Μετεωρολογικός σταθμός με καταγραφή δεδομένων: 7 βήματα (με εικόνες)

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

Σε αυτό το διδακτικό θα σας δείξω πώς να φτιάξετε μόνοι σας σύστημα μετεωρολογικών σταθμών. Το μόνο που χρειάζεστε είναι βασικές γνώσεις στα ηλεκτρονικά, τον προγραμματισμό και λίγο χρόνο.

Αυτό το έργο είναι ακόμα στο στάδιο της προετοιμασίας. Αυτό είναι μόνο το πρώτο μέρος. Οι αναβαθμίσεις θα μεταφορτωθούν σε ένα ή δύο μήνες.

Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις ή προβλήματα, μπορείτε να επικοινωνήσετε μαζί μου στο e -mail μου: [email protected]. Συστατικά που παρέχονται από την DFRobot

Ας ξεκινήσουμε λοιπόν

Βήμα 1: Υλικά

Σχεδόν όλα τα απαραίτητα υλικά για αυτό το έργο μπορείτε να τα αγοράσετε στο ηλεκτρονικό κατάστημα: DFRobot

Για αυτό το έργο θα χρειαστούμε:

-Σετ μετεωρολογικού σταθμού

-Μονάδα κάρτας SD Arduino

-Κάρτα SD

-Διαχειριστής ηλιακής ενέργειας

-5V 1A Ηλιακό πάνελ

-Μερικοί νάιλον δεσμοί καλωδίων

-Κιτ τοποθέτησης

-Οθόνη LCD

-Breadboard

-Μπαταρίες ιόντων (χρησιμοποίησα μπαταρίες Sanyo 3.7V 2250mAh)

-Αδιάβροχο πλαστικό κουτί διακλάδωσης

-Μερικά σύρματα

-Αντίσταση (2x 10kOhm)

Βήμα 2: Ενότητες

Για αυτό το έργο χρησιμοποίησα δύο διαφορετικές ενότητες.

Διαχειριστής ηλιακής ενέργειας

Αυτή η μονάδα μπορεί να τροφοδοτηθεί με δύο διαφορετικές παροχές, μπαταρία 3.7V, ηλιακό πάνελ 4.5V - 6V ή καλώδιο USB.

Έχει δύο διαφορετικές εξόδους. Έξοδος USB 5V που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για παροχή Arduino ή κάποιου άλλου ελεγκτή και ακίδες 5V για τροφοδοσία διαφορετικών μονάδων και αισθητήρων.

Προδιαγραφές:

• Τάση ηλιακής εισόδου (SOLAR IN): 4.5V ~ 6V
• Είσοδος μπαταρίας (BAT IN): 3.7V Μονοκύτταρο Li-polymer/Li-ion
• Μπαταρία Ρεύμα φόρτισης (USB/SOLAR IN): 900mA Μέγιστη φόρτιση, σταθερό ρεύμα, σταθερή τάση φόρτισης τριών φάσεων
• Τάση αποκοπής φόρτισης (USB/SOLAR IN): 4.2V ± 1%
• Ρυθμιζόμενο τροφοδοτικό: 5V 1A
• Ρυθμιζόμενη απόδοση τροφοδοσίας (3,7V BAT IN): 86%@50%Φορτίο
• USB/Ηλιακή απόδοση φόρτισης: 73%@3.7V 900mA BAT IN

Μονάδα SD

Αυτή η ενότητα είναι πλήρως συμβατή με το Arduino. Σας επιτρέπει να προσθέσετε μαζική αποθήκευση και καταγραφή δεδομένων στο έργο σας.

Το χρησιμοποίησα για τη συλλογή δεδομένων από τον μετεωρολογικό σταθμό με κάρτα SD 16 GB.

Προδιαγραφές:

• Σπάστε τον πίνακα για τυπική κάρτα SD και κάρτα Micro SD (TF)
• Περιέχει διακόπτη για την επιλογή της υποδοχής κάρτας flash
• Κάθεται απευθείας σε ένα Arduino
• Χρησιμοποιείται επίσης με άλλους μικροελεγκτές

Βήμα 3: Σετ μετεωρολογικού σταθμού

Το κύριο συστατικό για αυτό το έργο είναι το κιτ μετεωρολογικών σταθμών. Τροφοδοτείται από 5V από το Arduino ή μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε εξωτερική τροφοδοσία 5V.

Διαθέτει 4 ακίδες (5V, GND, TX, RX). Η θύρα δεδομένων TXD χρησιμοποιεί 9600bps.

