Kako zgraditi svoj lastni anemometer z uporabo trstičnih stikal, Hall -ovega senzorja in nekaterih ostankov na Nodemcu. - 1. del - Strojna oprema: 8 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Uvod

Odkar sem začel študirati Arduino in kulturo ustvarjalca, sem rad ustvarjal uporabne naprave z uporabo odpadkov in ostankov, kot so pokrovčki za steklenice, kosi PVC -ja, pločevinke za pijačo itd. Rad dajem drugo življenje vsakemu kosu ali kateremu koli material. Velik del materialov, uporabljenih tukaj, se odstranijo z določene opreme in reciklirajo

Ko sem začel z lastnim projektom vremenske postaje, sem spoznal, da merjenje jakosti in smeri vetra ne bo zelo enostavno ali poceni. Po nekaj mesecih vam predstavljam ta projekt, ki uporablja večinoma reciklirane materiale in zelo poceni elektronske dele, ki jih je mogoče najti v kateri koli trgovini z elektroniko.

Ta objava ima 2 dela.

1. del - Konstrukcija naprav Anemometer in smer vetrnice.

2. del - Skica z uporabo Arduino IDE za Esp8266 Nodemcu in prenos v ThingSpeak.

Končno rešitev najdete v videoposnetku.

Kako sestaviti svoj lastni anemometer z uporabo Hallovih senzorjev in trstičnih stikal

Opis projekta

Anemometer je naprava, ki lahko meri hitrost vetra in njegovo smer. S pomočjo senzorja Hall Effect bomo lahko šteli, koliko vrtljajev skodelice dajo v določenem časovnem obdobju. Intenzivnost vetra je sorazmerna s hitrostjo vrtenja osi. Z nekaj preprostimi fizikalnimi enačbami lahko v tem trenutku določite linearno hitrost vetra. Vse jih bomo razložili v drugem delu.

Smer vetra bomo merili skozi vetrobransko steklo z neodimskim magnetom in trstičnimi stikali. Točke lopatic v smeri vetra in magnet, pritrjen nanjo, povežejo trstična stikala, ki omogočajo prehod električnega toka skozi povezavo (ali povezave). Vezja s pozitivnim tokom kažejo smer vetra, kot kompas.

Imamo 8 vezij, ki bodo posnemala 16 smeri: 4 kardinalne in 4 stranske točke, ko je aktivirano 1 stikalo (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW) in ko sta hkrati aktivirani 2 stikali, imamo 8 podzavarovanj točke (NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW).

Hitrost in smer vetra bosta izračunani in določeni s skico v vozlišču. Toda to bo razloženo v 2. delu. Zdaj pa pojdimo na sklop strojne opreme.

Izjava o omejitvi odgovornosti: Tega anemometra ne smete uporabljati v poklicne namene. Uporablja se samo za akademsko ali domačo uporabo.

Opomba: angleščina ni moj naravni jezik. Če ugotovite slovnične napake, ki vam preprečujejo razumevanje projekta, mi to sporočite, da jih popravim. Najlepša hvala.

1. korak: Predmet materiala

Veter

8 x Reed stikala

8 x 10 k ohmski upori

10 cm PVC cev

2 PVC zaporki s premerom 5 cm

1 PVC pokrov premera 2,5 cm

1 analogni multiplekser CD4051

1 plastični disk

20 x 20 močan kos plastike

1 Neodimijski magnet (dimenzije magneta morajo omogočati, da se dve stikali povežeta hkrati. Moj je 0,5 x 0,5 cm in dela dobro.)

