Meteorologická stanica: 8 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Cítili ste sa niekedy nepríjemne počas rozhovoru? Potrebujete sa porozprávať (chváliť sa) o skvelých veciach? Tak to máme pre vás! Tento tutoriál vám umožní postaviť a používať vlastnú meteorologickú stanicu. Teraz môžete sebavedomo vyplniť akékoľvek trápne ticho aktualizáciami teploty, tlaku, vlhkosti, nadmorskej výšky a rýchlosti vetra. Po dokončení tohto úhľadného projektu sa už nikdy nebudete uchyľovať k nevýraznému „krásnemu počasiu“.

Naša meteorologická stanica je plne vybavená vodotesným boxom s rôznymi senzormi, ktoré zaznamenávajú rôzne prirodzené merania a všetky ich ukladajú na rovnakú kartu SD. Arduino Uno sa používa na ľahký kód meteorologickej stanice, aby mohla fungovať na diaľku. Okrem toho je možné do systému pridať alebo integrovať ľubovoľný počet senzorov, čo mu poskytne množstvo rôznych funkcií. Rozhodli sme sa použiť rôzne snímače od spoločnosti Adafruit: použili sme snímač teploty a vlhkosti DHT22, snímač barometrického tlaku a nadmorskej výšky BMP280 a snímač rýchlosti vetra s anemometrom. Okrem spojenia niekoľkých rôznych kódov sme museli stiahnuť aj niekoľko knižníc kódov, aby všetky naše senzory fungovali spoločne a zaznamenávali údaje na kartu SD. Odkazy na knižnice sú komentované v našom kóde.

Krok 1: Zhromaždite materiály

• Arduino Uno
• Protoboard
• 9V batéria
• Anemometer Adafruit Senzor rýchlosti vetra
• Vodotesné bývanie
• Barometrický snímač tlaku a nadmorskej výšky Adafruit BMP280
• Senzor teploty a vlhkosti Adafruit DHT22
• Štít na zaznamenávanie údajov zostavený spoločnosťou Adafruit
• Horúce lepidlo

V tomto kroku je dôležité zabezpečiť, aby vaše Arduino fungovalo a bolo možné ho naprogramovať z počítača. Skončili sme tiež spájkovanie všetkých našich komponentov na protoboard, ale na pripojenie snímača k Arduinu je možné použiť aj dosku na chlieb. Náš protoboard zaistil, aby všetky naše spojenia boli trvalé a uľahčilo umiestnenie komponentov bez obáv, že by ste ich vystrkovali z miesta.

Krok 2: Pridajte záznamník údajov

Tento krok je ľahký. Všetko, čo musíte urobiť, aby ste vykonali tento krok, je zacvaknúť záznamník údajov na svoje miesto. Hodí sa priamo na vrchol Arduino Uno.

Získanie záznamu údajov do denníka údajov skutočne vyžaduje určité kódovanie. Záznamník zaznamenáva údaje na kartu SD, ktorá sa zmestí do štítu a je možné ju vybrať a zapojiť do počítača. Jednou z užitočných vlastností kódu je použitie časovej pečiatky. Hodiny zaznamenávajú okrem sekundy, minúty a hodiny aj deň, mesiac a rok (pokiaľ sú napojené na batériu). Keď sme začínali, museli sme ten čas nastaviť v kóde, ale záznamník údajov uchováva čas tak dlho, ako je pripojená batéria na jeho doske. To znamená, že nie je potrebné resetovať hodiny!

Krok 3: Nastavte snímač teploty a vlhkosti

1. Pripojte prvý kolík (červený) na senzore k 5V kolíku na Arduine
2. Pripojte druhý kolík (modrý) k digitálnemu kolíku na Arduine (ten náš sme vložili do kolíka 6)
3. Štvrtý kolík (zelený) zapojte k zemi Arduina

Senzor od spoločnosti Adafruit, ktorý sme použili, potrebuje na zber dát iba jeden digitálny pin na Arduine. Tento snímač je kapacitný snímač vlhkosti. Čo to znamená, že meria relatívnu vlhkosť pomocou dvoch kovových elektród oddelených poréznym dielektrickým materiálom medzi nimi. Keď voda vstupuje do pórov, kapacita sa zmení. Časť snímača teploty je jednoduchý odpor: odpor sa mení so zmenou teploty (nazýva sa termistor). Napriek tomu, že zmena je nelineárna, je možné ju previesť na čítanie teploty, ktoré je zaznamenané štítom nášho záznamníka údajov.

