Sådan opbygger du dit eget vindmåler ved hjælp af Reed Switches, Hall Effect Sensor og nogle rester på Nodemcu. - Del 1 - Hardware: 8 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Introduktion

Siden jeg startede med studierne af Arduino og skaberkulturen, har jeg godt kunne lide at bygge nyttige enheder ved hjælp af skrammel og skrotstykker, såsom flaskehætter, stykker PVC, drikke dåser osv. Jeg elsker at give et nyt liv til ethvert stykke eller enhver materiale. En stor del af de materialer, der bruges her, fjernes skrot fra noget udstyr og genbruges

Da jeg startede et projekt af en vejrstation for min egen, indså jeg, at måling af vindens intensitet og retning ikke ville være særlig let eller billig. Efter flere måneder præsenterer jeg for dig dette projekt, der hovedsageligt bruger genbrugsmaterialer og meget billige elektroniske dele, der let findes i enhver elektronisk butik.

Dette indlæg har 2 dele.

Del 1 - Konstruktion af enhederne Vindmåler og vindretning.

Del 2 - Skitsen ved hjælp af Arduino IDE til Esp8266 Nodemcu og transmission til ThingSpeak.

Se videoen for at kende den endelige løsning.

Sådan bygger du dit eget vindmåler ved hjælp af Hall Effect Sensor og Reed Switches

Projekt Beskrivelse

Vindmåleren er en enhed, der er i stand til at måle vindhastigheden og dens retning. Ved hjælp af en Hall Effect -sensor vil vi kunne tælle, hvor mange rotationer kopperne giver i en periode. Vindens intensitet er proportional med aksens rotationshastighed. Med nogle simple fysikligninger kan du bestemme vindens lineære hastighed i det øjeblik. Vi vil forklare dem alle i del 2.

Og vindens retning vil vi måle gennem en forrude med en neodymiummagnet og sivkontakter. Skovlen peger i vindens retning, og magneten tilsluttet den vil forbinde rørkontakterne, så den elektriske strøm kan passere gennem forbindelsen (eller forbindelserne). Kredsløb, der har positiv strøm, angiver vindens retning, ligesom et kompas.

Vi har 8 kredsløb, der vil efterligne 16 retninger: 4 kardinal- og 4 sikkerhedspunkter, når 1 switch er aktiveret (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW), og når 2 switches aktiveres samtidigt, har vi 8 undersikkerheder punkter (NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW).

Vindens hastighed og retning beregnes og bestemmes af en skitse i nodemcu. Men dette vil blive forklaret i del 2. Lad os nu gå til hardwareenheden.

Ansvarsfraskrivelse: Dette vindmåler må ikke bruges til professionelle formål. Det er kun til akademisk brug eller hjemmebrug.

Bemærk: Engelsk er ikke mit naturlige sprog. Hvis du finder grammatiske fejl, der forhindrer dig i at forstå projektet, bedes du give mig besked for at rette dem. Mange tak.

Trin 1: Stykliste

Vindfane

8 x Reed Switches

8 x 10 k ohm modstande

10 cm PVC rør

2 PVC hætter 5 cm diameter

1 PVC hætte 2,5 cm diameter

1 CD4051 analog multiplexer

1 plastikskive

20 x 20 stærkt plastikstykke

1 Neodymiummagnet (Magnetens dimensioner skal tillade, at to switche forbindes samtidigt. Mine er 0,5 x 0,5 cm, og det går godt.)

