Kako izgraditi vlastiti anemometar pomoću trska, prekidača Hall efekta i nekih bilješki na Nodemcu. - 1. dio - Hardver: 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Uvod

Od početka studija Arduina i kulture stvaratelja volio sam graditi korisne uređaje koristeći bezvrijedne komade otpada, poput čepova boca, komada PVC -a, limenki za piće itd. Volim dati drugi život bilo kojem komadu ili bilo kojem materijal. Veliki dio ovdje korištenih materijala uklanja se otpad iz neke opreme i reciklira

Kad sam započeo vlastiti projekt meteorološke postaje, shvatio sam da mjerenje intenziteta i smjera vjetra ne bi bilo jednostavno niti jeftino. Nakon nekoliko mjeseci predstavljam vam ovaj projekt koji koristi uglavnom reciklirane materijale i vrlo jeftine elektroničke dijelove koji se lako mogu pronaći u bilo kojoj trgovini elektroničkih proizvoda.

Ovaj post ima 2 dijela.

Dio 1 - Konstrukcija uređaja Anemometar i Smjer vjetrobrana.

2. dio - Skica pomoću Arduino IDE -a za Esp8266 Nodemcu i prijenos na ThingSpeak.

Konačno rješenje pogledajte u videu.

Kako izgraditi vlastiti anemometar pomoću Hall -ovog senzora i trska

Opis projekta

Anemometar je uređaj koji može mjeriti brzinu vjetra i njegov smjer. Pomoću Hall Effect senzora moći ćemo izračunati koliko rotacija šalice daju u određenom vremenskom razdoblju. Intenzitet vjetra proporcionalan je brzini rotacije osi. Pomoću nekih jednostavnih fizikalnih jednadžbi možete odrediti linearnu brzinu vjetra u tom trenutku. Sve ćemo ih objasniti u drugom dijelu.

Smjer vjetra mjerit ćemo kroz vjetrobransko staklo s neodimijskim magnetom i sklopkama od trske. Točke lopatice u smjeru vjetra i magnet koji je na nju spojen spojit će trstične prekidače dopuštajući električnoj struji da prolazi kroz spoj (ili veze). Krugovi koji imaju pozitivnu struju pokazuju smjer vjetra, poput kompasa.

Imamo 8 krugova koji će oponašati 16 smjerova: 4 kardinalne i 4 kolateralne točke kada je aktivirana jedna sklopka (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW), a kada su 2 prekidača aktivirana istovremeno imamo 8 pod -kolaterala bodova (NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW).

Brzina i smjer vjetra izračunat će se i odrediti skicom u nodemcu. No, to će biti objašnjeno u dijelu 2. Sada idemo na sklop hardvera.

Odricanje od odgovornosti: Ovaj se anemometar ne smije koristiti u profesionalne svrhe. To je samo za akademsku ili kućnu uporabu.

Napomena: Engleski nije moj prirodni jezik. Ako pronađete gramatičke pogreške koje vas sprječavaju u razumijevanju projekta, obavijestite me da ih ispravim. Puno ti hvala.

Korak 1: Opis materijala

Vjetar lopatica

8 x Reed sklopke

Otpornici 8 x 10 k ohma

PVC cijev 10 cm

2 PVC kapice promjera 5 cm

1 PVC kapa promjera 2,5 cm

1 CD4051 Analogni multiplekser

1 plastični disk

20 x 20 čvrsti komad plastike

1 Neodimijski magnet (Dimenzije magneta moraju dopustiti da se dva prekidača spoje istovremeno. Moj je 0,5 x 0,5 cm i dobro radi.)

