Meteorologická stanice s nízkým výkonem: 6 kroků (s obrázky)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

Nyní ve své třetí verzi, která byla testována více než dva roky, je moje meteorologická stanice upgradována pro lepší výkon s nízkým výkonem a spolehlivost přenosu dat.

Spotřeba energie - není problém v jiných měsících než v prosinci a lednu, ale v těchto velmi temných měsících nebyl solární panel, i když měl výkon 40 W, schopen držet krok s poptávkou systému … a většina poptávky pocházela z 2G FONA GPRS modul, který přenáší data přímo do interwebů.

Další problém byl se samotným modulem FONA GPRS, nebo spíše s mobilní sítí. Zařízení by fungovalo perfektně týdny / měsíce, ale pak se náhle bez zjevného důvodu zastavilo. Síť se zjevně pokouší odeslat nějaký druh „informací o aktualizaci systému“, které, pokud nejsou přijaty, způsobí, že se zařízení spustí ze sítě, takže GPRS ve skutečnosti není bezúdržbové řešení pro přenos dat. Je to škoda, protože když to fungovalo, fungovalo to opravdu pěkně.

Tato aktualizace používá nízkoenergetický protokol LoRa k odeslání dat na místní server Raspberry Pi, který je poté odešle na interweby. Tímto způsobem může být samotná meteorologická stanice s nízkým výkonem na solárním panelu a „těžkou zvedací“částí procesu, prováděná někde v dosahu WIFI na síťové napájení. Samozřejmě, pokud máte veřejnou bránu LoRa v dosahu, Raspberry Pi nebude vyžadován.

Vybudování PCB meteostanice je snadné, protože komponenty SMD jsou celkem velké (1206) a vše na PCB funguje 100%. Některé komponenty, jmenovitě dechové nástroje, jsou poměrně drahé, ale někdy je lze na Ebay sehnat z druhé ruky.

Krok 1: Součásti

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

Raspberry Pi (volitelně v závislosti na dostupnosti místní brány LoRa) ………… 1 z

BME280 pro tlak, vlhkost, teplotu a nadmořskou výšku ………………………….. 1 z

Konektor RJ 25 477-387 …………………………………………………………………………… 1

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

Beeper 754-2053 ……………………………… 1 z

Shottkyho dioda (1206) …………………………………… 2 ze

Restorátory R1K …………………………………… 3 ze

Rezistor R4.7K ………………………………… 1 z

Kondenzátor C100nF …………………………….. 3 z

R100K …………………………………………… 1 ze dne

R10K …………………………………………….. 4 ze

C1uF ……………………………………………… 1 ze dne

C0.33uF ………………………………………… 1 ze dne

R100 …………………………………………….. 1 ze

R0 ……………………………………………….. 1 ze dne

Teplotní sonda Dallas DS18B20 ………… 1 z

PCB ……………………………………………………… 1 ze dne

Srážkoměr ……………………………………………. 1 z

Půdní sonda ……………………………………… 1 z (sonda DIY viz krok 6)

Anemometr A100LK ………………………….. 1 z

Větrná lopatka W200P ………………………………..1 ze dne

Krok 2: Jak to funguje

Je docela snadné získat senzory, které fungují například na teplotu, vlhkost a tlak, ale některé další jsou docela ošidné, přestože celý kód je součástí tohoto blogu.

1. Srážkoměr je na „přerušení“a funguje, když je detekována změna. Déšť vstupuje do nástroje a stéká dolů na houpací vidlici, která se houpá, jakmile je jeden konec plný, a při přejezdu spustí magnetický senzor dvakrát. Dešťový senzor má přednost před vším a funguje, i když se přenášejí data.

2. Anemometr funguje tak, že vysílá nízkoenergetický impuls, jehož frekvence závisí na jeho rychlosti. Je velmi jednoduché kódovat a spotřebovává velmi málo energie, i když potřebuje zaznamenávat přibližně jednou za sekundu, aby zachytil nejnáročnější poryvy. Kód během záznamu zaznamenává průměrnou rychlost větru a maximální náraz.