10 ledninger i forskellige farver

1 Generisk printkort

1 kugleleje med samme diameter på aluminiumsrørene

1 aluminiumsrør ca 20 cm

1 aluminiumsrør ca 10 cm

1 slangeklemme

Epoxy masse

Instant Lim - cyanoacrylat og natriumbicarbonat

Vindmåler

2 bordtennisbolde

4 træ- eller aluminiumspinde ca 12 cm

1 kugleleje

1 aluminiumsrør ca 5 cm

3 stykker ledninger i forskellige farver

1 hall sensor SS49E

1 neodymium magnet

Epoxymasse og instantlim - cyanoacrylat og natriumbicarbonat

2 plasthaner ca 3 a 5 cm i diameter

1 PVC hætte og 5 cm PVC rør

1 PVC hætte 2,5 cm diameter

• Nodemcu
• Plastkasse til elektroniske projekter
• Loddekolbe
• 1 PVC -rør ca. 2 meter og "T" PVC -stik
• 1 PVC 90 graders tilslutning
• 5V strømforsyning (jeg bruger solpanel)

Trin 2: Montering af Wind Vane Rosetta

Reedafbrydere og modstande monteret på printkort

Skær det generiske printkort i form af en cirkel med en lidt mindre diameter end PVC -hætten, for når den er klar, passer den ind i den.

Bøj benene på sivkontakten i 90 grader, så de passer forsigtigt ind i printkortet for ikke at bryde beskyttelsesglasset. Det ideelle er 3 mm væk fra glasset. Monter hver rørkontakt i henhold til diagrammet. Tal hver fra 0 til 7 som diagrammet. Korrekt identifikation er vigtig, når terminalerne tilsluttes multiplexeren. Brug loddejernet til at lodde dem på tallerkenen.

Placer hver modstand som diagrammet, hvor en af terminalerne er loddet i en af rørkontaktens terminaler, og den anden vil være fælles for alle modstande placeret i midten af printkortet.

Lod et kobberkabel, der forbinder alle de eksterne terminaler på rørkontakterne og efterlader de to sidste uden forbindelse. Som en ring. Svejseordren er ligegyldig.

Ved krydset mellem hver modstand og rørkontakten loddetråd af hver farve. De er 8 forskellige. Lod en rød ledning til rørets kobberring som en positiv og en sort ledning til krydset mellem alle modstande i midten af "rosetta" som negativ.

Se på diagrammerne, og vær forsigtig med at beholde nummereringen af kablerne til tilslutning til multiplexeren.

Test forbindelserne før montering

Inden jeg fortsætter med samlingen, foreslår jeg at teste forbindelserne. Brug en led, et hvilket som helst 18650 batteri 3,7 V, en neodymmagnet og kabler med krokodillekløer. Tilslut batteriet til terminalerne VCC og GND og krokodillekablet i GND'en med den anden ende i minus på LED'en (brug en blå, der ikke har brug for en modstand). Tilslut det andet kabel til plusstikket på LED'en og det andet til hvert kabel, der er tilsluttet kontakterne. Før nu magneten gennem yderkanten af den tilsluttede kontakt. Hvis lysdioden lyser, er det ok. Kontroller svejsningerne, hvis den ikke tændes. For at teste to forbindelser på samme tid skal du bruge et andet kabel og en anden ledning samtidigt. Når magneten føres mellem to kontakter, skal de to lysdioder lyse. Det er vigtigt, at begge lysdioder lyser på samme tid, så det elektriske signal kan repræsentere under-kollaterale punkter i kompasset, såsom ENE, ESE, SSW, NNW osv.

Trin 3: Tilslutninger til og fra CD4051 Multiplexer

CD4051 Analog Multiplexer

Multiplexere er kombinationskredsløb med flere input og enkelt dataoutput. De er udstyret med kontrolindgange, der er i stand til at vælge en, og kun én, af dataindgangene for at tillade deres transmission fra den valgte input til udgangen.

Hvis du ikke kender funktionen af CD4051 anbefaler jeg at læse det datablad, du kan finde på internettet. Sammenfattende har 4051 8 analoge indgange nummereret fra 0 til 7, 3 og ben A, B og C, der tilsammen gør det muligt at aflæse input og definere, hvilket analogt output der skal tilsluttes. Ved hver læsning analyserer softwaren, hvilke forbindelser der er med positiv strøm og angiver vindens tilsvarende retning. Dette vil blive forklaret detaljeret i del 2 af indlægget. Se på diagrammet for at se, hvordan rosetta er forbundet til multiplexeren.