10 žica različitih boja

1 Opći PCB

1 kuglični ležaj s istim promjerom aluminijskih cijevi

1 aluminijska cijev cca 20 cm

1 aluminijska cijev cca 10 cm

1 obujmica za crijevo

Epoksidna masa

Instant ljepilo - cijanoakrilat i natrijev bikarbonat

Anemometar

2 loptice za stolni tenis

4 drvena ili aluminijska štapa cca 12 cm

1 kuglični ležaj

1 aluminijska cijev cca 5 cm

3 komada žica različitih boja

1 Hall senzor SS49E

1 neodimijski magnet

Epoksidna masa i instant ljepilo - cijanoakrilat i natrijev bikarbonat

2 plastične slavine promjera 3 do 5 cm

1 PVC kapa i 5 cm PVC cijev

1 PVC kapa promjera 2,5 cm

• Nodemcu
• Plastična futrola za elektroničke projekte
• Lemilica
• 1 PVC cijev otprilike 2 metra i "T" PVC priključak
• 1 PVC priključak 90 stupnjeva
• 5V napajanje (koristim solarnu ploču)

Korak 2: Sastavljanje Rosette lopatice za vjetar

Reed prekidači i otpornici montirani na PCB

Izrežite generičku PCB ploču u obliku kruga nešto manjeg promjera od PVC kapice jer će, kad bude spremna, stati u nju.

Savijte nožice trska sklopke za 90 stupnjeva kako biste ih pažljivo uklopili u tiskanu ploču kako ne biste slomili zaštitno staklo. Idealno je 3 mm udaljeno od stakla. Postavite svaki trstični prekidač prema dijagramu. Označite svaki od 0 do 7 kao dijagram. Točna identifikacija bit će važna pri spajanju terminala na multiplekser. Lemilicom ih zalemite na ploču.

Svaki otpornik postavite kao dijagram na kojem je jedan od stezaljki lemljen u jednom od stezaljki trska, a drugi će biti zajednički za sve otpornike, smještene u sredini tiskane ploče.

Lemite bakreni kabel koji povezuje sve vanjske priključke trska, ostavljajući zadnja dva bez veze. Kao prsten. Redoslijed zavarivanja nije bitan.

Na spoju svakog otpornika i trska sklopka žica za lemljenje svake boje. Ima ih 8 različitih. Lemiti crvenu žicu na bakreni prsten trska prekidača kao pozitivnu i crnu žicu na spoju svih otpornika u središtu "rozete", kao negativ.

Pogledajte dijagrame i pazite da numerirate kabele za povezivanje s multiplekserom.

Prije montaže provjerite spojeve

Prije nego nastavite sa montažom, predlažem testiranje veza. Koristite LED diodu, bilo koju bateriju 18650 3,7 V, neodimijski magnet i kabele s krokodilskim kandžama. Spojite bateriju na stezaljke VCC i GND i krokodilski kabel u GND s drugim krajem u negativu LED -a (upotrijebite plavi koji ne treba otpornik). Drugi kabel spojite na pozitivnu stranu LED -a, a drugi na svaki kabel spojen na prekidače. Sada provucite magnet kroz vanjski rub spojenog prekidača. Ako LED lampica svijetli, u redu je. Ako se ne uključi, provjerite zavarene spojeve. Za istodobno testiranje dvije veze upotrijebite drugi kabel i drugi LED istovremeno. Prilikom prolaska magneta između dva prekidača, dvije LED diode trebale bi zasvijetliti. Bitno je da obje LED diode svijetle istovremeno kako bi električni signal mogao predstavljati podkolateralne točke kompasa kao što su ENE, ESE, SSW, NNW itd.

Korak 3: Spajanje na CD4051 multiplekser i s njega

CD4051 Analogni multiplekser

Multiplekseri su kombinirana kola s više ulaza i jednim izlazom podataka. Opremljeni su upravljačkim ulazima koji mogu odabrati jedan i samo jedan od ulaza podataka kako bi se omogućio njihov prijenos s odabranog ulaza na navedeni izlaz.

Ako ne znate rad CD4051, preporučujem da pročitate podatkovnu tablicu koju možete pronaći na webu. Ukratko, 4051 ima 8 analognih ulaza numeriranih od 0 do 7, 3 i pinove A, B i C koji zajedno omogućuju čitanje ulaza i definiranje koji analogni izlaz je spojen. Pri svakom očitanju softver analizira koje su veze s pozitivnom strujom i pokazat će odgovarajući smjer vjetra. To će biti detaljno objašnjeno u drugom dijelu posta. Pogledajte dijagram kako biste vidjeli kako je rozeta povezana s multiplekserom.

Priključci na Nodemcu

Za povezivanje Nodemcua trebat će nam 8 kabela. Pogledajte dijagram.