10 žic različnih barv

1 Splošno tiskano vezje

1 kroglični ležaj z enakim premerom aluminijastih cevi

1 aluminijasta cev približno 20 cm

1 aluminijasta cev približno 10 cm

1 objemka za cev

Epoksidna masa

Instant lepilo - cianoakrilat in natrijev bikarbonat

Anemometer

2 žogici za namizni tenis

4 lesene ali aluminijaste palice približno 12 cm

1 kroglični ležaj

1 aluminijasta cev približno 5 cm

3 kosi žic različnih barv

1 halni senzor SS49E

1 neodim magnet

Epoksidna masa in instant lepilo - cianoakrilat in natrijev bikarbonat

2 plastični pipi s premerom približno 3 do 5 cm

1 PVC pokrov in 5 cm PVC cev

1 PVC pokrov premera 2,5 cm

• Nodemcu
• Plastična torbica za elektronske projekte
• Spajkalnik
• 1 PVC cev približno 2 metra in "T" PVC priključek
• 1 PVC priključek 90 stopinj
• 5V napajanje (uporabljam sončno celico)

2. korak: Sestavljanje vetrnice Rosetta

Reed stikala in upori, nameščeni na tiskanem vezju

Splošno tiskano vezje izrežite v obliki kroga z nekoliko manjšim premerom od PVC pokrovčka, ker bo vanjo vstavljen.

Noge trstičnega stikala upognite za 90 stopinj, da jih previdno namestite v tiskano vezje, da ne razbijete zaščitnega stekla. Idealno je, da je 3 mm oddaljen od stekla. Vsako trstično stikalo namestite v skladu s shemo. Številčite vsakega od 0 do 7 kot diagram. Pravilna identifikacija bo pomembna pri priključitvi sponk na multiplekser. Spajkalnik spajkajte na ploščo.

Vsak upor postavite kot diagram, na katerem je eden od sponk spajkan v enem od priključkov trstičnega stikala, drugi pa bo skupen vsem uporom, nameščenim na sredini tiskanega vezja.

Spajkajte bakreni kabel, ki povezuje vse zunanje sponke trstičnih stikal, zadnja dva pa ostaneta brez povezave. Kot prstan. Vrstni red varjenja ni pomemben.

Na stičišču vsakega upora in trstičnega stikala je spajkana žica vsake barve. Ima 8 različnih. Pripnite rdečo žico na bakreni obroč trstičnih stikal kot pozitivno in črno žico na stičišče vseh uporov v središču "rozete" kot negativno.

Oglejte si diagrame in pazite, da ohranite oštevilčenje kablov za povezavo z multiplekserjem.

Pred montažo preizkusite povezave

Preden nadaljujete s sestavljanjem, predlagam, da preizkusite povezave. Uporabite led, katero koli baterijo 18650 3,7 V, neodim magnet in kable s krokodilskimi kremplji. Baterijo priključite na sponki VCC in GND ter krokodilski kabel v GND z drugim koncem v negativu LED (uporabite modrega, ki ne potrebuje upora). Drugi kabel priključite na pozitivni del LED, drugi pa na vsak kabel, povezan s stikali. Zdaj potisnite magnet skozi zunanji rob priključenega stikala. Če LED zasveti, je vse v redu. Če se ne vklopi, preverite zvare. Za preizkus dveh povezav hkrati uporabite drug kabel in drug vodnik hkrati. Ko magnet prehajate med dvema stikaloma, morata zasvetiti obe LED. Bistveno je, da obe LED svetita hkrati, tako da lahko električni signal predstavlja podstranske točke kompasa, kot so ENE, ESE, SSW, NNW itd.

Korak 3: Priključitev na multipleksor CD4051 in iz njega

CD4051 Analogni multiplekser

Multiplekserji so kombinirana vezja z več vhodi in enim izhodom podatkov. Opremljeni so s krmilnimi vhodi, ki lahko izberejo enega in samo enega od podatkovnih vhodov, ki omogočajo njihov prenos z izbranega vhoda na omenjeni izhod.

Če ne poznate delovanja CD4051, priporočam branje podatkovnega lista, ki ga najdete v spletu. Če povzamemo, ima 4051 8 analognih vhodov, oštevilčenih od 0 do 7, 3 in nožice A, B in C, ki skupaj preberejo vhode in določijo, kateri analogni izhod je priključen. Pri vsakem odčitku programska oprema analizira, katere povezave so s pozitivnim tokom in bo pokazala ustrezno smer vetra. To bo podrobno razloženo v drugem delu prispevka. Poglejte diagram, da vidite, kako je rozeta povezana z multiplekserjem.

