Ako si zostrojte svoj vlastný anemometer pomocou jazýčkových spínačov, senzora Hallovho efektu a niektorých kúskov na Nodemcu. - Časť 1 - Hardvér: 8 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Úvod

Odkedy som začal so štúdiom Arduino a Maker Culture, rád som staval užitočné zariadenia pomocou nevyžiadanej pošty a šrotu, ako sú uzávery fliaš, kúsky PVC, plechovky od nápojov atď. Rád každému druhému kusu dám druhý život. materiál. Veľká časť tu použitých materiálov je šrot odstránený z niektorých zariadení a recyklovaný

Keď som začal s projektom vlastnej meteorologickej stanice, zistil som, že meranie intenzity a smeru vetra nebude veľmi jednoduché ani lacné. Po niekoľkých mesiacoch vám predstavujem tento projekt, ktorý používa väčšinou recyklované materiály a veľmi lacné elektronické súčiastky ľahko dostupné v každom elektronickom obchode.

Tento príspevok má 2 časti.

Časť 1 - Konštrukcia zariadení Anemometer a smer veternej lopatky.

Časť 2 - Náčrt využívajúci Arduino IDE pre Esp8266 Nodemcu a prenos do ThingSpeak.

Vo videu nájdete konečné riešenie.

Ako si vytvoriť vlastný anemometer pomocou senzora s Hallovým efektom a jazýčkových spínačov

Popis projektu

Anemometer je zariadenie, ktoré dokáže merať rýchlosť vetra a jeho smer. Pomocou senzora s Hallovým efektom budeme schopní spočítať, koľko otáčok poháre za určitý čas vykonajú. Intenzita vetra je úmerná rýchlosti otáčania osi. Pomocou niekoľkých jednoduchých fyzikálnych rovníc môžete v tom momente určiť lineárnu rýchlosť vetra. Všetky vysvetlíme v časti 2.

A smer vetra budeme merať cez predné sklo s neodýmovým magnetom a jazýčkovými spínačmi. Lopatka smerujúca k vetru a k nemu pripevnený magnet spoja jazýčkové spínače, ktoré umožňujú elektrickému prúdu prechádzať spojením (alebo prípojkami). Obvody, ktoré majú kladný prúd, ukazujú smer vetra ako kompas.

Máme 8 obvodov, ktoré budú emulovať 16 smerov: 4 svetové strany a 4 vedľajšie body, keď je aktivovaný 1 prepínač (N, SV, E, SE, S, SW, W, SZ) a keď sú súčasne aktivované 2 prepínače, máme 8 čiastkových kolaterálov body (SVNE, VEĎ, VES, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW).

Rýchlosť a smer vetra sa vypočítajú a určia pomocou náčrtu v nodemcu. Ale to bude vysvetlené v časti 2. Teraz prejdeme k zostave hardvéru.

Disclaimer: Tento anemometer by nemal byť používaný na profesionálne účely. Je len na akademické alebo domáce použitie.

Poznámka: Angličtina nie je môj prirodzený jazyk. Ak nájdete gramatické chyby, ktoré vám bránia porozumieť projektu, dajte mi prosím vedieť a opravte ich. Ďakujem ti veľmi pekne.

Krok 1: Kusovník

Veterná lopatka

8 x jazýčkové spínače

Rezistory 8 x 10 kOhm

10 cm PVC rúrka

2 PVC čiapky s priemerom 5 cm

1 PVC uzáver s priemerom 2,5 cm

1 analógový multiplexor CD4051

1 plastový disk

Silný plastový kus 20 x 20

1 neodymový magnet (Rozmery magnetu musia umožniť pripojenie dvoch spínačov súčasne. Môj má 0,5 x 0,5 cm a darí sa mu.)

