Samodejni anemometer za beleženje podatkov: 11 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Rad zbiram in analiziram podatke. Zelo rad izdelujem tudi elektronske pripomočke. Ko sem pred letom dni odkril izdelke Arduino, sem takoj pomislil: "Rad bi zbral okoljske podatke." V Portlandu je bil vetroven dan, zato sem se odločil zajeti podatke o vetru. Ogledal sem si nekaj navodil za anemometre in se mi zdel precej uporaben, vendar sem moral narediti nekaj inženirskih sprememb. Najprej sem želel, da bi naprava delovala samostojno, na prostem, teden dni. Drugič, želel sem, da bi lahko snemal zelo majhne sunke vetra, za več modelov je bilo za začetek potrebnih precej močnih vetrov. Nazadnje sem želel zapisati podatke. Odločil sem se za res lahek dizajn rotorja s čim manj vztrajnosti in upora. Za to sem uporabil vse plastične dele (vključno z navojnimi vinilnimi palicami), kroglične ležaje in optične senzorje. Drugi modeli so uporabljali magnetne senzorje ali dejanske enosmerne motorje, vendar oba upočasnjujeta rotor, optika porabi malo več energije, vendar ne nudi mehanske odpornosti. Zapisovalnik podatkov je preprosto Atmega328P z 8 mbit bliskovnim čipom. Razmišljal sem o SD, vendar sem želel ohraniti nizke stroške, porabo energije in kompleksnost. Napisal sem preprost program, ki beleži dvobajtno vrtenje vsako sekundo. Z 8 megabitami sem mislil, da lahko zberem podatke, vredne približno en teden. V svoji prvotni zasnovi sem mislil, da potrebujem 4 celice C, vendar so bile po enem tednu še vedno popolnoma napolnjene, zato sem moral porabiti moč za red velikosti. Nisem uporabljal linearnih regulatorjev, vse napetostne tirnice sem pognal na 6V (čeprav so bili nekateri deli ocenjeni na 3,3 V. Yay overdesign!). Za prenos podatkov sem imel kompleksen sistem, ki je prebral bliskavico in jo odložil na serijski monitor arduino, izrezal pa sem in prilepil v Excel. Nisem porabil časa, da bi ugotovil, kako napisati aplikacijo USB za ukazno vrstico, da bliskavico izbriše na standardno, vendar bom to moral nekoč ugotoviti. Rezultat je bil precej presenetljiv, opazil sem nekaj zelo zanimivih trendov, ki jih shranim za drugo poročilo. Vso srečo!

Korak: Zgradite rotor

Preizkusil sem številne različne ideje za skodelice rotorja: velikonočna jajca, kroglice za namizni tenis, plastične skodelice in prazne kroglice za okras božičnega drevesa. Zgradil sem več rotorjev in jih vse preizkusil s sušilcem za lase, ki je zagotavljal vrsto hitrosti vetra. Od štirih prototipov so okrasne lupine delovale najbolje. Imeli so tudi te majhne jezičke, ki so olajšali pritrditev, in so bili izdelani iz trdne plastike, ki je dobro delovala s polikarbonatnim cementom. Poskusil sem nekaj različnih dolžin gredi, majhnih, srednjih in velikih (približno 1 "do približno 6") in ugotovil, da so večje velikosti preveč navorile in se niso dobro odzvale na nizke hitrosti vetra, zato sem se odločil za gredi majhnih velikosti. Ker je bilo vse iz čiste plastike, sem naredil priročen majhen izpis, ki je pomagal pri sesanju treh rezil. Materiali: Okraski so prišli iz Oriental Trading Company, postavka "48/6300 DYO CLEAR ORNAMENT", 6 USD plus 3 USD pošiljanja. Plastične gredi in konstrukcijski disk so prišli iz lokalne trgovine TAP Plastics, v delih še približno 4 USD.