Forbindelser til Nodemcu

Vi skal bruge 8 kabler for at forbinde Nodemcu. Se diagrammet.

1 par positive (røde) og jordede (sorte) ledninger, der leverer strøm til rosetta

1 par positive (røde) og jordede (sorte) kabler, der leverer strøm til CD4051

1 kabel til analog udgang A0 (grå)

1 kabel til digital indgang på pin A = D5 (blå)

1 kabel til digital indgang på pin B = D4 (grøn)

1 kabel til digital indgang på pin C = D3 (gul)

Jeg brugte et 10-leder telefonkabel i forskellige farver for at lette den sidste samling.

Identificer hver af kablerne med deres tilsvarende adresse for at lette den sidste samling.

Trin 4: Montering af alt i PVC -stativet

Montering af understøtningen

Tag hætten på 5 cm diameter af PVC, et stykke PVC -rør og hætten på 2,5 cm i diameter, og lim dem alle med instant lim i henhold til billedet. Du kan også lave et hul med rørets diameter for at forbedre forbindelsen mellem stykkerne. Efter at alle stykkerne er limet påføres mere lim på de limede kanter af hvert stykke og straks dækkes med bagepulver. Når du tørrer limen, har du en meget god hårdhed.

Du bør også stikke silikonen på kanten af hætten, som gør det muligt at forsegle foreningen mellem de 2 hætter og lette montering af rosetta. Lad dem tørre, inden du fortsætter.

Indsæt forsigtigt den rosetta, der allerede er monteret på støttestykket, og at den sidder tæt ind mod kanten af hætten. Husk, at vi vil montere en anden CAP over dette. Se billedet med den endelige løsning. Og identificer venligst hver af kablerne for at lette forbindelsen til nodemcu.

Trin 5: Montering af vane

Montering af bladets struktur

Lav en markør med epoxymasse med formen vist på billedet. Når det er ordentligt tørt, vejer du stykket og gemmer værdien.

Tag plaststykket og skær det symmetrisk for den bageste del af skovlen, der tjener til at lede vinden. Afvej også og gem værdien.

Tag et af aluminiumsrørene, og stik markøren og vejrskovlen med øjeblikkelig lim med alle stykkerne på linje i midten. Gør det samme som du gjorde før med bagepulver for at øge hårdheden af hver af de limede dele.

Tag det andet aluminiumsrør, og lad os bestemme, hvor det vil sidde fast i det andet rør. For at opretholde ligevægten i stykket skal afstanden med rygens vægt være lig med afstanden med markørens vægt. (Se beregninger, der er vist i diagrammet.) Afstandsmålinger bør udføres mere eller mindre til massecentret for hvert stykke. Brug instant lim og bagepulver.

Lav et hul i midten af hætten med kuglelejets diameter. Brug øjeblikkelig lim til at klæbe det på låget. Vigtigt at vælge kuglelejet, der har samme indvendige diameter som vingens lodrette aluminiumsrør.

Tag til sidst plastskiven med en omtrentlig diameter på 4,5 cm og stik et lille stykke metal på kanten. Se billedet På denne måde vil du være i stand til at "stikke" neodymmagneten og justere den, når du kalibrerer instrumentet. Det kan flyttes i flere retninger for at gætte målingernes aflæsninger.

Placer plastskiven med metaldelen fast i samme retning som den vandrette aluminiumsrørpeger. Dette er vigtigt for magneten for at angive den samme retning som bladet.

For at lette den sidste samling af vindmåleren og justere den nordlige vinge med den nordlige geografi skal du printe en vindrose og indsætte den øverste hætte på hætten. Skiven sidder fast i aluminiumsrøret, men først skal du indsætte aluminiumsrøret i kuglelejet og indsætte aluminiumsrøret i skiven. Juster højden, så afstanden mellem magneten og kanten af hætten er mellem 1 og 1,5 cm. Det må være nok til, at magneten kan tilslutte reedkontakten korrekt. Stick disken med øjeblikkelig lim og calciumbicarbonat så vandret som muligt.