Povezave z Nodemcu

Za povezavo Nodemcuja potrebujemo 8 kablov. Oglejte si diagram.

1 par pozitivnih (rdečih) in ozemljenih (črnih) žic, ki napajajo tok do rozete

1 par pozitivnih (rdečih) in ozemljitvenih (črnih) kablov, ki napajajo tok na CD4051

1 kabel za analogni izhod A0 (siv)

1 kabel za digitalni vhod pin A = D5 (modra)

1 kabel za digitalni vhod pin B = D4 (zelen)

1 kabel za digitalni vhod pin C = D3 (rumen)

Za lažjo končno montažo sem uporabil 10-žilni telefonski kabel različnih barv.

Za olajšanje končne montaže označite vsak od kablov z ustreznim naslovom.

4. korak: Namestitev vsega v PVC stojalo

Montaža nosilca

Vzemite pokrovček PVC -ja s premerom 5 cm, kos PVC -cevi in pokrovček s premerom 2,5 cm in vse skupaj zlepite z instant lepilom po fotografiji. Prav tako lahko naredite luknjo s premerom cevi, da izboljšate povezavo med kosi. Ko so vsi kosi zlepljeni, na lepljene robove vsakega kosa nanesite več lepila in takoj prekrijte s sodo bikarbono. Pri sušenju lepila boste imeli zelo dobro trdoto.

Silikon morate prilepiti tudi na rob SKP, ki bo omogočil tesnjenje spoja med dvema SKP in olajšal namestitev rozete. Preden nadaljujete, jih posušite.

Previdno vstavite rozeto, ki je že nameščena na podpornem kosu in se tesno prilega robu CAP. Ne pozabite, da bomo nad tem namestili drugo SKP. Poglejte fotografijo s končno rešitvijo. Prosimo, da identificirate vsak od kablov, da olajšate povezavo z nodemcu.

5. korak: Namestitev lopatice

Montaža konstrukcije lopatice

Naredite kazalec z epoksi maso z obliko, prikazano na fotografiji. Ko se pravilno posuši, stehtajte kos in vrednost shranite.

Vzemite kos plastike in ga simetrično odrežite za zadnji del lopatice, ki služi za usmerjanje vetra. Tehtajte in shranite vrednost.

Vzemite eno od aluminijastih cevi in kazalko ter vremensko lopatico nalepite s takojšnjim lepilom, na sredini pa poravnajte vse kose. Enako naredite s sodo bikarbono, da povečate trdoto vsakega od lepljenih delov.

Vzemite drugo aluminijasto cev in ugotovimo, kje bo zataknjena v drugi cevi. Za ohranitev ravnovesja kosa mora biti razdalja glede na težo hrbta enaka razdalji glede na težo kazalca. (Glejte izračune, prikazane na diagramu.) Meritve razdalje je treba opraviti bolj ali manj do središča mase vsakega kosa. Uporabite takojšnje lepilo in sodo bikarbono.

V sredini CAP naredite luknjo s premerom krogličnega ležaja. Uporabite takojšnje lepilo, da ga pritrdite na pokrov. Pomembno je izbrati kroglični ležaj z enakim notranjim premerom navpične aluminijaste cevi lopatice.

Na koncu vzemite plastični disk s približnim premerom 4,5 cm in na rob prilepite majhen kos kovine. Oglejte si fotografijo Na ta način boste lahko "prilepili" neodimski magnet in ga prilagodili, ko boste umerjali instrument. Lahko ga premikate v več smereh, da uganite odčitke meritev.

Plastični disk postavite tako, da je kovinski del zataknjen v isto smer kot vodoravni kazalec aluminijaste cevi. To je pomembno, da magnet označuje isto smer kot lopatica.

Za olajšanje končne montaže anemometra in poravnavo severa lopatice z geografijo severa natisnite vrtnico vetrov in prilepite na zgornji pokrovček SKP. Disk bo zataknjen v aluminijasto cev, najprej pa aluminijasto cev vstavite v kroglični ležaj in aluminijasto cev vstavite v disk. Višino prilagodite tako, da je razdalja med magnetom in robom pokrovčka med 1 in 1,5 cm. To mora biti dovolj, da magnet pravilno poveže trstično stikalo. Disk nalepite z instant lepilom in kalcijevim bikarbonatom čim bolj vodoravno.