10 drôtov rôznych farieb

1 generický plošný spoj

1 guľkové ložisko s rovnakým priemerom hliníkových rúrok

1 hliníková trubica asi 20 cm

1 hliníková trubica asi 10 cm

1 hadicová svorka

Epoxidová hmota

Okamžité lepidlo - kyanoakrylát a hydrogenuhličitan sodný

Anemometer

2 pingpongové loptičky

4 drevené alebo hliníkové palice približne 12 cm

1 guličkové ložisko

1 hliníková trubica asi 5 cm

3 kusy drôtov rôznych farieb

1 Hallov senzor SS49E

1 neodymový magnet

Epoxidová hmota a okamžité lepidlo - kyanoakrylát a hydrogenuhličitan sodný

2 plastové kohútiky s priemerom približne 3 až 5 cm

1 viečko z PVC a 5 cm rúrka z PVC

1 PVC uzáver s priemerom 2,5 cm

• Nodemcu
• Plastové puzdro na elektronické projekty
• Spájkovačka
• 1 PVC rúrka asi 2 metre a „T“PVC konektor
• 1 PVC 90 stupňové pripojenie
• Napájanie 5V (používam solárny panel)

Krok 2: Zostavenie veternej lopatky Rosetta

Jazýčkové spínače a odpory namontované na doske plošných spojov

Generický plošný spoj plošného spoja nastrihajte do tvaru kruhu s o niečo menším priemerom, ako je PVC CAP, pretože keď bude pripravený, vojde do neho.

Ohnite nohy jazýčkového spínača o 90 stupňov, aby ste ich opatrne vložili do dosky plošných spojov, aby nedošlo k rozbitiu ochranného skla. Ideálne je vzdialené 3 mm od skla. Každý jazýčkový spínač namontujte podľa schémy. Ako diagram očíslujte každý od 0 do 7. Pri pripájaní terminálov k multiplexoru bude dôležitá správna identifikácia. Pomocou spájkovačky ich spájkujte na dosku.

Každý odpor umiestnite podľa schémy, v ktorej je jedna zo svoriek spájkovaná v jednej zo svoriek jazýčkového spínača a druhá bude spoločná pre všetky odpory umiestnené v strede dosky plošných spojov.

Spájkujte medený kábel, ktorý spája všetky vonkajšie svorky jazýčkových spínačov, pričom posledné dva nechajte bez pripojenia. Ako prsteň. Na poradí zvárania nezáleží.

Na križovatke každého rezistora a jazýčkového spínača spájkovací drôt každej farby. Je ich 8 rôznych. Červený vodič k medenému krúžku jazýčkových spínačov spájkujte ako kladný a čierny vodič k spojeniu všetkých odporov v strede „rosetty“ako negatív.

Pozrite sa na schémy a dávajte pozor, aby ste dodržali číslovanie káblov na pripojenie k multiplexoru.

Pred montážou vyskúšajte pripojenia

Pred montážou odporúčam otestovať zapojenia. Použite led, akúkoľvek batériu 18650 3,7 V, neodýmový magnet a káble s krokodílovými pazúrmi. Pripojte batériu k svorkám VCC a GND a krokodílovému káblu v GND s druhým koncom v zápornom smere LED (použite modrý, ktorý nepotrebuje odpor). Pripojte druhý kábel k plusu LED a druhý ku každému káblu pripojenému k prepínačom. Teraz preveďte magnet vonkajším okrajom pripojeného spínača. Ak sa kontrolka rozsvieti, je to v poriadku. Ak sa nezapne, skontrolujte zvary. Na testovanie dvoch pripojení súčasne použite iný kábel a inú LED súčasne. Pri prechode magnetu medzi dva spínače by sa mali rozsvietiť dve LED diódy. Je nevyhnutné, aby obidve diódy LED svietili súčasne, aby elektrický signál mohol predstavovať čiastkové body kompasu, ako sú ENE, ESE, SSW, NNW atď.

Krok 3: Pripojenia k az multiplexora CD4051

Analógový multiplexor CD4051

Multiplexory sú kombinované obvody s niekoľkými vstupmi a jediným dátovým výstupom. Sú vybavené riadiacimi vstupmi, ktoré sú schopné zvoliť jeden a iba jeden z dátových vstupov, aby sa umožnil ich prenos zo zvoleného vstupu na uvedený výstup.

Ak nepoznáte fungovanie CD4051, odporúčam vám prečítať si technický list, ktorý nájdete na webe. Stručne povedané, 4051 má 8 analógových vstupov číslovaných od 0 do 7, 3 a piny A, B a C, ktoré v kombinácii umožňujú čítať vstupy a definovať, ktorý analógový výstup je pripojený. Pri každom čítaní softvér analyzuje, ktoré spojenia sú s kladným prúdom, a indikuje zodpovedajúci smer vetra. Toto bude podrobne vysvetlené v časti 2 príspevku. Pozrite sa na diagram a zistite, ako je rosetta pripojená k multiplexoru.

