Μετεωρολογικός σταθμός χαμηλής ισχύος: 6 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Τώρα στην τρίτη έκδοση και έχοντας δοκιμαστεί για πάνω από δύο χρόνια, ο μετεωρολογικός σταθμός μου αναβαθμίζεται για καλύτερη απόδοση χαμηλής ισχύος και αξιοπιστία μεταφοράς δεδομένων.

Κατανάλωση ενέργειας - δεν αποτελεί πρόβλημα τους άλλους μήνες εκτός Δεκεμβρίου και Ιανουαρίου, αλλά σε αυτούς τους πολύ σκοτεινούς μήνες το ηλιακό πάνελ, αν και βαθμολογήθηκε στα 40 Watt, δεν μπόρεσε να συμβαδίσει με τη ζήτηση του συστήματος… και το μεγαλύτερο μέρος της ζήτησης προήλθε από η μονάδα 2G FONA GPRS η οποία μεταδίδει τα δεδομένα απευθείας στα interwebs.

Το επόμενο πρόβλημα ήταν με την ίδια τη μονάδα FONA GPRS, ή πιθανότατα το δίκτυο κινητής τηλεφωνίας. Η συσκευή θα λειτουργούσε τέλεια για εβδομάδες / μήνες, αλλά στη συνέχεια σταμάτησε ξαφνικά χωρίς προφανή λόγο. Προφανώς το δίκτυο προσπαθεί να στείλει κάποιου είδους «πληροφορίες ενημέρωσης συστήματος», οι οποίες, εάν δεν γίνουν αποδεκτές, προκαλούν εκκίνηση της συσκευής από το δίκτυο, οπότε το GPRS δεν είναι πραγματικά μια λύση δωρεάν συντήρησης για τη μετάδοση δεδομένων. Είναι κρίμα γιατί όταν λειτούργησε, λειτούργησε πολύ όμορφα.

Αυτή η αναβάθμιση χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο LoRa χαμηλής ισχύος για να στείλει τα δεδομένα σε έναν τοπικό διακομιστή Raspberry Pi, ο οποίος στη συνέχεια θα τα στείλει στους interwebs. Με αυτόν τον τρόπο, ο ίδιος ο μετεωρολογικός σταθμός μπορεί να είναι χαμηλής ισχύος σε ένα ηλιακό πάνελ και το μέρος της "βαριάς ανύψωσης" της διαδικασίας, που πραγματοποιείται κάπου εντός του εύρους WIFI στην κεντρική τροφοδοσία. Φυσικά, εάν έχετε μια δημόσια πύλη LoRa εντός εμβέλειας, το Raspberry Pi δεν θα απαιτείται.

Η δημιουργία του μετεωρολογικού σταθμού PCB είναι εύκολη καθώς τα εξαρτήματα SMD είναι αρκετά μεγάλα (1206) και όλα στο PCB λειτουργούν 100%. Μερικά από τα εξαρτήματα, δηλαδή τα πνευστά, είναι αρκετά ακριβά, αλλά μερικές φορές μπορούν να βρεθούν μεταχειρισμένα στο Ebay.

Βήμα 1: Στοιχεία

Arduino MKR1300 LORAWAN ………………………………………………………………. 1 από

Raspberry Pi (προαιρετικά εξαρτάται από τη διαθεσιμότητα της τοπικής πύλης LoRa) ………… 1 από

BME280 για πίεση, υγρασία, θερμοκρασία και υψόμετρο ………………………….. 1 από

Υποδοχή RJ 25 477-387 ……………………………………………………………………… 1 από

L7S505 ……………………………………………………………………………………………… 1 από

Beeper 754-2053 ……………………………… 1 από

Βολική δίοδος (1206) …………………………………… 2 από

R1K αποκαταστάτες …………………………………… 3 από

R4.7K αντίσταση ………………………………… 1 από

Πυκνωτής C100nF …………………………….. 3 από

R100K …………………………………………… 1 από

R10K …………………………………………….. 4 από

C1uF ……………………………………………… 1 από

C0.33uF ………………………………………… 1 από

R100 …………………………………………….. 1 από

R0 ……………………………………………….. 1 από

Ανιχνευτής θερμοκρασίας Dallas DS18B20 ………… 1 από

PCB ……………………………………………………… 1 από

Βροχόμετρο ……………………………………………. 1 από

Έλεγχος εδάφους ……………………………………… 1 από (βλέπε βήμα 6 για DIY καθετήρα)

