Kuinka rakentaa oma tuulimittari Reed -kytkimillä, Hall -tehosteanturilla ja joillakin Nodemcu -palasilla. - Osa 1 - Laitteisto: 8 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Johdanto

Siitä lähtien, kun aloitin Arduinon ja Maker -kulttuurin opinnot, olen halunnut rakentaa hyödyllisiä laitteita, joissa käytetään roskapostia, kuten pullon korkit, PVC -palat, juomatölkit jne. Rakastan antaa toisen elämän mille tahansa palalle tai materiaalia. Suuri osa täällä käytetyistä materiaaleista on romua, joka poistetaan joistakin laitteista ja kierrätetään

Kun aloitin oman sääaseman projektin, tajusin, että tuulen voimakkuuden ja suunnan mittaaminen ei olisi kovin helppoa tai halpaa. Useiden kuukausien jälkeen esittelen teille tämän projektin, joka käyttää enimmäkseen kierrätysmateriaaleja ja erittäin halpoja elektronisia osia, jotka löytyvät helposti mistä tahansa sähköisestä kaupasta.

Tässä viestissä on 2 osaa.

Osa 1 - Laitteiden rakenne Tuulimittari ja tuulen suunnan suunta.

Osa 2 - Luonnos käyttäen Arduino IDE: tä Esp8266 Nodemculle ja siirto ThingSpeakille.

Katso videolta lopullinen ratkaisu.

Kuinka rakentaa oma tuulimittari Hall Effect -anturin ja Reed -kytkimien avulla

Hankkeen kuvaus

Tuulimittari on laite, joka pystyy mittaamaan tuulen nopeuden ja sen suunnan. Hall Effect -anturin avulla voimme laskea, kuinka monta kierrosta kupit antavat tietyssä ajassa. Tuulen voimakkuus on verrannollinen akselin pyörimisnopeuteen. Joillakin yksinkertaisilla fysiikkayhtälöillä voit määrittää tuulen lineaarisen nopeuden sillä hetkellä. Selitämme ne kaikki osassa 2.

Ja tuulen suunnan mittaamme tuulilasin läpi, jossa on neodyymimagneetti ja ruoko -kytkimet. Siipi osoittaa tuulen suuntaan ja siihen kiinnitetty magneetti yhdistää ruoko -kytkimet, jolloin sähkövirta kulkee liitännän (tai liitosten) läpi. Piirit, joissa on positiivinen virta, osoittavat tuulen suunnan, kuten kompassi.

Meillä on 8 piiriä, jotka emuloivat 16 suuntaa: 4 kardinaalia ja 4 lisäpistettä, kun 1 kytkin aktivoidaan (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW) ja kun 2 kytkintä aktivoidaan samanaikaisesti, meillä on 8 alivakuutta pistettä (NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW).

Tuulen nopeus ja suunta lasketaan ja määritetään nodemcun luonnoksella. Mutta tämä selitetään osassa 2. Siirrymme nyt laitteistokokoonpanoon.

Vastuuvapauslauseke: Tätä tuulimittaria ei tule käyttää ammattikäyttöön. Se on tarkoitettu vain akateemiseen tai kotikäyttöön.

Huomaa: Englanti ei ole luonnollinen kieleni. Jos löydät kielioppivirheitä, jotka estävät sinua ymmärtämästä projektia, ilmoita siitä minulle korjataksesi ne. Kiitos paljon.

Vaihe 1: Materiaaliluettelo

Tuuli Vane

8 x Reed -kytkintä

8 x 10 k ohmin vastukset

10 cm PVC -putki

2 PVC -korkkia, halkaisija 5 cm

1 PVC -korkki, halkaisija 2,5 cm

1 CD4051 Analoginen multiplekseri

1 muovinen levy

20 x 20 vahvaa muovikappaletta

1 Neodyymimagneetti (Magneetin mittojen on mahdollistettava kahden kytkimen yhdistäminen samanaikaisesti. Minun koko on 0,5 x 0,5 cm ja se toimii hyvin.)

