Meteorologická stanica s protokolovaním údajov: 7 krokov (s obrázkami)

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

V tomto návode vám ukážem, ako si sami vytvoriť systém meteostaníc. Všetko, čo potrebujete, je základná znalosť elektroniky, programovania a trochu času.

Tento projekt sa stále pripravuje. Toto je iba prvá časť. Aktualizácie sa nahrajú v priebehu jedného alebo dvoch mesiacov.

Ak máte akékoľvek otázky alebo problémy, môžete ma kontaktovať na mojom e -maile: [email protected]. Komponenty poskytnuté spoločnosťou DFRobot

Začnime teda

Krok 1: Materiály

Takmer všetky potrebné materiály pre tento projekt je možné zakúpiť v internetovom obchode: DFRobot

Na tento projekt budeme potrebovať:

-Súprava do poveternostných podmienok

-Arduino modul SD karty

-SD karta

-Solárny správca energie

-5V 1A solárny panel

-Niektoré nylonové sťahovacie pásky

-montážna sada

-Displej LCD

-Breadboard

- Li-ion batérie (použil som batérie Sanyo 3,7 V 2250 mAh)

-Vodotesná plastová spojovacia skrinka

-Niektoré drôty

-Rezistory (2x 10 kOhm)

Krok 2: Moduly

Na tento projekt som použil dva rôzne moduly.

Manažér slnečnej energie

Tento modul je možné napájať dvoma rôznymi zdrojmi, 3,7 V batériou, 4,5 V - 6 V solárnym panelom alebo káblom USB.

Má dva rôzne výstupy. 5V USB výstup, ktorý je možné použiť na napájanie Arduina alebo iného ovládača a 5V piny na napájanie rôznych modulov a senzorov.

Technické údaje:

• Solárne vstupné napätie (SOLAR IN): 4,5 V ~ 6 V
• Vstup na batériu (BAT IN): 3,7 V jednobunkový Li-polymer/Li-ion
• Nabíjací prúd batérie (USB/SOLAR IN): 900mA, maximálne udržiavacie nabíjanie, konštantný prúd, konštantné napätie, trojfázové nabíjanie
• Medzné napätie nabíjania (USB/SOLAR IN): 4,2 V ± 1%
• Regulovaný napájací zdroj: 5V 1A
• Regulovaná účinnosť napájania (3,7 V BAT IN): 86%pri 50%zaťažení
• Účinnosť USB/solárneho nabíjania: 73%@3.7V 900mA BAT IN

SD modul

Tento modul je plne kompatibilný s Arduino. Umožňuje vám pridať do projektu veľkokapacitné úložisko a protokolovanie údajov.

Použil som ho na zber údajov z meteorologickej stanice so 16 GB kartou SD.

Technické údaje:

• Rozdelená doska pre štandardnú kartu SD a kartu Micro SD (TF)
• Obsahuje prepínač na výber slotu pre kartu flash
• Sedí priamo na Arduine
• Použiteľné aj s inými mikrokontrolérmi

Krok 3: Sada meteorologickej stanice

Hlavnou súčasťou tohto projektu je súprava meteorologických staníc. Napájaný je 5V z Arduina alebo môžete použiť aj externé 5V napájanie.

Má 4 piny (5V, GND, TX, RX). Dátový port TXD využíva 9600bps.

Sada meteorologickej stanice pozostáva z:

• Anemometer
• Veterná lopatka
• Vedro do dažďa
• Doska snímača
• Hrúbka z nehrdzavejúcej ocele (30 cm) (11,81 ")
• Balíček komponentov

Môže sa použiť na meranie:

• Rýchlosť vetra
• Smer vetra
• Množstvo zrážok

Má vstavaný snímač vlhkosti a teploty, ktorý dokáže merať aj barometrický tlak.

Anemometer dokáže merať rýchlosť vetra až 25 m/s. Smer vetra sa zobrazuje v stupňoch.

Viac informácií o tejto súprave a ukážkový kód nájdete na: wiki DFRobot

Krok 4: Ako zostaviť súpravu meteorologickej stanice

Zostavenie tejto súpravy je celkom jednoduché, ale ďalšie informácie o montáži nájdete v návode, ako túto súpravu zostaviť.

Tutorial: Ako zostaviť súpravu meteorologickej stanice

Krok 5: Dodávka a bývanie

Batéria:

Na tento projekt som použil lítium-iónové batérie 3,7 V. Vyrobil som batériu z 5x týchto batérií. Každá batéria má približne 2 250 mAh, takže päťnásobné balenie poskytne pri paralelnom zapojení približne 1 250 0 mAh.

Pripojenie: Ako som spomenul, zapojil som batérie paralelne, pretože paralelne udržujete pôvodné napätie, ale získate väčšiu kapacitu batérie. Napríklad: Ak máte dve 3,7 V 2 000 mAh batériu a zapojíte ju paralelne, získate 3,7 V a 4 000 mAh.

