Një anemometër i regjistrimit të të dhënave të vetëpërmbajtura: 11 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:10

Më pëlqen të mbledh dhe analizoj të dhëna. Më pëlqen gjithashtu të ndërtoj pajisje elektronike. Një vit më parë kur zbulova produktet Arduino, menjëherë mendova, "Unë do të doja të mblidhja të dhëna mjedisore". Ishte një ditë me erë në Portland, OR, kështu që vendosa të kap të dhënat e erës. Shikova disa nga udhëzimet për anemometra dhe i gjeta ato mjaft të dobishme, por të nevojshme për të bërë disa ndryshime inxhinierike. Së pari, doja që pajisja të funksiononte e pavarur, jashtë, për një javë. Së dyti, doja që ajo të ishte në gjendje të regjistronte erëra shumë të vogla të erës, disa prej modeleve këtu kërkonin erëra mjaft të forta për të vazhduar. Së fundi, doja të regjistroja të dhënat. Vendosa të shkoj për një dizajn vërtet të lehtë të rotorit me sa më pak inerci dhe rezistencë të jetë e mundur. Për ta realizuar këtë, kam përdorur të gjitha pjesët plastike (përfshirë shufrat vinyl të filetuara), lidhjet e mbajtësve të topit dhe sensorët optikë. Modele të tjera përdorën sensorë magnetikë ose motorë aktual DC, por të dy ata ngadalësojnë rotorin, optika përdor pak më shumë energji, por nuk ofron rezistencë mekanike. Regjistruesi i të dhënave është thjesht një Atmega328P me një çip flash 8 mbit. Mendova të shkoja në SD, por doja të mbaja koston, konsumin e energjisë dhe kompleksitetin të ulët. Shkrova një program të thjeshtë që regjistron numërimin e rrotullimit me dy bajtë çdo sekondë. Me 8 megabit mendova se mund të mblidhja të dhëna me vlerë rreth një javë. Në modelin tim origjinal, kuptova se do të më duheshin 4 qeliza C, por pas një jave ato ishin akoma të ngarkuara plotësisht, kështu që unë duhet të kem qenë i fikur me një urdhër të madhësisë në konsumin e energjisë. Unë nuk kam përdorur rregullatorë linearë, kam çuar të gjitha binarët e tensionit në 6V (edhe pse disa prej pjesëve u vlerësuan me 3.3V. Yay overdesign!). Për të shkarkuar të dhënat, kisha një sistem kompleks që lexonte blicin dhe e hodhi në monitorin serial arduino, dhe e preva dhe ngjita në Excel. Unë nuk kalova kohë duke u përpjekur të kuptoj se si të shkruaj një aplikacion USB të linjës së komandës për ta hedhur blicin në standard, por në një moment do të më duhet ta kuptoj këtë. Rezultati ishte mjaft befasues, unë kam qenë në gjendje të vëzhgoj disa tendenca shumë interesante, të cilat po i ruaj për një raport tjetër. Paç fat!

Hapi 1: Ndërtoni rotorin

Unë provova një numër idesh të ndryshme për gotat e rotorit: vezë të Pashkëve, topa pingpongu, gota plastike dhe topa zbukurimi të zbukurimit të pemës së Krishtlindjes. Ndërtova disa rotorë dhe i testova të gjithë me tharëse flokësh, e cila siguroi një sërë shpejtësish të erës. Nga katër prototipet, predhat e zbukurimeve funksionuan më së miri. Ata gjithashtu kishin këto tabela të vogla që e bënin ngjitjen më të lehtë dhe ishin bërë nga një plastikë e ngurtë që punonte mirë me çimento polikarbonat. Provova disa gjatësi të ndryshme të boshtit, të vogla, të mesme dhe të mëdha (rreth 1 "deri në 6") dhe zbulova se madhësitë më të mëdha rrotulloheshin shumë dhe nuk reagonin mirë ndaj shpejtësive të ulëta të erës, kështu që shkova me boshte të vogla. Me Meqenëse gjithçka ishte plastike e qartë, bëra një printim të vogël të dobishëm për të ndihmuar në ndezjen e tre teheve. Materialet: Ornamentet erdhën nga Kompania Oriental Trading, artikulli "48/6300 ZBURIM DYO CLEAR", 6 dollarë plus 3 dollarë transport. Boshtet plastike dhe disku strukturor erdhën nga një dyqan lokal TAP Plastics, rreth 4 dollarë më shumë në pjesë.

