Meteostanica s nízkym výkonom: 6 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Teraz je to už tretia verzia, ktorá bola testovaná viac ako dva roky, a tak bola moja meteorologická stanica aktualizovaná, aby zaistila lepší výkon pri nízkom výkone a spoľahlivosť prenosu údajov.

Spotreba energie - nie je problém v iných mesiacoch ako v decembri a januári, ale v týchto veľmi temných mesiacoch solárny panel, aj keď mal výkon 40 wattov, nedokázal udržať krok s dopytom systému … a väčšina dopytu pochádzala z 2G FONA GPRS modul, ktorý prenáša údaje priamo na interweby.

Ďalší problém bol so samotným modulom FONA GPRS alebo s väčšou pravdepodobnosťou s mobilnou telefónnou sieťou. Zariadenie by perfektne fungovalo niekoľko týždňov / mesiacov, ale potom sa zrazu bez zjavného dôvodu zastavilo. Sieť sa zrejme pokúša odoslať nejaký druh „informácií o aktualizácii systému“, ktoré, ak nie sú akceptované, spôsobia spustenie zariadenia zo siete, takže GPRS nie je v skutočnosti bezúdržbové riešenie na prenos údajov. Je to škoda, pretože keď to fungovalo, fungovalo to veľmi pekne.

Táto aktualizácia používa protokol LoRa s nízkym výkonom na odosielanie údajov na lokálny server Raspberry Pi, ktorý ich potom odošle na interwebs. Týmto spôsobom môže byť samotná meteorologická stanica s nízkym výkonom na solárnom paneli a v procese „ťažkým zdvíhaním“vykonávaná niekde v dosahu siete WIFI zo siete. Samozrejme, ak máte v dosahu verejnú bránu LoRa, Raspberry Pi by nebola potrebná.

Zostavenie DPS meteorologickej stanice je jednoduché, pretože súčiastky SMD sú dosť veľké (1206) a všetko na doske funguje 100%. Niektoré súčiastky, konkrétne dychové nástroje, sú dosť drahé, ale niekedy sa dajú nájsť aj z druhej ruky na Ebay.

Krok 1: Komponenty

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

Raspberry Pi (voliteľné v závislosti od dostupnosti lokálnej brány LoRa) ………… 1 z

BME280 pre tlak, vlhkosť, teplotu a nadmorskú výšku ………………………….. 1 z

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

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

Pípač 754-2053 ……………………………… 1 z

Shottkyho dióda (1206) …………………………………… 2 z

Reštaurátory R1K …………………………………… 3 z

Rezistor R4.7K ………………………………… 1 z

Kondenzátor C100nF …………………………….. 3 z

R100K …………………………………………… 1 z

R10K …………………………………………….. 4 z

C1uF ……………………………………………… 1 z

C0.33uF ………………………………………… 1 z

R100 …………………………………………….. 1 z

R0 ……………………………………………….. 1 z

Teplotná sonda Dallas DS18B20 ………… 1 z

PCB ……………………………………………………… 1 z

Zrážkomer …………………………………………………. 1 z

Pôdna sonda ……………………………………… 1 z (sonda DIY pozri krok 6)

Anemometer A100LK ………………………….. 1 z

Veterná lopatka W200P ………………………………..1 z

Krok 2: Ako to funguje

Je dosť jednoduché uviesť senzory do chodu napríklad na teplotu, vlhkosť a tlak, ale niektoré ďalšie sú dosť zložité, aj keď celý kód je súčasťou tohto blogu.

1. Dažďový ukazovateľ je v „prerušení“a funguje, keď je zistená zmena. Dážď vstupuje do prístroja a kvapká dole na hojdačku, ktorá sa pohybuje, keď je jeden koniec plný, pričom pri prechode dvakrát spustí magnetický senzor. Dažďový senzor má pred všetkým prednosť a funguje, aj keď sa prenášajú údaje.

2. Anemometer funguje tak, že vysiela impulz s nízkym výkonom, ktorého frekvencia závisí od jeho rýchlosti. Je veľmi jednoduché kódovať a spotrebuje veľmi málo energie, aj keď potrebuje zaznamenávať približne každú sekundu, aby zachytil najnáročnejšie poryvy. Kód počas záznamu zaznamenáva priemernú rýchlosť vetra a maximálny náraz.