Monter de to stykker ved at rette den nordlige del af vindrosen på linje med kontakten nummer 0 (repræsenterer nord) og brug en klemme til at forbinde dem. Brug ikke lim, fordi du skal passe og kalibrere mange gange, før du er helt klar.

Se billederne for at se den endelige løsning.

Trin 6: Slå vindmåleren fra

Montering af understøtningen

Tag de 2 plastiklåg og klæb med instant lim. Bor 4 huller i lågene som vist på diagrammet. Stik træ- eller aluminiumstaver i hvert hul. Skær de 2 pingpongkugler i midten og stik hver på stængernes yderpunkter, alle med den konkave del til samme side. De omtrentlige målinger er vist i diagrammet.

Lav et hul i midten af hætten 2,5 cm med kuglelejets diameter. Brug øjeblikkelig lim til at klæbe det på låget. Brug bagepulver også meget omhyggeligt.

Sæt aluminiumsrøret i kuglelejet i en kompatibel højde (se foto). Hvis det ikke er korrekt justeret, skal du lægge en limdråbe forsigtigt.

Montering af hall -modulet

I kanten af CAP'en laves et lille hul for at passere hovedet på Hall -sensoren.

Lim neodymmagneten på siden af plasthætterne i henhold til billedet.

Brug de 3 forskellige farvede ledninger til at forbinde sensormodulet.

Indsæt Hall -modulet, og peg sensoren mod magneten i en afstand på 2 til 4 mm. Test om akselens rotation ikke rammer magneten med sensoren.

Brug et 3,7 V batteri til at teste, om modulet reagerer på magnetens tilgang ved at dreje ledningen til hver kontakt. Hvis lysdioden tændes, er alt ok. Hvis ikke, skal du flytte sensoren tættere på magneten, indtil LED'en tændes.

Hvis alt er ok, skal modulet fastgøres i understøtningen ved hjælp af en limdråbe.

Endelig vil den anden ende af stangen sidde fast i plastlåget med øjeblikkelig lim og bagepulver og justere den korrekte højde.

Identificering af ledningerne

Identificer alle kablerne - VCC, GND og Signal - for at lette forbindelsen til nodemcu.

Trin 7: Sammenlægning

Nu kan du montere de to enheder sammen ved hjælp af "T" -forbindelsen og et stykke PVC -rør som vist på billedet. Brug ikke lim, for hvis det er nødvendigt med en vis justering eller vedligeholdelse, vil det ikke være muligt. Jeg lavede små huller og brugte skruer til at holde dem tætte. Før kablerne til de 2 enheder gennem røret. Da vindmåleren vil blive installeret på husets tag, lavede jeg også 3 meter kabler for at forbinde den til nodemcu, der vil blive installeret indendørs.

Trin 8: Tilslutning af Nodemcu og installation

Diagrammerne viser den korrekte tilslutning af hvert kabel. For at teste operationen brugte jeg en 0,96 OLED -skærm til at læse målingerne og kontrollere, at de er korrekte, tilslutte OLED på denne måde:

D1 - SCL

D2 - SDA

VCC og GND

For at installere på loftet er den eneste pleje at holde hele enheden på det korrekte niveau. Til det skal du bruge et bobleniveau og mange store skruer. Og glem ikke at adressere nord for dit vindmåler for det geografiske nord for dit kompas. Ellers vil vindens retning ikke svare til virkeligheden.

Og det er alt. I det næste indlæg vil jeg forklare skitsen, der skal indlæses i nodemcu ved hjælp af Arduino IDE.

Hvis du er i tvivl, tøv ikke med at kontakte mig.

Hilsen

Grand Prize i IoT Challenge