Το κιτ μετεωρολογικών σταθμών αποτελείται από:

• Ανεμόμετρο
• Ανεμοδείκτη
• Κάδος βροχής
• Πίνακας αισθητήρων
• Βάση από ανοξείδωτο ατσάλι (30CM) (11,81 ")
• Πακέτο εξαρτημάτων

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση:

• ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ
• Κατεύθυνση ανέμου
• Ποσότητα βροχοπτώσεων

Διαθέτει αισθητήρα υγρασίας και θερμοκρασίας που μπορεί επίσης να μετρήσει βαρομετρική πίεση.

Το ανεμόμετρο μπορεί να μετρήσει την ταχύτητα του ανέμου έως 25 m/s. Η κατεύθυνση του ανέμου εμφανίζεται σε μοίρες.

Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με αυτό το κιτ και δείγμα κώδικα μπορείτε να βρείτε στο: wiki DFRobot

Βήμα 4: Πώς να συναρμολογήσετε το κιτ μετεωρολογικού σταθμού

Η συναρμολόγηση αυτού του κιτ είναι αρκετά εύκολη, αλλά για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη συναρμολόγηση δείτε ένα σεμινάριο για τον τρόπο συναρμολόγησης αυτού του κιτ.

Σεμινάριο: Πώς να συναρμολογήσετε το κιτ μετεωρολογικών σταθμών

Βήμα 5: Προμήθεια και στέγαση

Μπαταρία:

Για αυτό το έργο χρησιμοποίησα μπαταρίες ιόντων λιθίου 3,7V. Έφτιαξα μπαταρία από 5 φορές από αυτές τις μπαταρίες. Κάθε μπαταρία έχει περίπου 2250 mAh, οπότε μια συσκευασία 5x δίνει περίπου 11250 mAh όταν συνδέεται παράλληλα.

Σύνδεση: Όπως ανέφερα, συνέδεσα τις μπαταρίες παράλληλα, γιατί παράλληλα διατηρείτε την αρχική τάση αλλά αποκτάτε μεγαλύτερη χωρητικότητα μπαταρίας. Για παράδειγμα: Εάν έχετε δύο μπαταρίες 3.7V 2000 mAh και τις συνδέσετε παράλληλα θα λάβετε 3.7V και 4000 mAh.

Εάν θέλετε να επιτύχετε μεγαλύτερη τάση, πρέπει να τα συνδέσετε σε σειρά. Για παράδειγμα: Εάν συνδέσετε δύο μπαταρίες 3.7V 2000 mAh σε σειρά, θα λάβετε 7, 4V και 2000 mAh.

Ηλιακά πάνελ:

Χρησιμοποίησα ηλιακό πάνελ 5V 1A. Αυτός ο πίνακας έχει περίπου 5W ισχύ εξόδου. Η τάση εξόδου ανεβαίνει στα 6V. Όταν δοκίμασα τον πίνακα σε συννεφιασμένο καιρό, η τάση εξόδου του ήταν περίπου 5,8-5,9V.

Αλλά εάν θέλετε να τροφοδοτήσετε πλήρως αυτόν τον μετεωρολογικό σταθμό με ηλιακή ενέργεια, πρέπει να προσθέσετε 1 ή 2 ηλιακούς συλλέκτες και μπαταρία μολύβδου-οξέος ή κάτι άλλο για να αποθηκεύσετε ενέργεια και να τροφοδοτήσετε σταθμό όταν δεν υπάρχει ήλιος.

ΣΤΕΓΑΣΗ:

Δεν φαίνεται, αλλά το περίβλημα είναι ένα από τα πιο σημαντικά μέρη αυτού του συστήματος, επειδή προστατεύει ζωτικά εξαρτήματα από εξωτερικά στοιχεία.

Επιλέγω λοιπόν αδιάβροχο πλαστικό κουτί διακλάδωσης. Έχει αρκετά μεγάλο μέγεθος για να χωρέσει όλα τα εξαρτήματα στο εσωτερικό του. Είναι περίπου 19x15 cm.

Βήμα 6: Καλωδίωση και κωδικός

Arduino:

Όλα τα εξαρτήματα συνδέονται με το Arduino.

-μονάδα SD:

• 5V -> 5V
• GND -> GND
• MOSI -> ψηφιακή ακίδα 9
• MISO -> ψηφιακή ακίδα 11
• SCK -> ψηφιακή ακίδα 12
• SS -> ψηφιακή ακίδα 10

Πίνακας μετεωρολογικών σταθμών:

• 5V -> 5V
• GND -> GND
• TX -> RX στο Arduino
• RX -> TX στο Arduino

Η μπαταρία είναι συνδεδεμένη απευθείας στον διαχειριστή ενέργειας (είσοδος μπαταρίας 3,7V). Έκανα επίσης σύνδεση από μπαταρία σε αναλογική ακίδα A0 στο Arduino για παρακολούθηση τάσης.