3. Napriek tomu, že na prvý pohľad by bolo ľahké kódovať veternú lopatku, po preskúmaní zložitostí je to oveľa komplikovanejšie. V podstate je to len potenciometer s veľmi nízkym krútiacim momentom, ale problém s odčítaním z neho je znásobený skutočnosťou, že má krátku „mŕtvu zónu“okolo severného smeru. Potrebuje sťahovacie odpory a kondenzátory, aby sa zabránilo podivným údajom v blízkosti severu, ktoré potom spôsobujú nelinearitu v nameraných hodnotách. Pretože sú údaje polárne, normálne priemerné priemerné výpočty nie sú možné, a preto je potrebné vypočítať komplikovanejší režim, ktorý zahŕňa vytvorenie rozsiahleho poľa asi 360 čísel! …. A tým to nekončí …. Osobitnú pozornosť je potrebné venovať tomu, do ktorého kvadrantu snímač smeruje, akoby sa nachádzal v kvadrante na oboch stranách severu, s režimom sa musí zaobchádzať odlišne.

4. Pôdna vlhkosť je jednoduchá sonda vodivosti, ale na úsporu energie a zabránenie korózii je pulzovaná veľmi rýchlo jedným z náhradných digitálnych kolíkov Arduina.

5. Systém odosiela údaje z Arduina na Raspberry Pi (alebo bránu LoRa), ale potrebuje tiež „spätné volanie“od prijímača, aby sa pred vynulovaním všetkých rôznych počítadiel a priemerov a vykonaním nová sada čítaní. Jedna relácia záznamu môže trvať približne 5 minút, potom sa Arduino pokúsi odoslať údaje. Ak sú údaje poškodené alebo nie je k dispozícii internetové pripojenie, relácia nahrávania sa predlžuje, kým spätné volanie neoznačí úspech. Tak nebude chýbať žiadny maximálny nárazový vietor ani meranie dažďa.

6. Napriek tomu, že tento blog presahuje rámec tohto blogu, na internetovom serveri (je to veľký počítač v Ipswichi vo Veľkej Británii) sa údaje zhromaždia do databázy MySQL, ku ktorej je možné pristupovať pomocou jednoduchých skriptov PHP. Koncový používateľ môže tiež vidieť údaje zobrazené v efektných číselníkoch a grafoch vďaka patentovanému softvéru Java od spoločnosti Amcharts. Potom „konečný výsledok“nájdete tu:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

Krok 3: Súbory

Všetky súbory s kódom Arduino, Raspberry Pi a súbor na vytvorenie DPS v softvéri „Design Spark“sú uložené v úložisku Github tu:

github.com/paddygoat/Weather-Station

Krok 4: Naplnenie DPS

Na spájkovanie súčiastok SMD nie je potrebná žiadna šablóna - naneste trochu spájky na podložky plošných spojov a umiestnite súčiastky pinzetou. Komponenty sú dostatočne veľké na to, aby robili všetko od oka, a nezáleží na tom, či spájka vyzerá chaoticky alebo sú komponenty trochu mimo stredu.

Vložte DPS do hriankovača a zohrejte na 240 stupňov C pomocou sondy teplomera typu K na monitorovanie teplôt. Počkajte 30 sekúnd pri 240 stupňoch a potom rúru vypnite a otvorte dvere, aby sa uvoľnil teplo.

Teraz je možné ostatné súčiastky ručne spájkovať.

Ak si chcete kúpiť PCB, stiahnite si súbory zip gerber tu:

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

a nahrajte ich do JLC tu:

Vyberte veľkosť dosky 100 x 100 mm a použite všetky predvolené nastavenia. Cena je 2 doláre + poštovné za 10 tabúľ.

Krok 5: Nasadenie

Meteorologická stanica je rozmiestnená uprostred poľa s dychovými nástrojmi na vysokom stĺpe s káblami pre chlapcov. Podrobnosti o nasadení sú uvedené tu:

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

Krok 6: Predchádzajúca práca

Tento návod je poslednou fázou prebiehajúceho projektu, ktorý má históriu vývoja v ďalších siedmich predchádzajúcich projektoch:

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…