2. korak: Zgradite zgornjo podlago

Za zmanjšanje rotacijske vztrajnosti sem uporabil najlonsko palico z navojem podjetja McMaster Karr. Želel sem uporabiti ležaje, vendar so ležaji strojev zapakirani v mast, ki upočasnjuje rotor, zato sem kupil nekaj poceni ležajev za rolke, ki jih niso imeli. Slučajno so se prilegale notranjemu premeru cevi 3/4 "CPVC -jevega adapterja za cev. Šele ko sem sestavil konstrukcijo, sem spoznal, da kotalni ležaji prenašajo ravninsko obremenitev in sem uporabil navpično obremenitev, zato bi moral uporabiti potisni ležaj, vendar so delovali v redu in verjetno pomagali pri obvladovanju trenja zaradi precesijskega navora. Načrtoval sem, da bom na dno gredi pritrdil optični senzor, zato sem sklopko CPVC namestil v večjo podlago. Home Depot je zabavno mesto za mešanje in ujemajo se s priborom CPVC/PVC. Nazadnje sem lahko 3/4 "navojno sklopko CPVC nadel v PVC 3/4" na 1-1/2 "reduktor. Da se vse prilega, je bilo potrebno veliko igranja, vendar je pustilo dovolj prostora za elektroniko. Materiali: 98743A235-Črna navojna najlonska palica (navoj 5/16 "-18) 94900A030-Črna najlonska šestkotna matica (navoj 5/16" -18) Poceni ležaji za rolke 3/4 "navojni adapter CPVC 3/4" do 1 -1/2 "PVC reduktor na navojno cev 3/4" Opomba: Dimenzije sklopke PVC in CPVC niso enake, verjetno za preprečitev nenamerne zlorabe; zato zamenjava v navadnem PVC 3/4 "običajnem adapterju ne bo delovala, vendar so NITI navojnega adapterja enaki, kar je popolnoma čudno. Navoji sklopke CPVC v pušo iz adapterja PVC. Adapter … puša … sklopka … Verjetno mešam vse te pogoje, vendar vas bo 15 minut na vodovodnem hodniku Home Depot postavilo naravnost.

3. korak: Optični prekinitelj

Ko se rotor obrača, se njegovo vrtenje šteje z optičnim prekiniteljem. Razmišljal sem o uporabi diska, vendar je to pomenilo, da moram vir osvetlitve in detektor pritrditi navpično, kar bi bilo zelo težko sestaviti. Namesto tega sem se odločil za vodoravno pritrditev in našel nekaj majhnih skodelic, ki gredo na dno stolov za zaščito tal iz trdega lesa. Pobarval sem in zlepil šest segmentov, kar bi mi dalo dvanajst (skoraj) enotnih robov ali 12 klopov na vrtljaj rotorja. Razmišljal sem o tem, da bi naredil več, vendar nisem bil dobro seznanjen s hitrostjo detektorja ali vidnim poljem njegove optike. To pomeni, da če bi šel preozko, bi LED lahko plazil po robovih in aktiviral senzor. To je še eno področje raziskovanja, s katerim se nisem ukvarjal, bi pa bilo dobro raziskati. Pobarvano skodelico sem prilepila na matico in jo pritrdila na konec gredi. Materiali: Zaščitna skodelica za stole iz črne barve Home Depot

4. korak: Pritrdite rotor

Na tej točki je začelo videti precej kul. Najlonske matice so res spolzke, zato sem moral uporabiti veliko matic (če niste opazili na prejšnjih slikah). Prav tako sem moral narediti poseben ploski ključ, ki se je prilegal v pokrovček pod rotorjem, da sem lahko zaprl obe matici.