Pripojenie k Nodemcu

Na pripojenie Nodemcu budeme potrebovať 8 káblov. Pozri diagram.

1 pár pozitívnych (červených) a uzemňovacích (čiernych) vodičov, ktoré napájajú rosetu

1 pár pozitívnych (červených) a uzemňovacích (čiernych) káblov, ktoré napájajú disk CD4051

1 kábel pre analógový výstup A0 (sivý)

1 kábel pre digitálny vstup pinu A = D5 (modrý)

1 kábel pre digitálny vstup pinu B = D4 (zelený)

1 kábel pre digitálny vstup pinu C = D3 (žltý)

Na uľahčenie konečnej montáže som použil 10-žilový telefónny kábel rôznych farieb.

Identifikujte každý z káblov s ich zodpovedajúcou adresou, aby ste uľahčili konečnú montáž.

Krok 4: Montáž všetkého do stojana z PVC

Montáž podpery

Vezmite CAP s priemerom 5 cm z PVC, kus PVC rúrky a CAP s priemerom 2,5 cm a všetky ich prilepte sekundovým lepidlom podľa fotografie. Môžete tiež vytvoriť otvor s priemerom trubice, aby ste zlepšili spojenie medzi kusmi. Potom, čo sú všetky kusy prilepené, naneste viac lepidla na lepené okraje každého kusu a ihneď ich prilejte sódou bikarbónou. Pri sušení lepidla budete mať veľmi dobrú tvrdosť.

Silikón by ste mali prilepiť aj na okraj SPP, ktorý umožní utesnenie spojenia medzi 2 SZP a uľahčí montáž rosety. Pred pokračovaním ich nechajte uschnúť.

Opatrne vložte rozetu, ktorá je už namontovaná na podpernom diele, a aby tesne priliehala k okraju SPP. Nezabudnite, že nad to namontujeme druhú SPP. Pozrite sa na fotografiu s konečným riešením. A identifikujte prosím každý z káblov, aby ste uľahčili spojenie s nodemcu.

Krok 5: Montáž lopatky

Montáž konštrukcie lopatky

Vytvorte ukazovateľ z epoxidovej hmoty v tvare uvedenom na fotografii. Keď je riadne suchý, kus odvážte a uložte.

Vezmite kus plastu a symetricky ho odstrihnite pre zadnú časť lopatky, ktorá slúži na usmernenie vetra. Tiež odvážte a uložte hodnotu.

Vezmite jednu z hliníkových rúrok a prilepte ukazovateľ a meteorologickú lopatku sekundovým lepidlom so všetkými kusmi zarovnanými v strede. Urobte to isté, čo ste urobili predtým so sódou bikarbónou, aby ste zvýšili tvrdosť každej z lepených častí.

Vezmite druhú hliníkovú trubicu a určme, kde bude uviaznutá v druhej trubici. Na udržanie rovnováhy dielu by vzdialenosť podľa hmotnosti chrbta mala byť rovnaká ako vzdialenosť podľa hmotnosti ukazovateľa. (Pozri výpočty, ktoré sú uvedené na diagrame.) Merania vzdialenosti by sa mali vykonávať viac -menej k stredu hmotnosti každého kusu. Použite sekundové lepidlo a sódu bikarbónu.

V strede CAP urobte otvor s priemerom guľkového ložiska. Pomocou sekundového lepidla ho nalepte na viečko. Je dôležité vybrať guľkové ložisko, ktoré má rovnaký vnútorný priemer zvislej hliníkovej trubice lopatky.

Nakoniec vezmite plastový kotúč s približným priemerom 4,5 cm a na okraj prilepte malý kúsok kovu. Pozrite si fotografiu Týmto spôsobom budete môcť „nalepiť“neodymový magnet a prispôsobiť ho pri kalibrácii nástroja. Môžete odhadnúť namerané hodnoty v niekoľkých smeroch.

Umiestnite plastový disk tak, aby bola kovová časť zaseknutá v rovnakom smere ako vodorovný ukazovateľ hliníkovej trubice. To je dôležité, aby magnet naznačoval rovnaký smer ako lopatka.

