Meteorološka stanica male snage: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Sada u svojoj trećoj verziji i nakon više od dvije godine testiranja, moja meteorološka stanica se nadograđuje radi boljih performansi male snage i pouzdanosti prijenosa podataka.

Potrošnja energije - nije problem u mjesecima osim u prosincu i siječnju, ali u ovim vrlo mračnim mjesecima, iako solarna ploča, ocijenjena na 40 W, nije mogla pratiti potražnju sustava … a većina potražnje dolazila je iz 2G FONA GPRS modul koji podatke prenosi izravno na internetsku mrežu.

Sljedeći problem bio je sa samim FONA GPRS modulom, ili vjerojatnije mrežom mobitela. Uređaj bi savršeno radio tjednima / mjesecima, ali bi se onda iznenada zaustavio bez vidljivog razloga. Očigledno da mreža pokušava poslati neku vrstu 'podataka o ažuriranju sustava', koja, ako se ne prihvati, uzrokuje pokretanje uređaja s mreže, pa GPRS zapravo nije rješenje za održavanje prijenosa podataka koje ne zahtijeva održavanje. Šteta jer kad je uspjelo, radilo je jako lijepo.

Ova nadogradnja koristi LoRa protokol male snage za slanje podataka na lokalni poslužitelj Raspberry Pi, koji će ih zatim poslati na međusobnu mrežu. Na ovaj način, sama meteorološka stanica može imati malu snagu na solarnoj ploči i dio procesa 'teškog podizanja', koji se obavlja negdje unutar WIFI raspona na mrežnu struju. Naravno, ako imate javni LoRa pristupnik u dometu, Raspberry Pi neće biti potreban.

Izgradnja PCB -a meteorološke postaje je jednostavna jer su sve SMD komponente prilično velike (1206) i sve na PCB -u radi 100%. Neke su komponente, naime puhački instrumenti, prilično skupe, ali se ponekad mogu pronaći rabljene na Ebayu.

Korak 1: Komponente

Arduino MKR1300 LORAWAN ……………………………………………………………………. 1 od

Raspberry Pi (izborno, ovisno o dostupnosti lokalnog LoRa pristupnika) ………… 1 od

BME280 za tlak, vlažnost, temperaturu i nadmorsku visinu ………………………….. 1 od

RJ 25 konektor 477-387 ……………………………………………………………………… 1 od

L7S505 ………………………………………………………………………………………………. 1 od

Biper 754-2053 ……………………………… 1 od

Shottky dioda (1206) …………………………………… 2 od

Odmorišta R1K …………………………………… 3 od

Otpor R4.7K ………………………………… 1 od

C100nF kondenzator …………………………….. 3 od

R100K …………………………………………… 1 od

R10K …………………………………………….. 4 od

C1uF ……………………………………………… 1 od

C0.33uF ………………………………………… 1 od

R100 …………………………………………….. 1 od

R0 ……………………………………………….. 1 od

Temperaturna sonda Dallas DS18B20 ………… 1 od

PCB ……………………………………………………… 1 od

Mjerač kiše ……………………………………………. 1 od

Sonda tla ……………………………………… 1 od (pogledajte korak 6 za DIY sondu)

A100LK anemometar ………………………….. 1 od

W200P vjetrokaz ………………………………..1 od

Korak 2: Kako to radi

Dovoljno je jednostavno natjerati senzore da rade za stvari kao što su temperatura, vlaga i tlak, ali neki drugi su prilično lukavi, iako je sav kôd uključen u ovaj blog.

1. Mjerač kiše je na "prekidu" i radi kad se otkrije promjena. Kiša ulazi u instrument i kaplje na klackalicu koja se ljulja kad se jedan kraj napuni, pokrećući magnetski senzor dva puta pri prelasku. Senzor za kišu ima prednost nad svime i radi čak i ako se prenose podaci.

2. Anemometar radi slanjem impulsa male snage čija frekvencija ovisi o brzini. Vrlo je jednostavno kodirati i koristi vrlo malo energije iako mora snimiti otprilike jednom svake sekunde da bi uhvatio najjače udare. Kôd vodi bilješku o prosječnoj brzini vjetra i najvećem udaru tijekom snimanja.