5. korak: Zgradite spodnjo podlago

Spodnja podlaga vsebuje baterije in zagotavlja nosilno strukturo. Na spletu sem od podjetja Polycase našel precej kul vodotesno škatlo. To je zelo gladek kovček, ki tesno tesni, vijaki pa so na dnu širši, tako da zlahka ne padejo z vrha. Za zgornjo PVC pušo sem uporabil PVC mat. Ta spodnji osnovni podstavek je samo navojna 1-1/2-palčna PVC sklopka. Zgornja tlačna osnova zgornjega rotorja se s to sklopko prilega spodnji podlagi. Kot boste videli kasneje, teh kosov nisem zlepil, ker sem želel lahko ga odprete in po potrebi prilagodite, poleg tega pa je montaža lažja pri pritrditvi tiskanih vezij.

6. korak: Zgradite optični senzor

Senzorski mehanizem je 940nm LED in sprejemnik s sprožilcem Schmitt. Všeč mi je ljubezen, všeč je Schmittovo sprožilno vezje, ki skrbi za vse moje potrebe po odpravljanju in pošilja signal, združljiv s CMOS/TTL. Edina slaba stran? Delovanje 5V. Ja, celotno zasnovo sem pretiraval na 6V, vendar bi lahko šel na 3.3V, če ne bi bilo tega dela. Ideja je, da se to vezje pritrdi pod rotorsko skodelico, ki med obračanjem prekine žarek in ustvari logične prehode za vsak rob. Nimam dobre slike o tem, kako je bilo to nameščeno. V bistvu sem v spodnjo osnovno sklopko PVC prilepila dve plastični odmiki in jih od zgoraj privijačila vanje. Robove plošče sem moral zmleti, da se je lepo prilegala. Nimam niti sheme za to, res je enostavno: samo zaženite 1k upor od Vina in ga povežite tako, da bo LED vedno vklopljena, izhod detektorja pa na vtiču. Materiali: 1 940nm LED 1k upor 1 senzor OPTEK OPL550 1 tri-polni vtič (ženski) 1 vezje 1,5 "x1,5" različne dolžine žice Toplotno skrčljive cevi, če vam je všeč, da so vaše žice povezane

7. korak: Zgradite zapisovalnik podatkov

Arduino prototipna plošča je bila tako velika, da se je prilegala podvozju. Uporabil sem EagleCAD za postavitev manjšega vezja in izgubil eno plast … obstajajo štiri grde žice, ki sem jih potreboval za premostitev nekaj vrzeli.

(Mislil sem, da sem to izmeril pri ~ 50mW obratovalne moči, in glede na Watt-ure baterij sem mislil, da bom v enem tednu padel pod 5V, vendar je bila moja meritev moči ali moja matematika napačna, ker so bile 4 celice ohranjene traja dlje časa.) Precej preprosta postavitev: samo resonator, ATmega328, bliskovni čip, mostiček za odpravljanje napak, LED za odpravljanje napak, pokrov napajalnika in to je to. Nekaj, kar se imenuje DorkBoard, bi lahko uporabil tudi jaz, to je v bistvu vse, kar je potrebno za ATMega328 dev ploščo v velikosti DIP vtičnice. Razmišljal sem o nakupu enega, vendar je bil moj diskreten pristop približno 50% cenejši. Tukaj je povezava na dorkboard:

Tu je osnovna ideja (izvorna koda bo vključena kasneje), kako deluje plošča: Mostiček nastavljen na način "odpravljanje napak": na izhod optičnega senzorja priključite prekinitev spremembe vrednosti in preskusno LED utripajte v sozvočju z detektorjem. To je bilo v veliko pomoč pri odpravljanju napak. Mostiček nastavljen na način "snemanja": isto prekinitev pritrdite na števec, v glavni zanki pa zakasnite 1000 msec. Na koncu 1000 msec zapišite število robov na 256-bajtno stran flash in ko je stran polna, jo zapišite in ponastavite štetje. Preprosto, kajne? Precej. Zelo všeč so mi bliskovne naprave Winbond, ki sem jih oblikoval že v 90. letih, zato jih je bilo zabavno znova programirati. Vmesnik SPI je odličen. Tako enostaven za uporabo. Dovolil bom, da sheme in izvorna koda govorijo same zase. Sem omenil, da je EagleCAD super? Res je. Na YouTubu je nekaj odličnih vaj.

