Jak si postavit vlastní anemometr pomocí jazýčkových spínačů, Hallova senzoru a některých kousků na Nodemcu. - Část 1 - Hardware: 8 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Úvod

Od té doby, co jsem začal studovat Arduino a Maker Culture, jsem rád stavěl užitečná zařízení pomocí nevyžádané pošty a šrotu, jako jsou uzávěry lahví, kousky PVC, plechovky od nápojů atd. Rád dávám druhému životu jakýkoli kus nebo jakýkoli jiný druh. materiál. Velká část zde použitých materiálů je šrot odebraný z některých zařízení a recyklován

Když jsem zahájil vlastní projekt meteorologické stanice, uvědomil jsem si, že měření intenzity a směru větru nebude příliš snadné ani levné. Po několika měsících vám představuji tento projekt, který používá převážně recyklované materiály a velmi levné elektronické součástky snadno dostupné v každém elektronickém obchodě.

Tento příspěvek má 2 části.

Část 1 - Konstrukce zařízení Anemometr a Směr větru.

Část 2 - Náčrt pomocí Arduino IDE pro Esp8266 Nodemcu a přenos do ThingSpeak.

Konečné řešení najdete ve videu.

Jak si postavit vlastní anemometr pomocí senzoru Hall Effect a jazýčkových spínačů

Popis projektu

Anemometr je zařízení schopné měřit rychlost větru a jeho směr. Pomocí senzoru s Hallovým efektem budeme schopni spočítat, kolik otáček šálky udělají za určité časové období. Intenzita větru je úměrná rychlosti otáčení osy. Pomocí několika jednoduchých fyzikálních rovnic můžete v tomto okamžiku určit lineární rychlost větru. Všechny si vysvětlíme v části 2.

A směr větru budeme měřit přes čelní sklo s neodymovým magnetem a jazýčkovými spínači. Lopatkové body ve směru větru a magnet k němu připojený připojí jazýčkové spínače, které umožní průchod elektrického proudu (nebo spojů). Obvody s kladným proudem udávají směr větru jako kompas.

Máme 8 obvodů, které budou emulovat 16 směrů: 4 hlavní a 4 body zajištění, když je aktivován 1 přepínač (N, SV, E, SE, S, SW, W, NW) a když jsou aktivovány 2 spínače současně, máme 8 dílčích zajištění body (SSV, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW).

Rychlost a směr větru budou vypočítány a určeny náčrtkem v nodemcu. To ale bude vysvětleno v části 2. Nyní přejdeme k sestavení hardwaru.

Disclaimer: Tento anemometr by neměl být používán pro profesionální účely. Je pouze pro akademické nebo domácí použití.

Poznámka: angličtina není můj přirozený jazyk. Pokud najdete gramatické chyby, které vám brání porozumět projektu, dejte mi prosím vědět a opravte je. Děkuji mnohokrát.

Krok 1: Kusovník

Větrná korouhvička

8 x jazýčkové spínače

Rezistory 8 x 10 k ohmů

10 cm PVC trubka

2 PVC víčka o průměru 5 cm

1 víčko z PVC o průměru 2,5 cm

1 analogový multiplexor CD4051

1 plastový disk

Silný plastový kus 20 x 20

1 neodymový magnet (Rozměry magnetu musí umožňovat připojení dvou spínačů současně. Můj má 0,5 x 0,5 cm a daří se mu dobře.)

10 vodičů různých barev

1 Obecná deska plošných spojů

1 kuličkové ložisko se stejným průměrem hliníkových trubek

1 hliníková trubka přibližně 20 cm

1 hliníková trubka přibližně 10 cm

1 hadicová spona

Epoxidová hmota

Okamžité lepidlo - kyanoakrylát a hydrogenuhličitan sodný

Anemometr

2 míčky na ping pong

4 dřevěné nebo hliníkové hole asi 12 cm

1 kuličkové ložisko

1 hliníková trubka přibližně 5 cm

3 kusy vodičů různých barev

1 halový senzor SS49E

1 neodymový magnet

Epoxidová hmota a okamžité lepidlo - kyanoakrylát a hydrogenuhličitan sodný

2 plastové kohoutky o průměru přibližně 3 až 5 cm

1 víčko z PVC a 5 cm trubka z PVC

1 víčko z PVC o průměru 2,5 cm

• Nodemcu
• Plastové pouzdro pro elektronické projekty
• Páječka
• 1 PVC trubka přibližně 2 metry a „T“PVC konektor
• 1 připojení PVC 90 stupňů
• Napájení 5V (používám solární panel)