10 eriväristä johtoa

1 Yleinen PCB

1 kuulalaakeri, jonka halkaisija on sama kuin alumiiniputkien

1 alumiiniputki noin 20 cm

1 alumiiniputki noin 10 cm

1 letkunkiristin

Epoksi -massa

Välitön liima - syanoakrylaatti ja natriumbikarbonaatti

Tuulimittari

2 pingispallopalloa

4 puuta tai alumiinia noin 12 cm

1 kuulalaakeri

1 alumiiniputki noin 5 cm

3 kpl erivärisiä johtoja

1 salin anturi SS49E

1 neodyymimagneetti

Epoksi -massa ja pikaliima - syanoakrylaatti ja natriumbikarbonaatti

2 muovista hanoja, joiden halkaisija on noin 3-5 cm

1 PVC -korkki ja 5 cm PVC -putki

1 PVC -korkki, halkaisija 2,5 cm

• Nodemcu
• Muovikotelo elektronisille projekteille
• Juotin
• 1 PVC -putki noin 2 metriä ja "T" PVC -liitin
• 1 PVC 90 asteen liitäntä
• 5V virtalähde (käytän aurinkopaneelia)

Vaihe 2: Wind Vane Rosettan kokoaminen

Ruovikytkimet ja vastukset piirilevylle

Leikkaa yleinen piirilevy ympyrän muotoiseksi, jonka halkaisija on hieman pienempi kuin PVC CAP, koska kun se on valmis, se sopii siihen.

Taivuta ruokokytkimen jalat 90 astetta, jotta ne sopivat piirilevyyn varoen, jotta suojalasi ei rikkoudu. Ihanteellinen on 3 mm: n päässä lasista. Asenna jokainen ruuvikytkin kaavion mukaisesti. Numeroi kukin 0-7 kaaviona. Oikea tunnistaminen on tärkeää, kun liität liittimet multiplekseriin. Käytä juotosrautaa juottamaan ne levylle.

Aseta jokainen vastus kaavioon, jossa yksi liittimistä on juotettu johonkin reed -kytkimen liittimistä ja toinen on yhteinen kaikille piirilevyn keskelle sijoitetuille vastuksille.

Juotos kuparikaapeli, joka yhdistää ruoko -kytkinten kaikki ulkoiset liittimet jättäen kaksi viimeistä ilman yhteyttä. Kuin sormus. Hitsausjärjestyksellä ei ole väliä.

Kunkin vastuksen ja ruoko -kytkimen juotoslangan risteyksessä. Ne ovat 8 erilaista. Juotetaan punainen lanka ruoko -kytkinten kuparirenkaaseen positiivisena ja musta lanka kaikkien "rosettan" keskellä olevien vastusten risteykseen negatiivisena.

Katso kaavioita ja varmista, että säilytät multiplekseriin kytkettävien kaapeleiden numeroinnin.

Testaa liitännät ennen asennusta

Ennen asennuksen jatkamista ehdotan liitosten testaamista. Käytä lediä, mitä tahansa 3,7 V: n 18650 -paristoa, neodyymimagneettia ja kaapeleita, joissa on krokotiilikynnet. Liitä akku liittimiin VCC ja GND ja GND: n krokotiilikaapeli, jonka toinen pää on ledin negatiivinen (käytä sinistä, joka ei tarvitse vastusta). Kytke toinen kaapeli ledin positiiviseen ja toinen jokaiseen kytkimeen kytkettyyn kaapeliin. Vie magneetti nyt liitetyn kytkimen ulkoreunan läpi. Jos ledi syttyy, se on ok. Jos se ei käynnisty, tarkista hitsit. Jos haluat testata kahta liitäntää samanaikaisesti, käytä toista kaapelia ja toista lediä samanaikaisesti. Kun magneetti viedään kahden kytkimen väliin, kahden LED -valon pitäisi syttyä. On välttämätöntä, että molemmat LED-valot syttyvät samanaikaisesti, jotta sähköinen signaali voi edustaa kompassin alivakuutuspisteitä, kuten ENE, ESE, SSW, NNW jne.

Vaihe 3: Liitännät CD4051 -multiplekseriin ja siitä

CD4051 Analoginen multiplekseri

Multiplekserit ovat yhdistelmäpiirejä, joissa on useita tuloja ja yksi datalähtö. Ne on varustettu ohjaustuloilla, jotka kykenevät valitsemaan yhden ja vain yhden datatuloista, jotta ne voidaan siirtää valitusta tulosta mainittuun lähtöön.

Jos et tiedä CD4051: n toimintaa, suosittelen lukemaan verkkosivulta löytyvän lomakkeen. Yhteenvetona voidaan todeta, että 4051: ssä on 8 analogista tuloa, jotka on numeroitu 0: sta 7: een, 3 ja nastat A, B ja C, jotka yhdessä mahdollistavat tulojen lukemisen ja analogisen lähdön määrittämisen. Ohjelmisto analysoi jokaisessa lukemassa, mitkä liitännät ovat positiivisella virralla, ja osoittaa vastaavan tuulen suunnan. Tämä selitetään yksityiskohtaisesti viestin osassa 2. Katso kaaviosta, miten rosetta on kytketty multiplekseriin.

