Μετεωρολογικός σταθμός: 8 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Αισθανθήκατε ποτέ άβολα κατά τη διάρκεια κουβέντας; Χρειάζεστε ωραία πράγματα για να μιλήσετε (εντάξει, καυχηθείτε); Λοιπόν, έχουμε το πράγμα για εσάς! Αυτό το σεμινάριο θα σας επιτρέψει να δημιουργήσετε και να χρησιμοποιήσετε τον δικό σας μετεωρολογικό σταθμό. Τώρα μπορείτε να γεμίσετε με σιγουριά κάθε αμήχανη σιωπή με ενημερώσεις για τη θερμοκρασία, την πίεση, την υγρασία, το υψόμετρο και την ταχύτητα του ανέμου. Ποτέ ξανά δεν θα καταφύγετε στο ήπιο, "ο καιρός ήταν καλός" μόλις ολοκληρώσετε αυτό το τακτοποιημένο έργο.

Ο μετεωρολογικός μας σταθμός είναι πλήρως εξοπλισμένος σε αδιάβροχο κουτί με διαφορετικούς αισθητήρες που καταγράφουν διάφορες φυσικές μετρήσεις και τις αποθηκεύουν στην ίδια κάρτα SD. Το Arduino Uno χρησιμοποιείται για την εύκολη κωδικοποίηση του μετεωρολογικού σταθμού, ώστε να μπορεί να λειτουργεί από απόσταση. Επιπλέον, οποιοσδήποτε αριθμός αισθητήρων μπορεί να προστεθεί ή να ενσωματωθεί στο σύστημα για να του δώσει μια σειρά διαφορετικών λειτουργιών. Αποφασίσαμε να χρησιμοποιήσουμε διάφορους αισθητήρες από το Adafruit: χρησιμοποιήσαμε έναν αισθητήρα θερμοκρασίας και υγρασίας DHT22, έναν αισθητήρα βαρομετρικής πίεσης και υψομέτρου BMP280 και έναν ανεμόμετρο αισθητήρα ταχύτητας ανέμου. Έπρεπε να κατεβάσουμε αρκετές βιβλιοθήκες κώδικα εκτός από τη σύνθεση μερικών διαφορετικών κωδικών για να λειτουργούν όλοι οι αισθητήρες μας και να καταγράφουν δεδομένα στην κάρτα SD. Οι σύνδεσμοι προς τις βιβλιοθήκες σχολιάζονται στον κώδικα μας.

Βήμα 1: Συγκέντρωση υλικών

• Arduino Uno
• Protoboard
• Μπαταρία 9V
• Ανεμόμετρο Adafruit Αισθητήρας ταχύτητας ανέμου
• Αδιάβροχο περίβλημα
• Αισθητήρας βαρομετρικής πίεσης και υψομέτρου Adafruit BMP280
• Adafruit DHT22 Αισθητήρας θερμοκρασίας και υγρασίας
• Adafruit Assembled Data Logging Shield
• Ζεστή κόλλα

Είναι σημαντικό σε αυτό το βήμα να βεβαιωθείτε ότι το Arduino λειτουργεί και ότι μπορεί να προγραμματιστεί από τον υπολογιστή σας. Καταλήξαμε επίσης να κολλήσουμε όλα τα εξαρτήματά μας σε ένα πρωτόκολλο, αλλά μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ένα breadboard για τη σύνδεση του αισθητήρα στο Arduino. Το protoboard έκανε όλες τις συνδέσεις μας μόνιμες και διευκόλυνε τη στέγαση των εξαρτημάτων χωρίς να ανησυχείτε για το αν θα τους ξεφεύγετε από τη θέση τους.

Βήμα 2: Προσθήκη καταγραφής δεδομένων

Αυτό το βήμα είναι εύκολο. Το μόνο που έχετε να κάνετε για να ολοκληρώσετε αυτό το βήμα είναι να ασφαλίσετε τον καταγραφέα δεδομένων στη θέση του. Ταιριάζει ακριβώς πάνω από το Arduino Uno.

Για να καταστήσετε τον καταγραφέα δεδομένων να καταγράψει πραγματικά δεδομένα απαιτεί κάποια κωδικοποίηση. Ο καταγραφέας καταγράφει τα δεδομένα σε μια κάρτα SD που ταιριάζει στην ασπίδα και μπορεί να αφαιρεθεί και να συνδεθεί σε έναν υπολογιστή. Ένα χαρακτηριστικό του κώδικα που είναι χρήσιμο είναι η χρήση της χρονικής σφραγίδας. Το ρολόι ώρας καταγράφει την ημέρα, τον μήνα και το έτος επιπλέον του δεύτερου, του λεπτού και της ώρας (εφόσον είναι συνδεδεμένο με την μπαταρία). Έπρεπε να ορίσουμε αυτήν την ώρα στον κώδικα όταν ξεκινήσαμε, αλλά ο καταγραφέας δεδομένων διατηρεί τον χρόνο όσο είναι συνδεδεμένη η μπαταρία στον πίνακα. Αυτό σημαίνει ότι δεν γίνεται επαναφορά του ρολογιού!