Krok 2: Sestavení Wind Vane Rosetta

Jazýčkové spínače a rezistory namontované na desce plošných spojů

Řezte obecnou desku plošných spojů ve formě kruhu s o něco menším průměrem, než je SZP z PVC, protože až bude hotová, vejde se do ní.

Ohněte nohy jazýčkového spínače o 90 stupňů, aby byly opatrně vloženy do desky plošných spojů, aby nedošlo k rozbití ochranného skla. Ideální je od skla 3 mm. Namontujte každý jazýčkový spínač podle schématu. Číslujte od 0 do 7 jako diagram. Při připojení terminálů k multiplexeru bude důležitá správná identifikace. Pomocí páječky je pájejte na desku.

Umístěte každý odpor jako diagram, ve kterém je jedna ze svorek pájena na jedné ze svorek jazýčkového spínače a druhá bude společná pro všechny odpory umístěné ve středu desky plošných spojů.

Pájejte měděný kabel, který spojuje všechny externí svorky jazýčkových spínačů, přičemž poslední dva zůstanou bez připojení. Jako prsten. Na pořadí svařování nezáleží.

Na křižovatce každého rezistoru a jazýčkového spínače pájecího drátu každé barvy. Je jich 8 různých. Červený vodič připájejte k měděnému prstenci jazýčkových spínačů jako kladný a černý vodič ke spoji všech odporů ve středu „rosetty“, jako záporný.

Podívejte se na schémata a dávejte pozor, abyste zachovali číslování kabelů pro připojení k multiplexeru.

Před montáží vyzkoušejte připojení

Před zahájením montáže doporučuji otestovat připojení. Použijte led, libovolnou baterii 18650 3,7 V, neodymový magnet a kabely s krokodýlími drápy. Připojte baterii ke svorkám VCC a GND a krokodýlí kabel v GND s druhým koncem na záporném pólu LED (použijte modrý, který nepotřebuje odpor). Druhý kabel připojte ke kladnému pólu LED a druhý ke každému kabelu připojenému ke spínačům. Nyní protáhněte magnet vnějším okrajem připojeného spínače. Pokud se kontrolka rozsvítí, je to v pořádku. Pokud se nezapne, zkontrolujte svary. Chcete -li otestovat dvě připojení současně, použijte jiný kabel a další LED současně. Při průchodu magnetu mezi dvěma spínači by se měly rozsvítit dvě LED diody. Je nezbytné, aby obě LED svítily současně, aby elektrický signál mohl představovat dílčí kolaterální body kompasu, jako jsou ENE, ESE, SSW, NNW atd.

Krok 3: Připojení do az multiplexeru CD4051

Analogový multiplexor CD4051

Multiplexery jsou kombinační obvody s několika vstupy a jediným výstupem dat. Jsou vybaveny řídicími vstupy, které jsou schopné vybrat jeden a pouze jeden z datových vstupů, aby umožňovaly jejich přenos ze zvoleného vstupu na uvedený výstup.

Pokud neznáte fungování CD4051, doporučuji si přečíst datový list, který najdete na webu. Stručně řečeno, 4051 má 8 analogových vstupů očíslovaných od 0 do 7, 3 a piny A, B a C, které v kombinaci umožňují číst vstupy a definovat, který analogový výstup je připojen. Při každém čtení software analyzuje, která spojení jsou s kladným proudem, a ukáže odpovídající směr větru. To bude podrobně vysvětleno v části 2 příspěvku. Podívejte se na diagram, abyste zjistili, jak je rosetta připojena k multiplexeru.

Připojení k Nodemcu

K připojení Nodemcu budeme potřebovat 8 kabelů. Viz schéma.