Hapi 2: Ndërtoni Bazën e Epërme

Për të zvogëluar inercinë rrotulluese, kam përdorur një shufër najloni të filetuar nga McMaster Karr. Doja të përdorja kushineta, por kushinetat e makinerisë janë të mbushura me yndyrë që ngadalëson rotorin, kështu që bleva disa kushineta të lira skateboard që nuk kishin asnjë. Ata thjesht u përshtatën brenda përshtatësit të tubit me diametër të brendshëm 3/4 "të CPVC. Vetëm kur mblodha strukturën kuptova që kushinetat e patina trajtojnë ngarkesën e rrafshët, dhe po aplikoja ngarkesë vertikale, kështu që duhet të kisha përdorur një kushinetë shtytëse, por ata funksionuan mirë, dhe ndoshta ndihmuan në menaxhimin e fërkimit nga çift rrotullues precesioni. Kam planifikuar të bashkoj një sensor optik në pjesën e poshtme të boshtit, kështu që e montova bashkuesin CPVC në një bazë më të madhe. Home Depot është një vend argëtues për t'u përzier dhe përputhen me pajisjet CPVC/PVC. Përfundimisht unë kam qenë në gjendje të fus lidhësin 3/4 "të filetuar CPVC në një zvogëlues PVC 3/4" në 1-1/2 ". U desh shumë lojëra për të rregulluar gjithçka, por la hapësirë të mjaftueshme për pajisjet elektronike. Materialet: 98743A235-Shufër najloni me fije të zezë (fije 5/16 "-18) 94900A030-Arra të zeza najloni gjashtëkëndore (fije 5/16" -18) Kushineta të lira skateboard 3/4 "përshtatës CPVC të filetuar 3/4" në 1 -1/2 "Reduktues PVC në tubin e filetuar 3/4" Shënim: Dimensionet e bashkimit të PVC dhe CPVC nuk janë të njëjta, ndoshta për të parandaluar keqpërdorimin aksidental; kështu që shkëmbimi në një përshtatës të thjeshtë PVC 3/4 "të zakonshëm nuk do të funksionojë, megjithatë, THREADS e një përshtatësi të filetuar janë të njëjta, gjë që është krejtësisht e çuditshme. Fijet e bashkimit CPVC në lidhësen e përshtatësit PVC. Përshtatës … lidhës … bashkues… Unë ndoshta jam duke i përzier të gjitha këto terma, por 15 minuta në rreshtin hidraulik të Home Depot do t'ju vendosin drejt.

Hapi 3: Ndërprerës optik

Ndërsa rotori kthehet, rrotullimi i tij llogaritet nga një ndërprerës optik. Mendova për përdorimin e një disku, por kjo do të thoshte se do të më duhej të bashkoja burimin e ndriçimit dhe detektorin vertikalisht, i cili do të ishte shumë sfidues për t'u mbledhur. Në vend të kësaj unë zgjodha montimin horizontal dhe gjeta disa gota të vogla që shkojnë në fund të karrigeve për të mbrojtur dyshemetë prej druri. Unë pikturova dhe fiksova gjashtë segmente, të cilat do të më jepnin dymbëdhjetë (gati) skaj të njëtrajtshëm, ose 12 rriqra për rrotullim të rotorit. Mendova të bëja më shumë, por nuk isha shumë i njohur me shpejtësinë e detektorit, ose fushën e shikimit të optikës së tij. Kjo do të thotë, nëse jam ngushtuar shumë, LED mund të zvarritet rreth skajeve dhe të aktivizojë sensorin. Kjo është një fushë tjetër kërkimi që nuk e kam ndjekur, por do të ishte mirë ta eksploroja. E ngjita kupën e pikturuar në një arrë dhe e fiksova në fund të boshtit. Materialet: Kupa e karriges për mbrojtësen e këmbës nga boja e zezë e Home Depot

Hapi 4: Bashkojeni Rotorin

Në këtë pikë filloi të dukej shumë mirë. Arrat prej najloni janë vërtet të rrëshqitshme, kështu që më është dashur të përdor shumë arra të kyçura (në rast se nuk e keni vënë re nga fotografitë e mëparshme). Gjithashtu më duhej të bëja një çelës të veçantë të sheshtë për t'u futur në kapakun nën rotor, në mënyrë që t'i mbyllja të dyja arrat.

