Itsenäinen tiedonkeruuanemometri: 11 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Tykkään kerätä ja analysoida tietoja. Rakastan myös elektronisten laitteiden rakentamista. Vuosi sitten, kun löysin Arduino -tuotteet, ajattelin heti: "Haluaisin kerätä ympäristötietoja." Portlandissa, OR, oli tuulinen päivä, joten päätin kerätä tuulitietoja. Katsoin joitain tuulimittarien käyttöohjeita ja löysin ne varsin hyödyllisiksi, mutta tarvitsin tehdä joitain teknisiä muutoksia. Ensinnäkin halusin laitteen toimivan itsenäisesti ulkona viikon ajan. Toiseksi halusin, että se pystyy tallentamaan hyvin pieniä tuulenpuuskia, useat mallit vaativat melko voimakkaita tuulia päästäkseen liikkeelle. Lopuksi halusin tallentaa tiedot. Päätin valita todella kevyen roottorin, jolla on mahdollisimman vähän hitautta ja vastusta. Tämän saavuttamiseksi käytin kaikkia muoviosia (mukaan lukien kierteiset vinyylitangot), kuulalaakereita ja optisia antureita. Muut mallit käyttivät magneettisia antureita tai todellisia tasavirtamoottoreita, mutta molemmat hidastavat roottoria, optiikka kuluttaa hieman enemmän virtaa, mutta ei tarjoa mekaanista vastusta. Dataloggeri on yksinkertaisesti Atmega328P, jossa on 8 mbit flash -siru. Ajattelin siirtyä SD: lle, mutta halusin pitää kustannukset, virrankulutuksen ja monimutkaisuuden alhaisina. Kirjoitin yksinkertaisen ohjelman, joka kirjaa kahden tavun kiertolaskut joka sekunti. 8 megabitin avulla ajattelin, että voisin kerätä noin viikon verran dataa. Alkuperäisessä suunnittelussa ajattelin, että tarvitsen 4 C -kennoa, mutta viikon kuluttua ne olivat vielä täysin ladattuja, joten minun täytyi olla virrankulutuksen suuruusluokkaa pois päältä. En käyttänyt lineaarisia säätimiä, ajoin kaikki jännitekiskot 6 V: iin (vaikka joidenkin osien luokitus oli 3,3 V. Yay ylisuunnittelu!). Tietojen lataamiseksi minulla oli monimutkainen järjestelmä, joka luki salaman ja kaatoi sen arduino -sarjamonitoriin, ja leikkasin ja liitin Exceliin. En viettänyt aikaa yrittäessäsi selvittää, kuinka kirjoittaa komentorivin USB -sovellus salaman tyhjentämiseksi standardiksi, mutta jossain vaiheessa minun on selvitettävä tämä. Tulos oli melko yllättävä, pystyin havaitsemaan joitain erittäin mielenkiintoisia suuntauksia, jotka säästän toiseen raporttiin. Onnea!

Vaihe 1: Rakenna roottori

Kokeilin useita eri ideoita roottorikuppeihin: pääsiäismunia, pingispallopalloja, muovikuppeja ja tyhjiä joulukuusen koristepalloja. Rakensin useita roottoreita ja testasin ne kaikki hiustenkuivaajalla, joka tarjosi erilaisia tuulen nopeuksia. Neljästä prototyypistä koristekuoret toimivat parhaiten. Heillä oli myös nämä pienet kielekkeet, jotka helpottivat kiinnittämistä, ja ne valmistettiin jäykästä muovista, joka toimi hyvin polykarbonaattisementin kanssa. Kokeilin muutamia eri akselipituuksia, pieniä, keskikokoisia ja suuria (noin 1 " - noin 6") ja huomasin, että suuret koot vääntivät liikaa eivätkä vastanneet hyvin alhaisiin tuulen nopeuksiin, joten valitsin pienikokoiset akselit. Koska kaikki oli kirkasta muovia, tein kätevän pienen tulosteen kolmen terän poistamiseksi. Materiaalit: Koristeet tuli Oriental Trading Companylta, kohde "48/6300 DYO CLEAR ORNAMENT", 6 dollaria plus 3 dollarin toimitus. Muoviakselit ja rakennelevy tuli paikallisesta TAP Plastics -kaupasta, noin 4 dollaria enemmän osissa.