Yhteydet Nodemcuun

Tarvitsemme 8 kaapelia Nodemcun liittämiseksi. Katso kaavio.

1 pari positiivisia (punaisia) ja maadoitettuja (mustia) johtimia, jotka syöttävät virtaa rosettaan

1 pari positiivisia (punaisia) ja maadoitettuja (mustia) kaapeleita, jotka syöttävät virtaa CD4051 -laitteeseen

1 kaapeli analogialähdölle A0 (harmaa)

1 kaapeli nastan A digitaalitulolle = D5 (sininen)

1 kaapeli nastan B digitaalitulolle = D4 (vihreä)

1 kaapeli nastan C = D3 digitaalitulolle (keltainen)

Käytin 10-johtimista eriväristä puhelinjohtoa helpottamaan lopullista kokoonpanoa.

Tunnista jokainen kaapeli vastaavalla osoitteella lopullisen asennuksen helpottamiseksi.

Vaihe 4: Asenna kaikki PVC -telineeseen

Tuen asennus

Ota CAP, jonka halkaisija on 5 cm PVC, pala PVC -putkea ja CAP, jonka halkaisija on 2,5 cm, ja liimaa ne kaikki pikaliimalla kuvan mukaisesti. Voit myös tehdä reikän putken halkaisijalla kappaleiden välisen yhteyden parantamiseksi. Kun kaikki palat on liimattu, levitä lisää liimaa kunkin kappaleen liimattuihin reunoihin ja peitä välittömästi ruokasoodalla. Liimaa kuivattaessa kovuus on erittäin hyvä.

Sinun on myös kiinnitettävä silikoni YMP: n reunaan, mikä mahdollistaa kahden YMP: n liitoksen tiivistämisen ja helpottaa rosettan asentamista. Anna niiden kuivua ennen kuin jatkat.

Aseta varovasti tukikappaleeseen jo asennettu rosetta ja aseta se tiukasti YMP: n reunaa vasten. Muista, että asennamme toisen YMP: n tämän yläpuolelle. Katso kuva lopullisesta ratkaisusta. Tunnista jokainen kaapeli helpottaaksesi yhteyksiä nodemcuun.

Vaihe 5: Vaneen asennus

Siipien rakenteen asennus

Tee osoitin epoksimassalla, jonka muoto on kuvassa. Kun se on kunnolla kuiva, punnitse kappale ja tallenna arvo.

Ota muovikappale ja leikkaa se symmetrisesti siiven takaosaan, joka ohjaa tuulta. Punnitse myös ja säästä arvo.

Ota yksi alumiiniputkista ja kiinnitä osoitin ja tuuliviiri pikaliimalla siten, että kaikki palaset ovat keskellä. Tee sama kuin ennen ruokasoodan kanssa lisätäksesi liimattujen osien kovuutta.

Ota toinen alumiiniputki ja määritetään, mihin se jää jumiin toiseen putkeen. Kappaleen tasapainon ylläpitämiseksi etäisyyden selän painolla tulee olla sama kuin etäisyys osoittimen painolla. (Katso laskelmat, jotka on esitetty kaaviossa.) Etäisyysmittaukset on tehtävä enemmän tai vähemmän kunkin kappaleen massakeskukseen. Käytä pikaliimaa ja ruokasoodaa.

Tee YMP: n keskelle reikä kuulalaakerin halkaisijalla. Kiinnitä pikaliimalla kansi. On tärkeää valita kuulalaakeri, jonka sisähalkaisija on sama kuin siiven pystysuoran alumiiniputken.

Ota lopuksi muovilevy, jonka halkaisija on noin 4,5 cm, ja kiinnitä pieni metallipala reunaan. Katso valokuva Tällä tavalla voit "kiinnittää" neodyymimagneetin ja säätää sitä, kun kalibroit instrumentin. Sitä voidaan liikuttaa useisiin suuntiin mittausten lukemien arvaamiseksi.

Aseta muovilevy siten, että metalliosa on kiinni samassa suunnassa kuin vaakasuora alumiiniputki -osoitin. Tämä on tärkeää, jotta magneetti osoittaa saman suunnan kuin siipi.