Hapi 5: Ndërtoni bazën e poshtme

Baza e poshtme strehon bateritë dhe siguron një strukturë mbështetëse. Gjeta një kuti mjaft të ftohtë të papërshkueshëm nga uji në internet nga një kompani e quajtur Polycase. Caseshtë një rast vërtet i shkëlqyeshëm që mbyllet fort, dhe vidhat janë më të gjera në bazë, kështu që ato nuk bien lehtë nga lart. Kam përdorur një bashkëshort PVC në kutinë e sipërme të PVC. Ky bashkues bazë më i ulët është vetëm një bashkues PVC 1-1/2 ". Presioni i sipërm i bazës së rotorit përshtatet në bazën e poshtme nëpërmjet kësaj bashkimi. Siç do ta shihni më vonë, unë nuk i ngjita këto pjesë së bashku sepse doja të të jetë në gjendje ta hapë atë dhe të bëjë rregullime nëse është e nevojshme, plus montimi është më i lehtë kur bashkoni bordet e qarkut. Materialet: Kuti e papërshkueshme nga uji nga Polycase, artikulli # WP-23F, $ 12,50 $ Threaded 1-1/2 "PVC bashkues

Hapi 6: Ndërtoni sensorin optik

Mekanizmi i sensorit është një LED 940nm dhe një marrës i shkrepjes Schmitt. Unë e dua dashurinë, qarkun e shkyçjes Schmitt, ai kujdeset për të gjitha nevojat e mia të zbërthimit dhe dërgon një sinjal të pajtueshëm me CMOS/TTL. E vetmja dobësi? Funksionimi 5V. Po, e tejkalova të gjithë modelin në 6V, por mund të kisha shkuar në 3.3V nëse nuk do të ishte për këtë pjesë. Ideja është që ky qark të ngrihet nën kupën e rotorit, i cili ndërpret rrezen kur kthehet, duke gjeneruar kalime logjike për secilën skaj. Unë nuk kam një pamje të mirë se si është montuar kjo. Unë në thelb ngjita dy kompensime plastike në bashkuesin e poshtëm PVC, dhe i vidhova në to nga lart. Më është dashur të bluaj skajet e tabelës për ta bërë atë të përshtatet mirë. Unë as nuk kam një skemë për këtë, është me të vërtetë e lehtë: thjesht drejtoni një rezistencë 1k nga Vin dhe lidhni atë në mënyrë që LED të jetë gjithmonë e ndezur dhe dalja e detektorit të jetë në majë. Materialet: 1 Rezolucion LED 1k 940nm 1 sensor OPTEK OPL550 1 prizë me tre kunja (femër) 1 tabelë qarkore 1.5 "x1.5" Gjatësi të ndryshme të telit Tub tubi me tkurrje të nxehtësisë nëse ju pëlqejnë telat tuaj të bashkuar

Hapi 7: Ndërtoni regjistruesin e të dhënave

Pllaka prototipuese Arduino ishte shumë e madhe për t'u përshtatur në shasi. Kam përdorur EagleCAD për të nxjerrë një tabelë qarku më të vogël, dhe humba u tërhoq nga një shtresë e vetme … ka katër tela të shëmtuar që më duheshin për të kapërcyer disa boshllëqe.

(Mendova se e mata këtë në fuqinë operative m 50mW, dhe bazuar në orët Watt të baterive, mendova se do të binja nën 5V në një javë, por ose matja e fuqisë sime ose matematika ime ishte e gabuar sepse mbaheshin 4 qeliza C shkon për një kohë të gjatë.) Paraqitje mjaft e drejtpërdrejtë: vetëm një rezonator, ATmega328, një çip flash, një bluzë debugimi, një LED debugues, kapak i furnizimit me energji, dhe kjo është e gjitha. Ka diçka të quajtur DorkBoard të cilën edhe unë mund ta kisha përdorur, është në thelb gjithçka që nevojitet për një bord bordi ATMega328 në madhësinë e prizës DIP. Mendova të blija një, por qasja ime diskrete ishte rreth 50% më e lirë. Këtu është lidhja e dorkboard:

Këtu është ideja themelore (kodi burimor do të përfshihet më vonë) se si funksionon bordi: Jumper i vendosur në modalitetin "debug": bashkoni një ndërprerje të vlerës së ndryshimit në daljen e sensorit optik dhe ndizni LED-in e provës në unison me detektorin. Kjo ishte shumë e dobishme për korrigjimin. Jumper u vendos në modalitetin "regjistrim": lidhni të njëjtën ndërprerje në një numërues, dhe në lakin kryesor, vononi 1000 msec. Në fund të 1000 msec, shkruani numrin e numrave të buzëve në një faqe flash 256-bajt dhe kur faqja të jetë e plotë, shkruajeni atë dhe rivendosni numërimin. E thjeshtë, apo jo? Pak a shume. Më pëlqejnë shumë pajisjet flash Winbond, kam përdorur për të dizajnuar flashin në vitet '90, kështu që ishte argëtuese t'i programoja përsëri. Ndërfaqja SPI është e shkëlqyeshme. Kaq e thjeshte ne perdorim. Unë do t'i lë skemat dhe kodin burimor të flasin vetë. A e përmenda që EagleCAD është e mrekullueshme? Është vërtet. Ka disa mësime të shkëlqyera në YouTube.