Dva kosa pritrdite tako, da usmerite severno rožo vetrov v stikalo s številko 0 (ki predstavlja sever) in ju spojite s sponko. Ne uporabljajte lepila, ker ga boste morali večkrat namestiti in kalibrirati, preden boste popolnoma pripravljeni.

Poglejte fotografije, da vidite končno rešitev.

Korak 6: Umiranje anemometra

Montaža nosilca

Vzemite 2 plastična pokrova in se zlepite z instant lepilom. V pokrovih izvrtajte 4 luknje, kot je prikazano na diagramu. V vsako luknjo vstavite lesene ali aluminijaste palice. 2 kroglici za namizni tenis po sredini prerežite in vsako prilepite na okončine palic, vse z vbočenim delom za isto stran. Približne meritve so prikazane na diagramu.

Na sredini CAP -a naredite luknjo 2,5 cm s premerom krogličnega ležaja. Uporabite takojšnje lepilo, da ga pritrdite na pokrov. Sodo bikarbono uporabljajte tudi zelo previdno.

Aluminijasto cev vstavite v kroglični ležaj na ustrezni višini (glejte fotografijo). Če ni pravilno nastavljen, previdno nanesite kapljico lepila.

Montaža Hallovega modula

Na robu SKP naredite majhno luknjo, da preidete skozi glavo Hallovega senzorja.

Neodimski magnet prilepite na stran plastičnih pokrovčkov v skladu s fotografijo.

Za priključitev senzorskega modula uporabite 3 različne barvne žice.

Vstavite Hallov modul in usmerite senzor proti magnetu na razdalji 2 do 4 mm. Preverite, ali vrtenje gredi ne zadene magneta s senzorjem.

Uporabite 3,7 V baterijo, da preverite, ali se modul odziva na približevanje magneta tako, da vodi LED na vsak kontakt. Če se LED prižge, je vse v redu. V nasprotnem primeru senzor približajte magnetu, dokler se ne prižge LED.

Če je vse v redu, pritrdite modul v nosilec s pomočjo kapljice lepila.

Na koncu bo drugi konec palice z instant lepilom in sodo bikarbono zataknjen v plastični pokrov, s čimer se prilagodi pravilna višina.

Prepoznavanje žic

Opredelite vse kable - VCC, GND in signal - za olajšanje povezave z vozliščem.

7. korak: Združite vse skupaj

Sedaj lahko obe napravi pritrdite skupaj s povezavo "T" in kosom PVC cevi, kot je prikazano na fotografiji. Ne uporabljajte lepila, ker če je potrebno nekaj prilagoditve ali vzdrževanja, to ne bo mogoče. Naredil sem majhne luknje in jih uporabil za pritrditev vijakov. Kable obeh naprav speljite skozi cev. Ker bo anemometer nameščen na strehi hiše, sem naredil tudi 3 -metrske kable za povezavo z nodemcu, ki bo nameščen v zaprtih prostorih.

8. korak: Povezovanje Nodemcu in namestitev

Diagrami prikazujejo pravilno povezavo vsakega kabla. Za preizkus delovanja sem uporabil 0,96 -palčni zaslon OLED, da sem prebral meritve in preveril, ali so pravilni, priključite OLED na ta način:

D1 - SCL

D2 - SDA

VCC in GND

Za namestitev na strop je edina skrb, da celotno napravo vzdržujete na pravilni ravni. Za to uporabite nivo mehurčkov in veliko velikih vijakov. In ne pozabite na zemljevida severno od vašega anemometra določiti geografski sever vašega kompasa. V nasprotnem primeru smer vetra ne bo ustrezala realnosti.

In to je vse. V naslednjem prispevku bom razložil skico, ki jo je treba naložiti v nodemcu z uporabo Arduino IDE.

Če dvomite, me ne oklevajte.

S spoštovanjem

Velika nagrada v IoT Challengeu