1 pár pozitivních (červených) a zemních (černých) vodičů, které dodávají proud do rosetty

1 pár pozitivních (červených) a uzemňovacích (černých) kabelů, které dodávají proud do CD4051

1 kabel pro analogový výstup A0 (šedý)

1 kabel pro digitální vstup pinu A = D5 (modrý)

1 kabel pro digitální vstup pinu B = D4 (zelený)

1 kabel pro digitální vstup pinu C = D3 (žlutý)

Pro usnadnění konečné montáže jsem použil 10vodičový telefonní kabel různých barev.

Pro usnadnění konečné montáže identifikujte každý z kabelů s jejich odpovídající adresou.

Krok 4: Montáž všeho do stojanu z PVC

Montáž podpěry

Vezměte CAP o průměru 5 cm z PVC, kousek PVC trubky a CAP o průměru 2,5 cm a všechny slepte sekundovým lepidlem podle fotografie. Pro zlepšení spojení mezi dílky můžete také vytvořit otvor s průměrem trubky. Poté, co jsou všechny kousky slepeny, naneste více lepidla na lepené okraje každého kusu a okamžitě je pokryjte jedlou sodou. Při sušení lepidla budete mít velmi dobrou tvrdost.

Také byste měli nalepit silikon na okraj SZP, který umožní utěsnění spoje mezi 2 SZP a usnadní montáž rosetty. Před pokračováním je nechte uschnout.

Opatrně zasuňte rosettu již namontovanou na podpěrný kus a těsně přiléhá k okraji SZP. Pamatujte, že nad to namontujeme druhou CAP. Podívejte se na fotografii s konečným řešením. A prosím identifikujte každý z kabelů, abyste usnadnili spojení s nodemcu.

Krok 5: Montáž lopatky

Montáž konstrukce lopatky

Vytvořte ukazatel s epoxidovou hmotou ve tvaru uvedeném na fotografii. Když je řádně suchý, kus odvážte a uložte hodnotu.

Vezměte kus plastu a symetricky jej prořízněte pro zadní část lopatky, která slouží k usměrňování větru. Zvažte také a uložte hodnotu.

Vezměte jednu z hliníkových trubek a přilepte ukazatel a korouhvičku sekundovým lepidlem se všemi dílky seřazenými uprostřed. Pro zvýšení tvrdosti každé z lepených částí proveďte totéž, co dříve s jedlou sodou.

Vezměte druhou hliníkovou trubku a určme, kde bude uvízlá v druhé trubce. Aby byla zachována rovnováha dílu, vzdálenost podle hmotnosti zad by se měla rovnat vzdálenosti podle hmotnosti ukazatele. (Viz výpočty, které jsou uvedeny v diagramu.) Měření vzdálenosti by měla být prováděna více méně ke středu hmotnosti každého kusu. Použijte sekundové lepidlo a jedlou sodu.

Uprostřed čepičky vytvořte otvor o průměru kuličkového ložiska. Pomocí sekundového lepidla jej nalepte na víko. Důležité je vybrat kuličkové ložisko, které má stejný vnitřní průměr svislé hliníkové trubky lopatky.

Nakonec vezměte plastový kotouč o přibližném průměru 4,5 cm a na okraj přilepte malý kousek kovu. Podívejte se na fotografii Tímto způsobem budete moci „nalepit“neodymový magnet a upravit jej při kalibraci nástroje. Lze jej přesouvat v několika směrech, abyste uhodli naměřené hodnoty.

Umístěte plastový disk s kovovou částí zaseknutou ve stejném směru jako vodorovný ukazatel hliníkové trubky. To je důležité, aby magnet ukazoval stejný směr jako lopatka.

Abyste usnadnili konečnou montáž anemometru a zarovnali sever lopatky se severní geografií, vytiskněte větrnou růžici a vložte na horní víčko SZP. Disk bude zaseknutý v hliníkové trubce, ale nejprve vložte hliníkovou trubku do kuličkového ložiska a vložte hliníkovou trubku do disku. Upravte výšku tak, aby vzdálenost mezi magnetem a okrajem SZP byla mezi 1 a 1,5 cm. To musí stačit, aby magnet správně připojil jazýčkový spínač. Disk přilepte sekundovým lepidlem a hydrogenuhličitanem vápenatým co nejvíce vodorovně.