Ανεμόμετρο A100LK ………………………….. 1 από

W200P ανεμογεννήτρια ………………………………..1 από

Βήμα 2: Πώς λειτουργεί

Είναι αρκετά εύκολο να ενεργοποιήσετε αισθητήρες για πράγματα όπως θερμοκρασία, υγρασία και πίεση, αλλά μερικά από τα άλλα είναι αρκετά περίπλοκα, αν και ολόκληρος ο κώδικας περιλαμβάνεται σε αυτό το ιστολόγιο.

1. Ο μετρητής βροχής βρίσκεται σε «διακοπή» και λειτουργεί όταν εντοπιστεί αλλαγή. Η βροχή μπαίνει στο όργανο και στάζει πάνω σε ένα ροκ πριόνι που κουνιέται μόλις γεμίσει το ένα άκρο, ενεργοποιώντας έναν μαγνητικό αισθητήρα δύο φορές καθώς περνάει. Ο αισθητήρας βροχής υπερισχύει των πάντων και λειτουργεί ακόμη και αν μεταδίδονται δεδομένα.

2. Το ανεμόμετρο λειτουργεί στέλνοντας έναν παλμό χαμηλής ισχύος, η συχνότητα του οποίου εξαρτάται από την ταχύτητά του. Είναι πολύ απλό στην κωδικοποίηση και χρησιμοποιεί πολύ λίγη ενέργεια, παρόλο που χρειάζεται εγγραφή περίπου μία φορά κάθε δευτερόλεπτο για να πιάσει τις πιο σοβαρές ριπές. Ο κώδικας διατηρεί μια τρέχουσα σημείωση για τη μέση ταχύτητα ανέμου και τη μέγιστη ριπή κατά τη διάρκεια της περιόδου εγγραφής.

3. Αν και στις πρώτες σκέψεις το πτερύγιο θα ήταν εύκολο να κωδικοποιηθεί, μόλις εξερευνηθούν οι περιπλοκές, είναι πολύ πιο περίπλοκο. Στην ουσία, είναι απλώς ένα πολύ χαμηλό ποτενσιόμετρο ροπής, αλλά το πρόβλημα της ανάγνωσης από αυτό επιδεινώνεται από το γεγονός ότι έχει μια μικρή «νεκρή ζώνη» γύρω από τη βόρεια κατεύθυνση. Χρειάζεται αντιστάσεις και πυκνωτές για να αποτρέψει τις περίεργες ενδείξεις κοντά στο βορρά, οι οποίες στη συνέχεια προκαλούν μη γραμμικότητα στις ενδείξεις. Επίσης, επειδή οι ενδείξεις είναι πολικές, δεν είναι δυνατοί οι κανονικοί μέσοι υπολογισμοί και έτσι πρέπει να υπολογιστεί η πιο περίπλοκη λειτουργία η οποία περιλαμβάνει τη δημιουργία μιας μαζικής συστοιχίας περίπου 360 αριθμών! …. Και αυτό δεν είναι το τέλος…. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στο ποιο τεταρτημόριο δείχνει ο αισθητήρας, καθώς εάν βρίσκεται στο τεταρτημόριο και στις δύο πλευρές του βορρά, η λειτουργία πρέπει να αντιμετωπίζεται διαφορετικά.

4. Η υγρασία του εδάφους είναι ένας απλός ανιχνευτής αγωγιμότητας, αλλά για εξοικονόμηση ενέργειας και πρόληψη της διάβρωσης, πάλλεται πολύ γρήγορα με μία από τις εφεδρικές ψηφιακές ακίδες του Arduino.