3. Ačkoli na první myšlenky by bylo snadné kódovat větrnou lopatku, jakmile jsou prozkoumány složitosti, je to mnohem složitější. V podstatě je to jen potenciometr s velmi nízkým krouticím momentem, ale problém získávání údajů z něj je umocněn skutečností, že má krátkou „mrtvou zónu“kolem severního směru. Potřebuje stahovací odpory a kondenzátory, aby se zabránilo podivným odečtům poblíž severu, které pak způsobují nelinearitu měření. Vzhledem k tomu, že hodnoty jsou polární, normální průměrné průměrné výpočty nejsou možné, a proto je třeba vypočítat složitější režim, který zahrnuje vytvoření obrovského pole asi 360 čísel! …. A tím to nekončí… Zvláštní pozornost je třeba věnovat tomu, do kterého kvadrantu snímač směřuje, jako by byl v kvadrantu na obou stranách severu, s režimem je třeba zacházet odlišně.

4. Půdní vlhkost je jednoduchá vodivostní sonda, ale aby šetřila energii a zabraňovala korozi, pulzuje velmi rychle jedním z náhradních digitálních kolíků Arduina.

5. Systém odesílá data z Arduina na Raspberry Pi (nebo LoRa bránu), ale také potřebuje 'zavolat' zpět z přijímače, aby potvrdil, že data skutečně přijal správně, než resetuje všechny různé čítače a průměry a vezme nová sada odečtů. Nahrávací relace může trvat přibližně 5 minut, poté se Arduino pokusí odeslat data. Pokud jsou data poškozena nebo není k dispozici připojení k internetu, relace záznamu se prodlouží, dokud zpětné volání neoznačí úspěch. Tímto způsobem nezmeškáte žádný maximální nárazový vítr ani měření deště.

6. Ačkoli to přesahuje rámec tohoto blogu, jakmile jsou na internetovém serveru (je to velký počítač umístěný v Ipswichi ve Velké Británii), data jsou poté shromážděna do databáze MySQL, ke které lze přistupovat pomocí jednoduchých skriptů PHP. Koncový uživatel může také vidět data zobrazená v efektních číselnících a grafech díky proprietárnímu softwaru Java od společnosti Amcharts. Pak „konečný výsledek“můžete vidět zde:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

Krok 3: Soubory

Všechny soubory kódu Arduino, Raspberry Pi a soubor pro vytvoření DPS v softwaru „Design Spark“jsou uloženy v úložišti Github zde:

github.com/paddygoat/Weather-Station

Krok 4: Naplnění DPS

Pro pájení součástek SMD není vyžadována žádná šablona - stačí trochu pájet na podložky plošných spojů a umístit součásti pomocí pinzety. Komponenty jsou dostatečně velké na to, aby dělaly vše okem a nezáleží na tom, zda pájka vypadá chaoticky nebo jsou součásti trochu mimo střed.

Umístěte desku plošných spojů do toustovací pece a zahřívejte na 240 stupňů C pomocí sondy teploměru typu K ke sledování teplot. Počkejte 30 sekund při 240 stupních a poté troubu vypněte a otevřete dvířka, abyste uvolnili teplo.

Nyní lze zbývající součásti ručně pájet.

Pokud si chcete koupit PCB, stáhněte si soubory zip gerber zde:

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

a nahrajte je do JLC zde:

Vyberte velikost desky 100 x 100 mm a použijte všechny výchozí hodnoty. Cena je 2 $ + poštovné za 10 desek.

Krok 5: Nasazení

Meteorologická stanice je rozmístěna uprostřed pole s dechovými nástroji na vysokém sloupu s kabelovými kabely. Podrobnosti o nasazení jsou uvedeny zde:

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

Krok 6: Předchozí práce

Tento instruktáž je nejnovější fází probíhajícího projektu, který má historii vývoje v dalších sedmi předchozích projektech:

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…