Vaihe 2: Rakenna ylempi pohja

Pyörimishitauden vähentämiseksi käytin McMaster Karrin kierteistä nylonsauvaa. Halusin käyttää laakereita, mutta koneen laakerit on pakattu roottoria hidastavaan rasvaan, joten ostin halpoja rullalautalaakereita, joissa ei ollut lainkaan. Ne sattuivat juuri sopimaan CPVC: n sisähalkaisijan 3/4 "putkisovittimen sisään. Vasta kun kokoonpanin rakenteen, huomasin, että rullalaakerit käsittelevät tasomaista kuormaa ja käytin pystysuoraa kuormitusta, joten minun olisi pitänyt käyttää työntölaakeria, mutta ne toimivat hienosti ja auttoivat luultavasti hallitsemaan kitkaa esijännitysmomentista. Aioin kiinnittää optisen anturin akselin pohjaan, joten asensin CPVC -kytkimen suurempaan pohjaan. Home Depot on hauska paikka sekoittaa ja sopivat CPVC/PVC-liittimiin. Lopulta pystyin täyttämään 3/4 "kierteitetyn CPVC-liitännän PVC 3/4"-1-1/2 "pelkistimeen. Kesti paljon leikkiä, jotta kaikki sopisi, mutta se jätti tarpeeksi tilaa elektroniikalle. Materiaalit: 98743A235-Musta kierteinen nylonsauva (5/16 "-18 kierre) 94900A030-Musta nylonkuusiomutteri (5/16" -18 kierre) Halvat rullalautalaakerit 3/4 "kierre CPVC-sovitin 3/4"-1 -1/2 "PVC -pelkistin 3/4" kierreputkeen Huomautus: PVC- ja CPVC -kytkimen mitat eivät ole samat, luultavasti vahingossa tapahtuvan väärinkäytön estämiseksi; joten vaihtaminen tavalliseen 3/4 "PVC -sovittimeen ei toimi, mutta kierreadapterin KIERRET ovat samat, mikä on täysin outoa. CPVC -kytkentäkierteet PVC -sovitinholkkiin. Adapteri… holkki… liitäntä… Luultavasti sekoitan kaikki nämä termit, mutta 15 minuuttia Home Depot -putkikäytävällä asettaa sinut suoraan.

Vaihe 3: Optinen keskeytin

Kun roottori pyörii, sen pyöriminen lasketaan optisella keskeytimellä. Ajattelin käyttää levyä, mutta se tarkoitti, että minun oli kiinnitettävä valaistuslähde ja ilmaisin pystysuoraan, mikä olisi erittäin haastavaa koota. Sen sijaan valitsin vaakasuoran kiinnityksen ja löysin pieniä kuppeja, jotka menevät tuolien pohjalle kovapuulattian suojaamiseksi. Maalasin ja teipasin kuusi segmenttiä, mikä antaisi minulle kaksitoista (lähes) tasaista reunaa tai 12 punkkia roottorin kierrosta kohti. Ajattelin tehdä enemmän, mutta en ollut kovin perehtynyt ilmaisimen nopeuteen tai sen optiikan näkökenttään. Eli jos menin liian kapeaksi, LED saattaa hiipiä reunojen ympäri ja aktivoida anturin. Tämä on toinen tutkimusalue, jota en ole harjoittanut, mutta olisi hyvä tutkia. Liimasin maalatun kupin mutteriin ja kiinnitin sen akselin päähän. Materiaalit: Tuolin jalkasuojakuppi Home Depotin mustasta maalista

Vaihe 4: Kiinnitä roottori

Tässä vaiheessa se alkoi näyttää aika siistiltä. Nylonmutterit ovat todella liukkaita, joten jouduin käyttämään monia lukkomuttereita (jos et huomannut edellisistä kuvista). Minun oli myös tehtävä erityinen litteä jakoavain, joka mahtuu roottorin alla olevaan korkkiin, jotta voisin lukita molemmat mutterit alas.