5. Το σύστημα στέλνει δεδομένα από το Arduino στο Raspberry Pi (ή την πύλη LoRa) αλλά χρειάζεται επίσης μια «κλήση πίσω» από τον δέκτη για να επιβεβαιώσει ότι έχει λάβει πραγματικά τα δεδομένα πριν από την επαναφορά όλων των διαφόρων μετρητών και μέσων όρων και τη λήψη φρέσκο σύνολο αναγνωσμάτων. Μια συνεδρία εγγραφής μπορεί να είναι περίπου 5 λεπτά η κάθε μία, μετά την οποία το Arduino προσπαθεί να στείλει τα δεδομένα. Εάν τα δεδομένα είναι κατεστραμμένα ή δεν υπάρχει σύνδεση στο διαδίκτυο, η περίοδος εγγραφής παρατείνεται έως ότου η επιστροφή κλήσης υποδείξει την επιτυχία. Με αυτόν τον τρόπο, δεν θα χαθεί καμία μέγιστη ριπή αέρα ή μέτρηση βροχής.

6. Αν και πέρα από το πεδίο εφαρμογής αυτού του ιστολογίου, μια φορά στο διακομιστή Διαδικτύου (είναι ένας μεγάλος υπολογιστής που βρίσκεται στο Ipswich, Ηνωμένο Βασίλειο), τα δεδομένα στη συνέχεια συγκεντρώνονται σε μια βάση δεδομένων MySQL στην οποία μπορείτε να έχετε πρόσβαση χρησιμοποιώντας απλά PHP σενάρια. Ο τελικός χρήστης μπορεί επίσης να δει τα δεδομένα που εμφανίζονται σε φανταχτερά καντράν και γραφήματα χάρη στο ιδιόκτητο λογισμικό Java της Amcharts. Στη συνέχεια, μπορείτε να δείτε το 'τελικό αποτέλεσμα' εδώ:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

Βήμα 3: Αρχεία

Όλα τα αρχεία κώδικα Arduino, Raspberry Pi και το αρχείο για τη δημιουργία του PCB στο λογισμικό "Design Spark" βρίσκονται στο αποθετήριο Github εδώ:

github.com/paddygoat/Weather-Station

Βήμα 4: Συμπλήρωση του PCB

Δεν απαιτείται στένσιλ για τη συγκόλληση των εξαρτημάτων SMD - απλώστε λίγο κόλλα στα μαξιλάρια PCB και τοποθετήστε τα εξαρτήματα με μερικές λαβίδες. Τα εξαρτήματα είναι αρκετά μεγάλα για να κάνουν τα πάντα με το μάτι και δεν έχει σημασία αν η συγκόλληση φαίνεται ακατάστατη ή τα εξαρτήματα είναι λίγο εκτός κέντρου.

Τοποθετήστε το PCB σε φούρνο τοστιέρα και θερμάνετε στους 240 βαθμούς C χρησιμοποιώντας θερμόμετρο τύπου Κ για να παρακολουθείτε τις θερμοκρασίες. Περιμένετε για 30 δευτερόλεπτα στους 240 βαθμούς και, στη συνέχεια, κλείστε το φούρνο και ανοίξτε την πόρτα για να απελευθερώσετε τη θερμότητα.

Τώρα τα υπόλοιπα εξαρτήματα μπορούν να κολληθούν με το χέρι.

Εάν θέλετε να αγοράσετε ένα PCB, κατεβάστε τα συμπιεσμένα αρχεία gerber εδώ:

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

και ανεβάστε τα στο JLC εδώ:

Επιλέξτε το μέγεθος της πλακέτας 100 x 100 mm και χρησιμοποιήστε όλες τις προεπιλογές. Το κόστος είναι $ 2 + ταχυδρομικά για 10 σανίδες.

Βήμα 5: Ανάπτυξη

Ο μετεωρολογικός σταθμός αναπτύσσεται στη μέση ενός πεδίου με τα πνευστά σε έναν ψηλό στύλο με καλώδια. Λεπτομέρειες για την ανάπτυξη δίνονται εδώ:

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

Βήμα 6: Προηγούμενη εργασία

Αυτό το διδακτικό είναι το τελευταίο στάδιο σε εξέλιξη του έργου που έχει την ιστορία ανάπτυξης σε επτά άλλα προηγούμενα έργα:

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…