Na uľahčenie konečnej montáže anemometra a zarovnania severu lopatky so severnou geografiou vytlačte veternú ružicu a pastu na horný uzáver SPP. Disk bude zaseknutý v hliníkovej trubici, ale najskôr vložte hliníkovú trubicu do guľkového ložiska a hliníkovú trubicu vložte do disku. Nastavte výšku tak, aby vzdialenosť medzi magnetom a okrajom SPP bola medzi 1 a 1,5 cm. To musí stačiť na to, aby magnet správne pripojil jazýčkový spínač. Disk prilepte sekundovým lepidlom a hydrogenuhličitanom vápenatým čo najviac vodorovne.

Namontujte dva kusy tak, že sever veternej ružice nasmerujete na spínač číslo 0 (predstavujúci sever) a pomocou svorky ich spojíte. Nepoužívajte lepidlo, pretože kým budete úplne pripravení, budete musieť mnohokrát pasovať a kalibrovať.

Konečné riešenie nájdete na fotografiách.

Krok 6: Tlmenie anemometra

Montáž podpery

Vezmite 2 plastové viečka a prilepte sekundovým lepidlom. Do viečok vyvŕtajte 4 otvory podľa obrázku. Do každého otvoru nalepte drevené alebo hliníkové prútiky. 2 pingpongové loptičky rozstrihnite uprostred a každú prilepte na konce tyčí, všetky s konkávnou časťou na rovnakú stranu. Približné merania sú uvedené na diagrame.

V strede CAP vytvorte priemer 2,5 cm s guličkovým ložiskom. Pomocou sekundového lepidla ho nalepte na viečko. Sódu bikarbónu používajte tiež veľmi opatrne.

Vložte hliníkovú trubicu do guľkového ložiska v kompatibilnej výške (pozri fotografiu). Ak nie je správne nastavený, opatrne naneste kvapku lepidla.

Montáž halového modulu

Na okraji SPP urobte malý otvor, aby ste prešli hlavou Hallovho senzora.

Neodymový magnet prilepte na stranu plastových krytiek podľa fotografie.

Na pripojenie modulu senzora použite 3 rôzne farebné vodiče.

Vložte Hallov modul a nasmerujte snímač smerom k magnetu vo vzdialenosti 2 až 4 mm. Vyskúšajte, či otáčanie hriadeľa nezasiahne senzorom do magnetu.

Pomocou 3,7 V batérie otestujte, či modul reaguje na priblíženie magnetu otáčaním LED diódy ku každému kontaktu. Ak sa dióda rozsvieti, je všetko v poriadku. Ak nie, posuňte snímač bližšie k magnetu, kým sa nerozsvieti dióda LED.

Ak je všetko v poriadku, upevnite modul v podpere pomocou kvapky lepidla.

Nakoniec bude druhý koniec tyče zaseknutý v plastovom viečku sekundovým lepidlom a sódou bikarbónou, pričom sa nastaví správna výška.

Identifikácia drôtov

Identifikujte všetky káble - VCC, GND a Signal - aby sa uľahčilo spojenie s nodemcu.

Krok 7: Dajte všetko dohromady

Teraz môžete obe zariadenia namontovať dohromady pomocou pripojenia „T“a kúska PVC trubice, ako je to znázornené na fotografii. Nepoužívajte lepidlo, pretože ak je potrebná nejaká úprava alebo údržba, nebude to možné. Vytvoril som malé otvory a pomocou skrutiek ich pevne utiahol. Prevlečte káble týchto dvoch zariadení cez trubicu. Keďže anemometer bude nainštalovaný na streche domu, vyrobil som aj 3 metrové káble, ktoré ho pripoja k uzlu, ktorý bude nainštalovaný v interiéri.

Krok 8: Pripojenie Nodemcu a inštalácia

Schémy znázorňujú správne pripojenie každého kábla. Na otestovanie prevádzky som použil 0,96 palcový OLED displej, aby som prečítal merania a overil, či sú správne, zapojte OLED týmto spôsobom:

D1 - SCL

D2 - SDA

VCC a GND

Inštaláciou na strop je jedinou starosťou udržať celé zariadenie na správnej úrovni. Na to použite vodováhu a veľa veľkých skrutiek. Nezabudnite tiež na sever svojho anemometra a na geografický sever kompasu. V opačnom prípade nebude smer vetra zodpovedať realite.

A to je všetko. V nasledujúcom príspevku vysvetlím skicu, ktorá sa má načítať do nodemcu pomocou Arduino IDE.

Ak máte akékoľvek pochybnosti, neváhajte ma kontaktovať.

S pozdravom

Veľká cena v súťaži IoT Challenge