Vaihe 5: Rakenna alempi pohja

Alempi pohja sisältää paristot ja tarjoaa tukirakenteen. Löysin netistä melko viileän vedenpitävän laatikon Polycase -nimiseltä yritykseltä. Se on todella liukas kotelo, joka sulkeutuu tiukasti ja ruuvit ovat leveämpiä pohjassa, joten ne eivät pudota helposti ylhäältä. Käytin PVC -mattoa ylempään PVC -holkkiin. Tämä alempi pohjamatto on vain kierretty 1-1/2 PVC-liitin. Ylempi roottorin pohjapaine sopii alempaan pohjaan tämän liitännän kautta. Kuten näette myöhemmin, en liimaa näitä kappaleita yhteen, koska halusin pystyä avaamaan sen ja tekemään tarvittaessa säätöjä, lisäksi kokoaminen on helpompaa piirilevyjä kiinnitettäessä.

Vaihe 6: Rakenna optinen anturi

Anturimekanismi on 940nm LED ja Schmitt-liipaisuvastaanotin. Rakastan rakkautta rakastan Schmitt -liipaisupiiriä, se huolehtii kaikista poistotarpeistani ja lähettää CMOS/TTL -yhteensopivan signaalin. Ainoa haittapuoli? 5V toiminta. Kyllä, ajoin koko mallin 6 V: iin, mutta olisin voinut mennä 3,3 V: iin, jos en olisi tätä osaa. Ajatuksena on, että tämä piiri kiinnittyy roottorikupin alle, mikä keskeyttää säteen sen kääntyessä ja luo loogisia siirtymiä kullekin reunalle. Minulla ei ole hyvää kuvaa siitä, miten tämä on asennettu. Pohjimmiltaan liimasin kaksi muovista siirtoa alempaan PVC -liittimeen ja ruuvasin sen niihin ylhäältä. Minun oli hiottava levyn reunat, jotta se sopisi siististi. Minulla ei ole edes kaaviota tästä, se on todella helppoa: suorita vain 1k: n vastus Viniltä ja kytke se niin, että LED palaa aina ja ilmaisimen ulostulo on päällä. Materiaalit: 1 940nm LED 1k vastus 1 OPTEK OPL550 -anturi 1 kolminapainen pistoke (naaras) 1 1,5 "x 1,5" piirilevy Eri pituiset johdot Kutisteputket, jos pidät johdot mukana

Vaihe 7: Rakenna dataloggeri

Arduinon prototyyppikortti oli niin suuri, että se mahtui runkoon. Käytin EagleCADia pienemmän piirilevyn asettamiseen, ja hävisin yhden kerroksen … neljä rumaa johtoa tarvitsin korjaamaan muutamia aukkoja.

(Luulin mittaavani tämän ~ 50 mW: n käyttöteholla, ja akkujen wattituntien perusteella ajattelin pudota alle 5 V: n viikossa, mutta joko tehomittaukseni tai laskentani oli väärä, koska 4 C-kennoa pysyi Suhteellisen yksinkertainen asettelu: vain resonaattori, ATmega328, flash -siru, virheenkorjaushyppy, virheenkorjaus -LED, virtalähteen korkki ja siinä kaikki. Siellä on jotain nimeltään DorkBoard, jota olisin myös voinut käyttää, se on pohjimmiltaan kaikki tarvittava DIP -liitännän kokoiselle ATMega328 -kehityskortille. Harkitsin sellaisen ostamista, mutta erillinen lähestymistapani oli noin 50% halvempi. Tässä linkki dorkboardiin:

Tässä on perusidea (lähdekoodi lisätään myöhemmin) kortin toimintaan: Jumper asetettu "debug" -tilaan: liitä muutosarvon keskeytys optisen anturin ulostuloon ja väläytä testivalo yhdessä ilmaisimen kanssa. Tästä oli paljon apua virheenkorjauksessa. Jumper asetettu "tallennus" -tilaan: liitä sama keskeytys laskuriin, ja pääsilmukassa, viive 1000 ms. Kirjoita 1000 ms: n lopussa reunamäärät # 256 tavun flash-sivulle ja kun sivu on täynnä, kirjoita se ja nollaa lasku. Yksinkertaista, eikö? Melko paljon. Pidän todella Winbond -salamalaitteista, suunnittelin salamaa jo 90 -luvulla, joten oli hauskaa ohjelmoida ne uudelleen. SPI -käyttöliittymä on loistava. Niin yksinkertainen käyttää. Annan kaavioiden ja lähdekoodin puhua puolestaan. Mainitsinko, että EagleCAD on mahtava? Se todella on. YouTubessa on hienoja opetusohjelmia.