1 par pozitivnih (crvenih) i uzemljenih (crnih) žica koje napajaju struju do rozete

1 par pozitivnih (crvenih) i uzemljenih (crnih) kabela koji napajaju struju do CD4051

1 kabel za analogni izlaz A0 (sivo)

1 kabel za digitalni ulaz pina A = D5 (plavo)

1 kabel za digitalni ulaz pina B = D4 (zeleno)

1 kabel za digitalni ulaz pina C = D3 (žuto)

Koristio sam 10-žični telefonski kabel različitih boja kako bih olakšao završnu montažu.

Identificirajte svaki od kabela s odgovarajućom adresom kako biste olakšali konačnu montažu.

Korak 4: Montirajte sve u PVC postolje

Montiranje nosača

Uzmite KAPU promjera 5 cm od PVC -a, komad PVC cijevi i čep promjera 2,5 cm i sve ih zalijepite instant ljepilom prema fotografiji. Također možete napraviti rupu promjera cijevi kako biste poboljšali vezu između komada. Nakon što su svi komadi zalijepljeni, nanesite više ljepila na zalijepljene rubove svakog komada i odmah prekrijte sodom bikarbonom. Prilikom sušenja ljepila imat ćete vrlo dobru tvrdoću.

Također biste trebali zalijepiti silikon na rub CAP -a koji će omogućiti brtvljenje spoja između 2 CAP -a i olakšati postavljanje rozete. Prije nastavka pustite ih da se osuše.

Pažljivo umetnite rozetu koja je već montirana na potporni dio i da čvrsto pristaje uz rub CAP -a. Upamtite da ćemo iznad ovoga postaviti drugi CAP. Pogledajte fotografiju s konačnim rješenjem. Molimo identificirajte svaki od kabela kako biste olakšali povezivanje s nodemcu -om.

Korak 5: Montiranje lopatice

Montiranje strukture lopatice

Napravite pokazivač s epoksidnom masom oblika prikazanog na fotografiji. Kad se pravilno osuši, izvažite komad i spremite vrijednost.

Uzmite komad plastike i prerežite ga simetrično za stražnji dio lopatice koji služi za usmjeravanje vjetra. Odvažite i spremite vrijednost.

Uzmite jednu od aluminijskih cijevi i zalijepite pokazivač i vjetrokaz trenutnim ljepilom sa svim dijelovima poravnatim po sredini. Učinite isto kao i prije sa sodom bikarbonom kako biste povećali tvrdoću svakog od zalijepljenih dijelova.

Uzmite drugu aluminijsku cijev pa utvrdimo gdje će se zaglaviti u drugoj cijevi. Kako bi se održala ravnoteža komada, udaljenost prema težini leđa trebala bi biti jednaka udaljenosti prema težini pokazivača. (Pogledajte izračune koji su prikazani na dijagramu.) Mjerenje udaljenosti treba obaviti manje ili više do središta mase svakog komada. Koristite instant ljepilo i sodu bikarbonu.

Napravite rupu u sredini CAP -a s promjerom kugličnog ležaja. Instant ljepilom zalijepite ga na poklopac. Važno je odabrati kuglični ležaj koji ima isti unutarnji promjer okomite aluminijske cijevi lopatice.

Na kraju, uzmite plastični disk približnog promjera 4,5 cm i zalijepite mali komad metala na rub. Pogledajte fotografiju Na ovaj način moći ćete "zalijepiti" neodimijski magnet i namjestiti ga kad kalibrirate instrument. Može se pomicati u nekoliko smjerova kako bi pogodio očitanja mjerenja.

Postavite plastični disk s metalnim dijelom zaglavljenim u istom smjeru kao vodoravni pokazivač aluminijske cijevi. Ovo je važno da magnet pokaže isti smjer kao i lopatica.

Kako biste olakšali konačno sastavljanje anemometra i poravnali sjever lopatice sa geografijom sjevera, otisnite ružu vjetrova i zalijepite je na gornji poklopac CAP -a. Disk će biti zaglavljen u aluminijskoj cijevi, ali prvo umetnite aluminijsku cijev u kuglični ležaj i umetnite aluminijsku cijev u disk. Podesite visinu tako da udaljenost između magneta i ruba CAP -a bude između 1 i 1,5 cm. To mora biti dovoljno da magnet ispravno spoji trska. Zalijepite disk instant ljepilom i kalcijevim bikarbonatom što je moguće vodoravnije.