Helpottaaksesi tuulimittarin lopullista kokoonpanoa ja kohdistaaksesi siiven pohjoispuolen pohjoiseen maantieteeseen, tulosta tuuliruusu ja liimaa YMP: n yläkorkkiin. Levy jää jumiin alumiiniputkeen, mutta aseta ensin alumiiniputki kuulalaakeriin ja aseta alumiiniputki levyyn. Säädä korkeus siten, että magneetin ja CAP -reunan välinen etäisyys on 1–1,5 cm. Sen täytyy riittää, jotta magneetti voi liittää ruokokytkimen oikein. Kiinnitä levy pikaliimalla ja kalsiumvetykarbonaatilla mahdollisimman vaakasuoraan.

Kiinnitä kaksi kappaletta suuntaamalla tuulen ruusun pohjoisosa linjaan 0 (pohjoinen) ja yhdistä ne puristimella. Älä käytä liimaa, koska sinun on asennettava ja kalibroitava monta kertaa ennen kuin olet täysin valmis.

Katso kuvat nähdäksesi lopullisen ratkaisun.

Vaihe 6: Anemometrin suuttaminen

Tuen asennus

Ota 2 muovikantta ja kiinnitä pikaliimalla. Poraa kansiin 4 reikää kaavion mukaisesti. Kiinnitä puiset tai alumiiniset sauvat jokaiseen reikään. Leikkaa 2 pingispallopalloa keskelle ja kiinnitä kukin tangon reunoihin, kaikki koveralla osalla samalla puolella. Likimääräiset mitat on esitetty kaaviossa.

Tee YMP: n keskelle reikä 2,5 cm kuulalaakerin halkaisijalla. Kiinnitä pikaliimalla kansi. Käytä ruokasoodaa myös erittäin huolellisesti.

Aseta alumiiniputki kuulalaakereihin sopivalla korkeudella (katso kuva). Jos liimaa ei ole säädetty oikein, laita liimapisara varovasti.

Hall -moduulin asennus

Tee YMP: n reunaan pieni reikä Hall -anturin pään ohittamiseksi.

Liimaa neodyymimagneetti muovikorkien sivulle kuvan mukaisesti.

Liitä anturimoduuli 3 erivärisellä johdolla.

Aseta Hall -moduuli paikalleen ja osoita anturi magneettia kohti 2–4 mm: n etäisyydelle. Testaa, ettei akselin pyöriminen osu magneettiin anturilla.

Käytä 3,7 V: n akkua testataksesi, reagoiko moduuli magneetin lähestymiseen kääntämällä lediä jokaiseen koskettimeen. Jos ledi syttyy, kaikki on kunnossa. Jos ei, siirrä anturia lähemmäksi magneettia, kunnes LED syttyy.

Jos kaikki on kunnossa, kiinnitä moduuli tukeen liimapisaralla.

Lopuksi tangon toinen pää on kiinni muovikannessa pikaliimalla ja ruokasoodalla, säätämällä oikea korkeus.

Johtojen tunnistaminen

Tunnista kaikki kaapelit - VCC, GND ja Signal - helpottaaksesi yhteyttä nodemcuun.

Vaihe 7: Yhdistä kaikki

Nyt voit asentaa kaksi laitetta yhteen käyttämällä "T" -liitäntää ja pala PVC -putkea kuvan osoittamalla tavalla. Älä käytä liimaa, koska jos säätöä tai huoltoa tarvitaan, se ei ole mahdollista. Tein pieniä reikiä ja pidin ne kiinni ruuveilla. Vie kahden laitteen kaapelit putken läpi. Koska tuulimittari asennetaan talon katolle, tein myös 3 metrin kaapelit sen liittämiseksi sisätiloihin asennettavaan nodemcuun.

Vaihe 8: Nodemcun yhdistäminen ja asennus

Kaaviot osoittavat jokaisen kaapelin oikean liitännän. Toiminnon testaamiseksi käytin 0,96 OLED -näyttöä mittausten lukemiseen ja niiden oikeellisuuden tarkistamiseen liittämällä OLED seuraavasti:

D1 - SCL

D2 - SDA

VCC ja GND

Asennettaessa kattoon ainoa varovaisuus on pitää koko laite oikealla tasolla. Käytä tätä varten kuplatasoa ja monia suuria ruuveja. Älä myöskään unohda osoittaa tuulimittarin pohjoispuolelle kompassin maantieteellistä pohjoista. Muuten tuulen suunta ei vastaa todellisuutta.

Ja siinä kaikki. Seuraavassa viestissä selitän luonnoksen, joka ladataan nodemcuun Arduino IDE: tä käyttäen.

Jos sinulla on epäilyksiä, älä epäröi ottaa minuun yhteyttä.

Terveiset

Pääpalkinto IoT Challengessa