przykład: Jeśli połączysz szeregowo dwa akumulatory 3,7 V 2000 mAh, otrzymasz 7, 4 V i 2000 mAh.

Panel słoneczny:

Użyłem panelu słonecznego 5V 1A. Panel ten ma ok. 5W mocy wyjściowej. Napięcie wyjściowe wzrasta do 6V. Kiedy testowałem panel w pochmurną pogodę jego napięcie wyjściowe wynosiło około 5,8-5,9V.

Ale jeśli chcesz w pełni zasilać tę stację pogodową energią słoneczną, musisz dodać 1 lub 2 panele słoneczne i akumulator kwasowo-ołowiowy lub coś innego, aby magazynować energię i zasilać stację, gdy nie ma słońca.

MIESZKANIA:

Niby się nie wydaje, ale obudowa jest jedną z najważniejszych części tego systemu, ponieważ chroni najważniejsze elementy przed czynnikami zewnętrznymi.

Wybieram więc wodoodporną plastikową skrzynkę przyłączeniową. Jest wystarczająco duży, aby zmieścić wszystkie elementy w środku. Ma około 19x15 cm.

Krok 6: Okablowanie i kod

Arduino:

Wszystkie komponenty połączone są z Arduino.

-moduł SD:

• 5V -> 5V
• GND -> GND
• MOSI -> cyfrowy pin 9
• MISO -> cyfrowy pin 11
• SCK -> pin cyfrowy 12
• SS -> cyfrowy pin 10

Tablica stacji pogodowej:

• 5V -> 5V
• GND -> GND
• TX -> RX na Arduino
• RX -> TX na Arduino

Akumulator jest podłączony bezpośrednio do menedżera zasilania (wejście akumulatora 3,7 V). Wykonałem również połączenie z akumulatora do pinu analogowego A0 na Arduino w celu monitorowania napięcia.

Panel słoneczny jest podłączony bezpośrednio do tego modułu (wejście solarne). Panel słoneczny jest również podłączony do dzielnika napięcia. Wyjście dzielnika napięcia jest podłączone do analogowego pinu A1 w Arduino.

Zrobiłem też podłączenie, żeby można było do niego podłączyć wyświetlacz LCD, żeby sprawdzić napięcie. Więc LCD jest podłączony do 5V, GND i SDA z LCD idzie do SDA na Arduino i to samo z pinem SCK.

Arduino jest połączone z modułem zarządzania energią kablem USB.

KOD:

Kod dla tej stacji pogodowej można znaleźć na wiki DFRobot. Dołączyłem również mój kod ze wszystkimi aktualizacjami.

- Jeśli chcesz uzyskać właściwy kierunek wiatru dla swojej pozycji, musisz ręcznie zmienić wartości degresu w programie.

Więc wszystkie dane są przechowywane w pliku txt o nazwie test. Możesz zmienić nazwę tego pliku, jeśli chcesz. Zapisuję wszystkie możliwe wartości ze stacji pogodowej, a także zapisuje napięcie baterii i napięcie słoneczne. Abyś mógł zobaczyć, jak wygląda zużycie baterii.

Krok 7: Pomiar napięcia i testowanie

Musiałem wykonać monitorowanie napięcia na baterii i panelu słonecznym dla mojego projektu.

Do monitorowania napięcia na akumulatorze użyłem pinu analogowego. Podłączyłem + z akumulatora do pinu analogowego A0 i - z akumulatora do GND na Arduino. W programie użyłem funkcji "analogRead" oraz "lcd.print()" do wyświetlania wartości napięcia na wyświetlaczu LCD. Trzecie zdjęcie pokazuje napięcie na akumulatorze. Zmierzyłem to Arduino, a także multimetrem, aby móc porównać wartość. Różnica między tymi dwiema wartościami wynosiła około 0,04V.

Ponieważ napięcie wyjściowe z panelu słonecznego jest większe niż 5V muszę zrobić dzielnik napięcia. Wejście analogowe może przyjmować maksymalnie napięcie wejściowe 5V. Zrobiłem to z dwoma rezystorami 10kOhm. Zastosowanie dwóch rezystorów o równej wartości dzieli napięcie dokładnie na połowę. Więc jeśli podłączysz 5V, napięcie wyjściowe będzie około 2,5V. Ten dzielnik napięcia znajduje się na pierwszym zdjęciu. Różnica między wartością napięcia na wyświetlaczu LCD i na multimetrze wynosiła około 0,1-0,2V

Równanie dla wyjścia dzielnika napięcia to: Vout=(Vcc*R2)/R1+R2

Testowanie

Kiedy wszystko połączyłem i spakowałem wszystkie elementy do obudowy, musiałem wykonać test zewnętrzny. Wyjąłem więc stację pogodową na zewnątrz, aby zobaczyć, jak będzie działać w rzeczywistych warunkach zewnętrznych. Głównym celem tego testu było sprawdzenie, jak będą działać baterie lub jak bardzo będą się rozładowywać podczas tego testu. Podczas testów temperatura na zewnątrz wynosiła około 1°C na zewnątrz i około 4°C wewnątrz obudowy.

Napięcie baterii spadło z 3,58 do około 3,47 w ciągu pięciu godzin.