Βήμα 3: Ρυθμίστε τον αισθητήρα θερμοκρασίας και υγρασίας

1. Συνδέστε τον πρώτο πείρο (κόκκινο) στον αισθητήρα με τον πείρο 5V στο Arduino
2. Συνδέστε τη δεύτερη ακίδα (μπλε) σε μια ψηφιακή ακίδα στο Arduino (βάζουμε τη δική μας στην ακίδα 6)
3. Συνδέστε τον τέταρτο πείρο (πράσινο) στη γείωση του Arduino

Ο αισθητήρας από το Adafruit που χρησιμοποιήσαμε χρειάζεται μόνο ένα ψηφιακό pin στο Arduino για τη συλλογή δεδομένων. Αυτός ο αισθητήρας είναι χωρητικός αισθητήρας υγρασίας. Αυτό σημαίνει ότι μετρά τη σχετική υγρασία με δύο μεταλλικά ηλεκτρόδια που χωρίζονται από ένα πορώδες διηλεκτρικό υλικό μεταξύ τους. Καθώς το νερό εισέρχεται στους πόρους, η χωρητικότητα μεταβάλλεται. Το τμήμα ανίχνευσης θερμοκρασίας του αισθητήρα είναι μια απλή αντίσταση: η αντίσταση αλλάζει καθώς αλλάζει η θερμοκρασία (που ονομάζεται θερμίστορ). Αν και η αλλαγή είναι μη γραμμική, μπορεί να μεταφραστεί σε ένδειξη θερμοκρασίας που καταγράφεται από την ασπίδα καταγραφής δεδομένων μας.

Βήμα 4: Ρυθμίστε τον αισθητήρα πίεσης και υψομέτρου

1. Ο πείρος Vin (κόκκινος) συνδέεται με τον πείρο 5V στο Arduino
2. Το δεύτερο pin δεν συνδέεται με τίποτα
3. Ο πείρος GND (μαύρος) συνδέεται με τη γείωση στο Arduino
4. Ο πείρος SCK (κίτρινος) τρέχει στον πείρο SCL στο Arduino
5. Ο πέμπτος πείρος δεν είναι συνδεδεμένος
6. Η καρφίτσα SDI (μπλε) συνδέεται με την καρφίτσα SDA του Arduino
7. Η έβδομη ακίδα δεν είναι συνδεδεμένη και δεν απεικονίζεται στο διάγραμμα

Ο πείρος Vin ρυθμίζει την τάση στον ίδιο τον αισθητήρα και τον κατεβάζει από την είσοδο 5V στα 3V. Ο πείρος SCK, ή το SPI Clock Pin, είναι ένας πείρος εισόδου στον αισθητήρα. Η καρφίτσα SDI είναι τα σειριακά δεδομένα στο pin και μεταφέρει τις πληροφορίες από το Arduino στον αισθητήρα. Στο διάγραμμα της ρύθμισης Arduino και breadboard, ο αισθητήρας πίεσης και υψομέτρου που απεικονίζεται δεν ήταν το ακριβές μοντέλο που χρησιμοποιήσαμε. Υπάρχει όμως ένας πείρος λιγότερος, ο τρόπος που καλωδιώνεται είναι ο ίδιος με τον τρόπο που ήταν ενσύρματος ο πραγματικός αισθητήρας. Ο τρόπος σύνδεσης των ακίδων αντανακλά τις ακίδες του αισθητήρα και πρέπει να παρέχει ένα κατάλληλο μοντέλο για τη ρύθμιση του αισθητήρα.

Βήμα 5: Ρυθμίστε το ανεμόμετρο

1. Η κόκκινη γραμμή τροφοδοσίας από το ανεμόμετρο πρέπει να συνδεθεί με τον πείρο Vin στο Arduino
2. Η μαύρη γραμμή εδάφους πρέπει να συνδεθεί με το έδαφος στο Arduino
3. Το μπλε σύρμα (στο κύκλωμά μας) συνδέθηκε με τον πείρο Α2

Ένα σημαντικό πράγμα που πρέπει να λάβετε υπόψη είναι ότι το ανεμόμετρο απαιτεί ισχύ 7-24V για να λειτουργήσει. Ο πείρος 5V στο Arduino απλά δεν πρόκειται να το κόψει. Έτσι, μια μπαταρία 9V πρέπει να συνδεθεί στο Arduino. Αυτό συνδέεται απευθείας με τον πείρο Vin και επιτρέπει στο ανεμόμετρο να αντλεί από μια μεγαλύτερη πηγή ενέργειας. Το ανεμόμετρο μετρά την ταχύτητα ανέμου δημιουργώντας ηλεκτρικό ρεύμα. Όσο πιο γρήγορα περιστρέφεται, τόσο περισσότερη ενέργεια και, συνεπώς, πιο ρεύμα, οι ανεμομετρικές πηγές. Το Arduino είναι σε θέση να μεταφράσει το ηλεκτρικό σήμα που λαμβάνει σε ταχύτητα ανέμου. Το πρόγραμμα που κωδικοποιήσαμε κάνει επίσης την απαραίτητη μετατροπή για να πάρει την ταχύτητα του ανέμου σε μίλια την ώρα.