Krok 4: Nastavte snímač tlaku a nadmorskej výšky

1. Pin Vin (červený) sa pripojí k kolíku 5V na Arduine
2. Druhý kolík nie je k ničomu pripojený
3. Pin GND (čierny) je na Arduine spojený so zemou
4. Pin SCK (žltý) prechádza na pin SCL na Arduine
5. Piaty pin nie je pripojený
6. Pin SDI (modrý) je pripojený k kolíku Arduino SDA
7. Siedmy pin nie je pripojený a nie je zobrazený na diagrame

Vin Vin reguluje napätie na samotnom senzore a znižuje ho z 5V vstupu na 3V. Pin SCK alebo hodinový kolík SPI je vstupným kolíkom k senzoru. Pin SDI je sériový údaj v pine a prenáša informácie z Arduina do senzora. V schéme zostavy Arduino a breadboard nebol zobrazený snímač tlaku a nadmorskej výšky presným modelom, ktorý sme použili. Existuje o jeden kolík menej, spôsob zapojenia je však úplne rovnaký ako spôsob, akým bol zapojený skutočný snímač. Spôsob pripojenia pinov odráža kolíky na snímači a mal by poskytnúť adekvátny model na nastavenie senzora.

Krok 5: Nastavte anemometer

1. Červené elektrické vedenie z anemometra je potrebné pripojiť k kolíku Vin na Arduine
2. Čierna uzemňovacia čiara by mala byť na Arduine spojená so zemou
3. Modrý vodič (v našom obvode) bol pripojený k kolíku A2

Jedna dôležitá vec, ktorú je potrebné vziať do úvahy, je, že anemometer potrebuje na svoj chod napájanie 7-24V. 5V kolík na Arduine to jednoducho nezníži. Do Arduina teda musí byť zapojená 9V batéria. Toto sa priamo pripája k kolíku Vin a umožňuje anemometru čerpať z väčšieho zdroja energie. Anemometer meria rýchlosť vetra vytváraním elektrického prúdu. Čím rýchlejšie sa točí, tým viac energie, a teda aj viac prúdu, zdroje anemometra získavajú. Arduino je schopné previesť prijatý elektrický signál na rýchlosť vetra. Program, ktorý sme kódovali, tiež robí potrebnú konverziu, aby dostal rýchlosť vetra na míle za hodinu.

Krok 6: Skontrolujte obvod a spustite niekoľko testov

Na obrázku vyššie je náš dokončený schéma zapojenia. Snímač teploty je biely, štvorpólový snímač v strede dosky. Senzor tlaku je znázornený červeným senzorom vpravo. Napriek tomu, že sa nezhoduje so senzorom, ktorý sme použili presne, piny/pripojenia sa budú zhodovať, ak ich zarovnáte zľava doprava (na senzore, ktorý sme použili, je ešte jeden kolík ako na obrázku). Drôty anemometra zodpovedali farbám, ktoré sme im priradili v diagrame. Okrem toho sme pridali 9V batériu do čierneho portu pre batériu v dolnom ľavom rohu diagramu na Arduine.

Ak chcete otestovať meteorologickú stanicu, skúste dýchať na snímač teploty a vlhkosti, roztočte anemometer a urobte údaje v hornej a dolnej časti vysokej budovy/kopca, aby ste zistili, či snímač teploty, anemometer a snímač tlaku/nadmorskej výšky zhromažďujú údaje.. Skúste vytiahnuť kartu SD a zapojiť zariadenie, aby ste sa presvedčili, že boli merania správne zaznamenané. Našťastie všetko prebieha hladko. Ak nie, dvakrát skontrolujte všetky svoje pripojenia. Ako záložný plán skúste skontrolovať kód a zistiť, či nedošlo k chybe.

Krok 7: Uložte všetky súčasti

Teraz je načase, aby to vyzeralo ako skutočná meteorologická stanica. Na umiestnenie nášho obvodu a väčšiny komponentov sme použili vodotesný box Outdoor Products. Náš box už mal na boku otvor s penetrátorom a gumovým tesnením. To nám umožnilo previesť teplotný senzor a vodiče anemometra von z krabice cez otvor vyvŕtaný v penetrátore a utesnený epoxidom. Aby sme vyriešili problém umiestnenia snímača tlaku vo vnútri skrinky, vyvŕtame malé otvory v spodnej časti škatule a do každého rohu dna dáme stúpačku, aby sedela nad úrovňou zeme.

Na vodotesnosť vodičov spájajúcich anemometer a snímač teploty s hlavnou doskou s plošnými spojmi sme na utesnenie akýchkoľvek spojov použili zmršťovaciu pásku. Viedli sme snímač teploty pod škatuľu a pripevnili ho (len sme nechceli, aby tónovaný plast zachytával teplo a poskytoval nám falošné hodnoty teploty).

Nie je to jediná možnosť bývania, ale je to určite taká, ktorá prácu zvládne pre zábavný projekt.

Krok 8: Užite si svoju osobnú malú meteorologickú stanicu

Teraz je zábavná časť! Vezmite si svoju meteorologickú stanicu so sebou, postavte ju mimo svojho okna alebo robte čokoľvek iné, čo by ste chceli. Chcete ho poslať v meteorologickom balóne? Pozrite sa na náš ďalší návod!