Hapi 8: Bashkoni Elektronikën

Përsëri, nuk kam shumë fotografi të mira këtu, por nëse imagjinoni dy kapëse plastike të ngjitura në pjesën e brendshme të PVC, të dy dërrasat janë të dehur në të. Këtu keni një fotografi të tabelës së prerësve të lidhur në pjesën e poshtme. Bordi i detektorit është lart brenda strehimit.

Hapi 9: Kalibrimi

Unë bëra një pajisje testimi për të kalibruar bishën në mënyrë që të mund të konvertoja numrat e papërpunuar të rotorit në MPH. Po, kjo është një 2x4. Unë e bashkangjita anemometrin në njërin skaj, dhe një debug Arduio në tjetrin. LCD shfaq numrat e rotorit. Procesi shkoi kështu: 1) Gjeni një rrugë të gjatë të drejtë pa trafik. 2) Mbajeni 2x4 në mënyrë që të nxjerrë sa më larg dritares të jetë e mundur 3) Aktivizoni regjistrimin e zërit në iPhone ose Android tuaj 4) Ndizni një shpejtësimatës dixhital GPS në pajisjen tuaj të zgjedhur 5. te regjistruesi juaj shpejtësia dhe mesatarja e rotorit numëron 6) Mos rrëzoni 7)? 8) Më vonë, kur nuk vozisni, rishikoni mesazhin tuaj të telefonit dhe futni të dhënat në excel dhe shpresoni që një linear ose një eksponencial ose një polinom të përshtatet me një vlerë në katror R më të madh se 99% Ky konvertim # do të përdoret më vonë. Pajisja kap vetëm të dhëna të papërpunuara, unë i përpunova ato në MPH (ose KPH) në Excel. (A thashë se kam aplikuar një shtresë të keqe me bojë të ullirit? Unë do ta kisha quajtur këtë një "Anemometër të regjistrimit të të dhënave taktike", por pastaj u kujtova se "Taktike" do të thotë "e zezë".)

Hapi 10: Shkoni Mblidhni disa të dhëna të erës

Kjo është shumë pak ajo. Mendoj se mungojnë disa fotografi, p.sh. nuk tregohen katër qelizat C të ngjeshura në bazën e poshtme. Nuk mund të vendosja një mbajtëse të mbushur me pranverë, kështu që përfundova lidhjet e saldimit në vetë bateritë. Po e shkruaj këtë udhëzues një vit pasi e ndërtova, dhe në rishikimin #2, kam përdorur bateri AA sepse mbivlerësova jashtëzakonisht konsumin e energjisë. Përdorimi i AA më lejoi të shtoja një çelës on-off dhe me të vërtetë lirova pak hapësirë brenda, përndryshe ishte mjaft e ngushtë. Në përgjithësi, unë isha mjaft i kënaqur me modelin. Grafiku më poshtë tregon të dhënat mesatare me vlerë një javë. Bateritë filluan të vdesin në ditën e shtatë. Unë mund të kisha përmirësuar jetën e baterisë duke drejtuar LED në një cikël më të ulët pune në rreth 1kHz dhe nuk do të kisha humbur asnjë skaj për shkak të shpejtësisë relativisht të ulët këndore të rotorit.

Argëtohu! Më tregoni nëse shihni ndonjë vend për përmirësim!

Hapi 11: Kodi Burimor

Bashkangjitur është një skedar i vetëm burimor Arduino. E GPL'd sepse, hej, GPL.

EDIT: Unë do të doja të theksoja se zbatimi im i përdorimit të një vonese 1s () është një ide e tmerrshme dhe në h Koha e kërkuar për të shkruar në blic dhe për të lexuar sensorin mund të duket e vogël, por gjatë 7 -10s ajo shton deri në një lëvizje të rëndësishme. Në vend të kësaj, përdorni ndërprerësin e kohëmatësit 1Hz (Kohëmatësi #1 në 328P mund të kalibrohet në 1Hz në mënyrë perfekte). Për të qenë të sigurt, duhet të kodoni në një gardh në rast se faqja e shkrimit dhe leximit të sensorit për ndonjë arsye zgjat më shumë se 1 sekondë (trajtoni mostrat e rënë), por një ndërprerje e kohëmatësit është mënyra për të bërë gjëra që duhet të jenë kohë, të sakta. Urime!