Ak chcete dosiahnuť vyššie napätie, musíte ich zapojiť do série. Napríklad: Ak zapojíte dve 3,7 V 2 000 mAh batériu do série, získate 7, 4 V a 2 000 mAh.

Solárny panel:

Použil som solárny panel 5V 1A. Tento panel má výstupný výkon asi 5 W. Výstupné napätie dosahuje až 6V. Keď som testoval panel v oblačnom počasí, jeho výstupné napätie bolo asi 5,8-5,9 V.

Ale ak chcete plne zásobovať túto meteorologickú stanicu slnečnou energiou, musíte pridať 1 alebo 2 solárne panely a olovenú batériu alebo niečo iné na skladovanie energie a na napájaciu stanicu, keď nie je slnko.

BÝVANIE:

Nezdá sa to, ale bývanie je jednou z najdôležitejších súčastí tohto systému, pretože chráni životne dôležité prvky pred vonkajšími vplyvmi.

Vyberám teda vodotesnú plastovú spojovaciu skrinku. Je dostatočne veľký, aby sa doň zmestili všetky komponenty. Má rozmery asi 19 x 15 cm.

Krok 6: Zapojenie a kód

Arduino:

Všetky komponenty sú prepojené s Arduino.

-SD modul:

• 5V -> 5V
• GND -> GND
• MOSI -> digitálny pin 9
• MISO -> digitálny pin 11
• SCK -> digitálny pin 12
• SS -> digitálny pin 10

Doska meteorologickej stanice:

• 5V -> 5V
• GND -> GND
• TX -> RX na Arduine
• RX -> TX na Arduino

Batéria je pripojená priamo k správcovi napájania (vstup batérie 3,7 V). Pripojil som sa tiež k batérii k analógovému kolíku A0 na Arduino na monitorovanie napätia.

K tomuto modulu je priamo pripojený solárny panel (solárny vstup). Solárny panel je tiež pripojený k deliču napätia. Výstup deliča napätia je pripojený k analógovému kolíku A1 na Arduino.

Pripojil som tiež, aby ste naň mohli pripojiť LCD displej a skontrolovať napätie. Takže LCD je pripojený k 5V, GND a SDA z LCD ide na SDA na Arduino a to isté s pinom SCK.

Arduino je k modulu správcu napájania pripojený káblom USB.

KÓD:

Kód pre túto meteorologickú stanicu nájdete na wiki DFRobot. Tiež som pripojil svoj kód so všetkými inováciami.

-Ak chcete pre svoju polohu získať správny smer vetra, musíte v programe manuálne zmeniť hodnoty zostupu.

Všetky údaje sú teda uložené do súboru txt s názvom test. Tento súbor môžete premenovať, ak chcete. Zapisujem všetky možné hodnoty z meteorologickej stanice a zapisuje tiež napätie batérie a solárne napätie. Aby ste videli, aká je spotreba batérie.

Krok 7: Meranie napätia a testovanie

Pre svoj projekt som potreboval vykonať monitorovanie napätia na batérii a solárnom paneli.

Na monitorovanie napätia na batérii som použil analógový pin. Pripojil som + z batérie na analógový pin A0 a - z batérie na GND na Arduino. V programe som použil funkciu "analogRead" a "lcd.print ()" na zobrazenie hodnoty napätia na LCD. Tretí obrázok ukazuje napätie na batérii. Zmeral som to pomocou Arduina a tiež multimetrom, aby som mohol porovnať hodnotu. Rozdiel medzi týmito dvoma hodnotami bol asi 0,04V.

Pretože výstupné napätie zo solárneho panelu je vyššie ako 5 V, potrebujem vytvoriť delič napätia. Analógový vstup môže mať maximálne vstupné napätie 5 V. Vyrobil som to s dvoma odpormi 10 kOhm. Použitie dvoch rezistorov s rovnakou hodnotou rozdeľuje napätie presne na polovicu. Ak teda pripojíte 5V, výstupné napätie bude asi 2,5V. Tento delič napätia je na prvom obrázku. Rozdiel medzi hodnotou napätia na LCD a na multimetri bol asi 0,1-0,2V

Vyrovnanie pre výstup deliča napätia je: Vout = (Vcc*R2)/R1+R2

Testovanie

Keď som všetko spojil a zabalil všetky súčasti do krytu, potreboval som vykonať vonkajší test. Vytiahol som von meteorologickú stanicu, aby som zistil, ako bude fungovať v skutočných vonkajších podmienkach. Hlavným účelom tohto testu bolo zistiť, ako budú batérie fungovať alebo ako sa počas tohto testu vybijú. Pri testovaní bola vonkajšia teplota asi 1 ° C vonku a asi 4 ° C vo vnútri krytu.

Napätie batérie kleslo z 3,58 na asi 3,47 za päť hodín.