8. korak: Priključite elektroniko

Tudi tu nimam veliko dobrih slik, če pa si predstavljate dve plastični stojnici, prilepljeni na notranjo stran PVC -ja, sta obe plošči priviti vanj. Tukaj je posnetek zapisovalne plošče, povezane z dnom. Detektorska plošča je v notranjosti ohišja.

9. korak: Umerjanje

Naredil sem preskusno ploščad za umerjanje zveri, da sem lahko pretvoril število surovih rotorjev v MPH. Ja, to je 2x4. Na en konec sem pritrdil anemometer, na drugi pa odpravljanje napak Arduio. LCD prikazovalnik prikazuje število rotorjev. Postopek je potekal takole: 1) Poiščite dolgo ravno cesto brez prometa. 2) Držite 2x4 tako, da štrli čim dlje skozi okno 3) Vklopite snemanje glasu na svojem iPhoneu ali Androidu 4) Vklopite digitalni merilnik hitrosti GPS na vaši izbrani ročni napravi 5) Vozite vztrajno pri več hitrostih in oznanite vašem snemalniku štejeta hitrost in povprečno število rotorjev 6) Ne zrušite 7)? 8) Pozneje, ko ne vozite, znova predvajajte telefonsko sporočilo in vnesite podatke v excel in upajte, da bo linearna ali eksponentna ali polinom primerna vrednost R-kvadrat večja od 99% Ta pretvorba # bo uporabljena kasneje. Naprava zajema samo surove podatke, naknadno sem jih obdelal v MPH (ali KPH) v Excelu. (Ali sem omenil, da sem nanesel ostro oljčno rjavo barvo? To bi imenoval "anemometer za beleženje taktičnih podatkov", potem pa sem se spomnil, da "taktično" pomeni "črno".)

10. korak: Zberite nekaj podatkov o vetru

To je skoraj to. Mislim, da manjka nekaj slik, npr. niso prikazane štiri celice C, nabito v spodnjo bazo. Nisem mogel namestiti vzmetnega držala, zato sem na koncu spajkal kable do samih baterij. To navodilo pišem leto po tem, ko sem ga izdelal, v reviziji #2 pa sem uporabil baterije AA, ker sem močno precenil porabo energije. Z uporabo AA sem lahko dodal stikalo za vklop in izklop ter resnično sprostil nekaj prostora v notranjosti, sicer je bilo precej tesno. Skratka z dizajnom sem bil zelo zadovoljen. Spodnji graf prikazuje povprečje za en teden. Baterije so se začele prazniti sedmi dan. Življenjsko dobo baterije bi lahko podaljšal z zagonom LED pri nižjem delovnem ciklu pri približno 1 kHz in ne bi izgubil robov zaradi razmeroma nizke kotne hitrosti rotorja.

Zabavaj se! Sporočite mi, če vidite možnosti za izboljšave!

11. korak: izvorna koda

Priložena je ena izvorna datoteka Arduino. GPL sem ga dobil, ker, hej, GPL.

EDIT: Rad bi poudaril, da je moje izvajanje uporabe 1s delay () grozna ideja in v h Količina časa, ki je potrebna za pisanje na bliskavico in branje senzorja, se morda zdi majhna, vendar v 7 -10s prispeva k znatnemu premiku. Namesto tega uporabite 1Hz časovni prekinitev (Timer #1 na 328P lahko popolnoma umerite na 1Hz). Če želite biti varni, kodirajte v ograjo, če pisanje strani in branje senzorja iz nekega razloga traja dlje kot 1 sekundo (ročaj padlih vzorcev), vendar je časovna prekinitev način, kako narediti stvari, ki morajo biti natančno. Na zdravje!