Montirajte dva dijela tako da usmjerite sjever ruže vjetrova poravnato sa prekidačem broj 0 (predstavlja sjever) i spojite ih pomoću stezaljke. Nemojte koristiti ljepilo jer ćete morati biti namješteni i kalibrirani mnogo puta prije nego što budete potpuno spremni.

Pogledajte fotografije kako biste vidjeli konačno rješenje.

Korak 6: Montiranje anemometra

Montaža nosača

Uzmite 2 plastična poklopca i zalijepite ih trenutnim ljepilom. Izbušite 4 rupe na poklopcima kako je prikazano na dijagramu. U svaku rupu zabodite drvene ili aluminijske štapiće. Izrežite 2 loptice za stolni tenis u sredini i zalijepite svaku po krajevima šipki, sve s udubljenim dijelom za istu stranu. Približna mjerenja prikazana su na dijagramu.

Napravite rupu u sredini čepa 2,5 cm s promjerom kugličnog ležaja. Instant ljepilom zalijepite ga na poklopac. Soda bikarbonu također koristite vrlo pažljivo.

Umetnite aluminijsku cijev u kuglični ležaj na odgovarajućoj visini (vidi fotografiju). Ako nije pravilno namješten, pažljivo stavite kap ljepila.

Montaža Hallovog modula

Na rubu CAP -a napravite malu rupu kako biste prošli glavu Hall -ovog senzora.

Zalijepite neodimijski magnet sa strane plastičnih čepova prema fotografiji.

Za povezivanje senzorskog modula upotrijebite 3 žice različite boje.

Umetnite Hall modul i usmjerite senzor okrenut prema magnetu na udaljenosti od 2 do 4 mm. Testirajte ako rotacija vratila ne pogodi magnet senzorom.

Koristite bateriju od 3,7 V da biste provjerili reagira li modul na približavanje magneta okretanjem vodilice na svaki kontakt. Ako se LED dioda uključi, sve je u redu. U protivnom pomaknite senzor bliže magnetu dok se LED lampica ne uključi.

Ako je sve u redu, pričvrstite modul u nosač pomoću kapljice ljepila.

Konačno, drugi kraj šipke bit će zaboden u plastični poklopac instant ljepilom i sodom bikarbonom, podešavajući ispravnu visinu.

Prepoznavanje žica

Identificirajte sve kabele - VCC, GND i Signal - kako biste olakšali vezu s nodemcu -om.

Korak 7: Spajanje svih

Sada možete montirati dva uređaja zajedno koristeći "T" vezu i komad PVC cijevi kao što je prikazano na fotografiji. Nemojte koristiti ljepilo jer ako postoji potreba za nekim podešavanjem ili održavanjem, to neće biti moguće. Napravio sam male rupe i pomoću vijaka ih držao čvrsto. Provucite kabele dva uređaja kroz cijev. Budući da će anemometar biti instaliran na krovu kuće, napravio sam i 3 metra kabela za njegovo spajanje na čvor koji će biti instaliran u zatvorenom prostoru.

Korak 8: Povezivanje Nodemcua i instalacija

Dijagrami prikazuju ispravnu vezu svakog kabela. Za testiranje rada koristio sam OLED ekran od 0,96 za čitanje mjerenja i provjeru ispravnosti, spojite OLED na ovaj način:

D1 - SCL

D2 - SDA

VCC i GND

Za ugradnju na strop jedina briga je da cijeli uređaj držite na ispravnoj razini. Za to upotrijebite mjehurić i mnoge velike vijke. I ne zaboravite obratiti se sjeverno od vašeg anemometra za zemljopisni sjever vašeg kompasa. Inače, smjer vjetra neće odgovarati stvarnosti.

I to je sve. U sljedećem ću postu objasniti skicu koja će se učitati u nodemcu pomoću Arduino IDE -a.

Ako imate bilo kakvih nedoumica, ne ustručavajte se kontaktirati me.

Pozdrav

Velika nagrada u IoT Challengeu