Βήμα 6: Ελέγξτε το κύκλωμα και εκτελέστε μερικές δοκιμές

Στην παραπάνω εικόνα είναι το ολοκληρωμένο μας διάγραμμα κυκλώματος. Ο αισθητήρας θερμοκρασίας είναι ο λευκός, τεσσάρων καρφιτσών αισθητήρας στη μέση του πίνακα. Ο αισθητήρας πίεσης αντιπροσωπεύεται από τον κόκκινο αισθητήρα στα δεξιά. Αν και δεν ταιριάζει με τον αισθητήρα που χρησιμοποιήσαμε ακριβώς, οι ακίδες/συνδέσεις θα ταιριάζουν αν τις ευθυγραμμίσετε από αριστερά προς τα δεξιά (υπάρχει ένας ακόμη πείρος στον αισθητήρα που χρησιμοποιήσαμε από ό, τι στο διάγραμμα). Τα σύρματα του ανεμόμετρου ταίριαζαν με τα χρώματα που τους εκχωρήσαμε στο διάγραμμα. Επιπλέον, προσθέσαμε την μπαταρία 9V στη μαύρη θύρα μπαταρίας στην κάτω αριστερή γωνία του διαγράμματος στο Arduino.

Για να δοκιμάσετε τον μετεωρολογικό σταθμό, δοκιμάστε να αναπνεύσετε με τον αισθητήρα θερμοκρασίας και υγρασίας, περιστρέψτε το ανεμόμετρο και λάβετε δεδομένα στην κορυφή και στο κάτω μέρος ενός ψηλού κτιρίου/λόφου για να δείτε αν ο αισθητήρας θερμοκρασίας, το ανεμόμετρο και ο αισθητήρας πίεσης/υψομέτρου συλλέγουν δεδομένα Το Δοκιμάστε να αφαιρέσετε την κάρτα SD και να συνδέσετε μια συσκευή για να βεβαιωθείτε ότι οι μετρήσεις καταγράφηκαν σωστά. Ας ελπίσουμε ότι όλα κυλούν ομαλά. Εάν όχι, ελέγξτε ξανά όλες τις συνδέσεις σας. Ως εφεδρικό σχέδιο, δοκιμάστε να ελέγξετε τον κώδικα και να δείτε αν έχουν γίνει λάθη.

Βήμα 7: Σώστε όλα τα εξαρτήματα

Τώρα είναι η ώρα να το κάνετε να μοιάζει με έναν πραγματικό μετεωρολογικό σταθμό. Χρησιμοποιήσαμε ένα αδιάβροχο κουτί Outdoor Products για να στεγάσουμε το κύκλωμά μας και τα περισσότερα εξαρτήματα. Το κουτί μας είχε ήδη μια τρύπα στο πλάι με ένα διεισδυτικό και ένα ελαστικό παρέμβυσμα. Αυτό μας επέτρεψε να τρέξουμε τον αισθητήρα θερμοκρασίας και τα καλώδια του ανεμόμετρου έξω από το κουτί μέσα από μια τρύπα που ανοίγεται στο διεισδυτικό και σφραγίζεται με εποξικό. Για να λύσουμε το ζήτημα της τοποθέτησης του αισθητήρα πίεσης μέσα στο κουτί, ανοίξαμε μικρές τρύπες στο κάτω μέρος του κιβωτίου και τοποθετήσαμε έναν ανυψωτήρα σε κάθε γωνία του πυθμένα για να τον κρατήσουμε να κάθεται πάνω από το επίπεδο του εδάφους.

Για να στεγανοποιήσουμε τα καλώδια που συνδέουν το ανεμόμετρο και τον αισθητήρα θερμοκρασίας με την κεντρική πλακέτα κυκλώματος, χρησιμοποιήσαμε ταινία θερμοσυρρίκνωσης για να σφραγίσουμε τυχόν συνδέσεις. Τρέξαμε τον αισθητήρα θερμοκρασίας κάτω από το κουτί και τον συνδέσαμε (απλά δεν θέλαμε το φιμέ πλαστικό να παγιδεύει τη θερμότητα και να μας δίνει ψευδείς ενδείξεις θερμοκρασίας).

Αυτή δεν είναι η μόνη επιλογή στέγασης, αλλά σίγουρα θα κάνει τη δουλειά για ένα διασκεδαστικό έργο.

Βήμα 8: Απολαύστε τον προσωπικό σας μικρό μετεωρολογικό σταθμό

Τώρα είναι το διασκεδαστικό μέρος! Πάρτε μαζί σας τον μετεωρολογικό σταθμό, τοποθετήστε τον έξω από το παράθυρό σας ή κάντε ό, τι άλλο θέλετε. Θέλετε να το στείλετε σε ένα αερόστατο καιρού; Δείτε το επόμενο Instructable!