Namontujte dva kusy nasměrováním severu větrné růžice zarovnané s přepínačem číslo 0 (představující sever) a pomocí svorky je spojte. Nepoužívejte lepidlo, protože než budete zcela připraveni, budete muset mnohokrát pasovat a kalibrovat.

Konečné řešení najdete na fotografiích.

Krok 6: Vypnutí anemometru

Montáž podpěry

Vezměte 2 plastová víčka a přilepte sekundovým lepidlem. Do víček vyvrtejte 4 otvory podle obrázku. Do každého otvoru nalepte dřevěné nebo hliníkové hůlky. 2 pingpongové míčky nastříhejte doprostřed a každou přilepte na konce prutů, všechny s konkávní částí na stejnou stranu. Přibližná měření jsou uvedena v diagramu.

Uprostřed čepičky vytvořte otvor o průměru 2,5 cm s kuličkovým ložiskem. Pomocí sekundového lepidla jej nalepte na víko. Sodu na pečení používejte také velmi opatrně.

Vložte hliníkovou trubku do kuličkového ložiska ve kompatibilní výšce (viz foto). Pokud není správně seřízeno, opatrně naneste kapku lepidla.

Montáž Hallova modulu

Na okraji SZP vytvořte malý otvor, abyste mohli projít hlavou Hallova senzoru.

Neodymový magnet přilepte na boční stranu plastových krytů podle fotografie.

K připojení modulu senzoru použijte 3 různě barevné vodiče.

Vložte Hallův modul a namiřte senzor směrem k magnetu ve vzdálenosti 2 až 4 mm. Vyzkoušejte, zda otáčení hřídele nenarazí na senzor senzorem.

Pomocí 3,7 V baterie vyzkoušejte, zda modul reaguje na přiblížení magnetu otočením diody LED ke každému kontaktu. Pokud se dioda rozsvítí, je vše v pořádku. Pokud ne, posuňte senzor blíže k magnetu, dokud se nerozsvítí LED.

Pokud je vše v pořádku, upevněte modul v podpěře pomocí kapky lepidla.

Nakonec bude druhý konec tyče zaseknutý v plastovém víku sekundovým lepidlem a jedlou sodou, přičemž se nastaví správná výška.

Identifikace vodičů

Identifikujte všechny kabely - VCC, GND a Signal - abyste usnadnili spojení s nodemcu.

Krok 7: Dát vše dohromady

Nyní můžete obě zařízení namontovat dohromady pomocí připojení „T“a kusu PVC trubky, jak je znázorněno na fotografii. Nepoužívejte lepidlo, protože v případě potřeby nějaké úpravy nebo údržby to nebude možné. Udělal jsem malé otvory a pomocí šroubů je utěsnil. Protáhněte kabely 2 zařízení trubkou. Protože anemometr bude instalován na střechu domu, vytvořil jsem také 3 metrové kabely pro připojení k nodemcu, který bude instalován uvnitř.

Krok 8: Připojení Nodemcu a instalace

Schémata ukazují správné připojení každého kabelu. K otestování provozu jsem pomocí 0,96 OLED obrazovky přečetl měření a ověřil, že jsou správná, připojte OLED tímto způsobem:

D1 - SCL

D2 - SDA

VCC a GND

Při instalaci na strop je jedinou starostí udržet celé zařízení na správné úrovni. K tomu použijte úroveň bublin a mnoho velkých šroubů. A nezapomeňte adresovat sever vašeho anemometru pro geografický sever vašeho kompasu. Jinak nebude směr větru odpovídat realitě.

A to je vše. V příštím příspěvku vysvětlím skicu, která se má načíst do nodemcu pomocí Arduino IDE.

Pokud máte nějaké pochybnosti, neváhejte mě kontaktovat.

pozdravy

Velká cena v IoT Challenge