Το ηλιακό πάνελ συνδέεται απευθείας με αυτό το μέτρο (ηλιακή είσοδος). Το ηλιακό πάνελ συνδέεται επίσης με το διαχωριστή τάσης. Η έξοδος του διαχωριστή τάσης συνδέεται με την αναλογική ακίδα A1 στο Arduino.

Έκανα επίσης σύνδεση έτσι ώστε να μπορείτε να συνδέσετε την οθόνη LCD σε αυτήν για να ελέγξετε την τάση. Έτσι, η οθόνη LCD συνδέεται με 5V, GND και SDA από την οθόνη LCD που πηγαίνει στο SDA στο Arduino και το ίδιο με την καρφίτσα SCK.

Το Arduino είναι συνδεδεμένο στη μονάδα διαχείρισης ενέργειας με καλώδιο USB.

ΚΩΔΙΚΑΣ:

Μπορείτε να βρείτε τον κωδικό για αυτόν τον μετεωρολογικό σταθμό στο wiki DFRobot. Επισυνάπτω επίσης τον κωδικό μου με όλες τις αναβαθμίσεις.

-Εάν θέλετε να έχετε τη σωστή κατεύθυνση ανέμου για τη θέση σας, πρέπει να αλλάξετε χειροκίνητα τις τιμές μείωσης στο πρόγραμμα.

Έτσι, όλα τα δεδομένα αποθηκεύονται σε αρχείο txt που ονομάζεται test. Μπορείτε να μετονομάσετε αυτό το αρχείο εάν θέλετε. Γράφω όλες τις πιθανές τιμές από τον μετεωρολογικό σταθμό και γράφει επίσης σε τάση μπαταρίας και ηλιακή τάση. Για να δείτε πώς είναι η κατανάλωση μπαταρίας.

Βήμα 7: Μέτρηση τάσης και δοκιμή

Χρειάστηκε να κάνω παρακολούθηση τάσης στην μπαταρία και στον ηλιακό πίνακα για το έργο μου.

Για την παρακολούθηση της τάσης της μπαταρίας χρησιμοποίησα αναλογική ακίδα. Συνδέσα + από μπαταρία σε αναλογικό pin A0 και - από μπαταρία σε GND στο Arduino. Στο πρόγραμμα χρησιμοποίησα τη λειτουργία "analogRead" και "lcd.print ()" για την εμφάνιση της τάσης στην οθόνη LCD. Η τρίτη εικόνα δείχνει την τάση της μπαταρίας. Το μέτρησα με Arduino και επίσης με πολύμετρο για να μπορώ να συγκρίνω την τιμή. Η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο τιμών ήταν περίπου 0,04V.

Επειδή η τάση εξόδου από τον ηλιακό πίνακα είναι μεγαλύτερη από 5V, χρειάζομαι για να κάνω διαχωριστή τάσης. Η αναλογική είσοδος μπορεί να πάρει έως και 5V τάση εισόδου. Το έφτιαξα με δύο αντιστάσεις 10kOhm. Χρήση δύο αντιστάσεων με ίση τιμή, διαιρεί την τάση ακριβώς στο μισό. Έτσι, εάν συνδέσετε 5V, η τάση εξόδου θα είναι περίπου 2,5V. Αυτός ο διαχωριστής τάσης βρίσκεται στην πρώτη εικόνα. Η διαφορά μεταξύ της τιμής τάσης στην οθόνη LCD και στο πολύμετρο ήταν περίπου 0.1-0.2V

Εξίσωση εξόδου διαχωριστή τάσης είναι: Vout = (Vcc*R2)/R1+R2

Δοκιμές

Όταν ένωσα τα πάντα μαζί και έβαλα όλα τα εξαρτήματα στο περίβλημα, χρειάστηκα για εξωτερική δοκιμή. Έτσι έβγαλα έξω τον μετεωρολογικό σταθμό για να δω πώς θα λειτουργήσει σε πραγματικές εξωτερικές συνθήκες. Ο κύριος σκοπός αυτής της δοκιμής ήταν να δει πώς θα λειτουργήσουν οι μπαταρίες ή πόσο θα αποφορτιστούν κατά τη διάρκεια αυτής της δοκιμής. Ενώ η δοκιμή εξωτερικής θερμοκρασίας ήταν περίπου 1 ° C έξω και περίπου 4 ° C στο εσωτερικό του περιβλήματος.

Η τάση της μπαταρίας μειώθηκε από 3,58 σε περίπου 3,47 σε πέντε ώρες.