Vaihe 8: Kiinnitä elektroniikka

Jälleen kerran, minulla ei ole paljon hyviä kuvia täällä, mutta jos kuvittelet kaksi muovista eristettä, jotka on liimattu PVC: n sisäpuolelle, molemmat levyt ruuvataan siihen. Tässä on kuva pohjasta yhdistetystä puunkorjuutaulusta. Ilmaisinlevy on kotelon sisällä.

Vaihe 9: Kalibrointi

Tein koelaitteen kalibroidakseen pedon, jotta voisin muuntaa raakaroottorimäärät MPH: ksi. Kyllä, se on 2x4. Liitin tuulimittarin toiseen päähän ja virheenkorjaus Arduio toiseen. Nestekidenäytössä näkyy roottorin lukumäärä. Prosessi meni näin: 1) Etsi pitkä suora tie ilman liikennettä. 2) Pidä 2x4: stä niin, että se työntyy ulos niin pitkälle ikkunasta kuin mahdollista 3) Ota äänitallennus käyttöön iPhonessa tai Androidissa 4) Käynnistä digitaalinen GPS -nopeusmittari valitsemassasi kämmenlaitteessa 5) Aja tasaisesti useilla nopeuksilla ja ilmoita tallentimellesi nopeus ja roottorin keskiarvo 6) Älä kaatuu 7)? 8) Myöhemmin, kun et ole ajamassa, toista puhelimesi viesti ja syötä tiedot Exceliin ja toivon, että lineaarinen tai eksponentiaalinen tai polynomi sopii R-neliöarvoon yli 99%. Tätä muunnosta # käytetään myöhemmin. Laite kaappaa vain raakatietoja, jalosin ne jälkikäteen MPH: ksi (tai KPH: ksi) Excelissä. (Mainitsinko, että olen levittänyt oliivinvihreää maalia? Olisin kutsunut tätä "Tactical Data Logging Anemometer", mutta sitten muistin, että "Tactical" tarkoittaa "mustaa".)

Vaihe 10: Kerää tuulitietoja

Siinä se aika on. Mielestäni muutama kuva puuttuu, esim. ei ole esitetty neljä C-solua, jotka on ahdettu alempaan pohjaan. En voinut sovittaa jousikuormitettua pidintä, joten päädyin juotosjohtoihin akkuihin. Kirjoitan tämän ohjeen vuoden kuluttua sen rakentamisesta, ja tarkistuksessa #2 käytin AA -paristoja, koska yliarvioin karkeasti virrankulutuksen. AA: n avulla sain lisätä virtakytkimen ja vapautin todella tilaa sisältä, muuten se oli melko tiukka. Kaiken kaikkiaan olin melko tyytyväinen suunnitteluun. Alla oleva kaavio näyttää viikon keskimääräiset tiedot. Akut alkoivat tyhjentyä seitsemäntenä päivänä. Olisin voinut parantaa akun kestoa ajamalla LEDiä alhaisemmalla käyttöjaksolla noin 1 kHz: llä, enkä olisi menettänyt reunoja roottorin suhteellisen alhaisen kulmanopeuden vuoksi.

Pidä hauskaa! Kerro minulle, jos näet parantamisen varaa!

Vaihe 11: Lähdekoodi

Liitteenä on yksi Arduino -lähdetiedosto. Minä GPL: n, koska hei, GPL.

EDIT: Haluan huomauttaa, että 1 sekunnin viiveen () käyttäminen on kauhea idea, ja h Salamaan kirjoittamiseen ja anturin lukemiseen kuluva aika saattaa tuntua pieneltä, mutta 7: n aikana -10 -luvulla se lisää merkittävää ajautumista. Käytä sen sijaan 1 Hz: n ajastinkeskeytystä (328P: n ajastin #1 voidaan kalibroida täydellisesti 1 Hz: iin). Turvallisuuden vuoksi sinun on koodattava aidassa, jos sivun kirjoitus- ja anturilukeminen kestää jostain syystä kauemmin kuin yhden sekunnin (käsittele pudotettuja näytteitä), mutta ajastinkeskeytys on tapa tehdä asioita, jotka tarvitsevat aikaa. tarkka. Kippis!