3. Iako bi na prvu pomisao vjetrokaz bio lako kodirati, jednom kad se istraže zamršenosti, to je puno kompliciranije. U biti, to je samo potenciometar vrlo niskog zakretnog momenta, no problem dobivanja očitanja s njega pojačan je činjenicom da ima kratku 'mrtvu zonu' u smjeru sjevera. Potrebno je povući otpornike i kondenzatore kako bi se spriječila čudna očitanja blizu sjevera koja onda uzrokuju nelinearnost očitanja. Također, jer su očitanja polarna, normalni prosječni izračuni nisu mogući, pa je potrebno izračunati složeniji način rada koji uključuje stvaranje masivnog niza od oko 360 brojeva! …. I tu nije kraj…. Posebno je potrebno razmotriti u koji kvadrant senzor pokazuje kao da se nalazi u kvadrantu s obje strane sjevera, način se mora tretirati drugačije.

4. Vlaga u tlu jednostavna je sonda vodljivosti, ali radi uštede energije i sprječavanja korozije, pulsira vrlo brzo jednim od rezervnih digitalnih pinova Arduina.

5. Sustav šalje podatke s Arduina na Raspberry Pi (ili LoRa pristupnik), ali mu je potreban i "povratni poziv" od primatelja kako bi potvrdio da je podatke zaista pravilno primio prije poništavanja svih različitih brojača i prosjeka i uzimanja svježi set lektire. Sesija snimanja može trajati oko 5 minuta, nakon čega Arduino pokušava poslati podatke. Ako su podaci oštećeni ili nema internetske veze, sesija snimanja se produžuje sve dok uzvratni poziv ne pokaže uspjeh. Na taj način neće se propustiti maksimalni udar vjetra niti kiša.

6. Iako su izvan opsega ovog bloga, jednom na internetskom poslužitelju (to je veliko računalo smješteno u Ipswichu, UK), podaci se zatim sastavljaju u bazu podataka MySQL kojoj se može pristupiti pomoću jednostavnih PHP skripti. Krajnji korisnik također može vidjeti podatke prikazane u elegantnim brojčanicima i grafikonima zahvaljujući vlasničkom Java softveru tvrtke Amcharts. Tada se 'krajnji rezultat' može vidjeti ovdje:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

Korak 3: Datoteke

Sve Arduino, Raspberry Pi kodne datoteke i datoteka za stvaranje PCB -a na softveru 'Design Spark' nalaze se u spremištu Github ovdje:

github.com/paddygoat/Weather-Station

Korak 4: Popunjavanje PCB -a

Za lemljenje SMD komponenti nije potrebna šablona - samo malo utisnite lem na PCB jastučiće i stavite komponente pincetom. Komponente su dovoljno velike da sve mogu raditi na oko i nije važno izgleda li lemljenje neuredno ili su komponente pomalo udaljene od centra.

Stavite PCB u toster pećnicu i zagrijte na 240 stupnjeva C pomoću termometarske sonde tipa K za praćenje temperatura. Pričekajte 30 sekundi na 240 stupnjeva, a zatim isključite pećnicu i otvorite vrata kako biste oslobodili toplinu.

Sada se ostale komponente mogu ručno lemiti.

Ako želite kupiti PCB, preuzmite zip gerber datoteke ovdje:

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

i prenesite ih u JLC ovdje:

Odaberite veličinu ploče 100 x 100 mm i upotrijebite sve zadane postavke. Cijena je 2 USD + poštarina za 10 ploča.

Korak 5: Uvođenje

Meteorološka postaja postavljena je usred polja s puhačkim instrumentima na visokom stupu s momačkim kabelima. Pojedinosti o implementaciji navedene su ovdje:

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

Korak 6: Prethodni rad

Ova instrukcija je najnovija faza u tijeku projekta koji ima svoju povijest razvoja u sedam drugih prethodnih projekata:

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…