Vejrstation med lav effekt: 6 trin (med billeder)

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

Nu i sin tredje version og efter at have været testet i over to år, bliver min vejrstation opgraderet til bedre laveffektydelse og dataoverførselspålidelighed.

Strømforbrug - ikke et problem i andre måneder end december og januar, men i disse meget mørke måneder var solpanelet, selvom det var vurderet til 40 watt, ikke i stand til at følge med systemets efterspørgsel … og det meste af efterspørgslen kom fra 2G FONA GPRS -modulet, der sender dataene direkte til interwebs.

Det næste problem var med selve FONA GPRS -modulet, eller mere sandsynligt mobiltelefonnettet. Enheden ville fungere perfekt i uger / måneder, men stoppede pludselig uden nogen åbenbar grund. Tilsyneladende forsøger netværket tilsyneladende at sende en slags 'systemopdateringsinfo', som, hvis det ikke accepteres, får enheden til at blive startet op af netværket, så GPRS er egentlig ikke en vedligeholdelsesfri løsning til dataoverførsel. Det er ærgerligt, for da det virkede, fungerede det rigtig fint.

Denne opgradering bruger LoRa -protokollen med lav effekt til at sende dataene til en Raspberry Pi lokal server, som derefter sender dem videre til interwebs. På denne måde kan vejrstationen i sig selv have lav effekt på et solpanel og den 'tunge løft' del af processen, udført et sted inden for WIFI -området på netstrøm. Selvfølgelig, hvis du har en offentlig LoRa -gateway inden for rækkevidde, ville Raspberry Pi ikke være påkrævet.

Opbygning af vejrstationens printkort er let, da SMD -komponenterne alle er ret store (1206), og alt på printet fungerer 100%. Nogle af komponenterne, nemlig blæseinstrumenterne, er ret dyre, men kan nogle gange findes brugt på Ebay.

Trin 1: Komponenter

Arduino MKR1300 LORAWAN ……………………………………………………………………. 1 af

Hindbær Pi (valgfri afhængig af tilgængelig lokal LoRa -gateway) ………… 1 af

BME280 for tryk, luftfugtighed, temperatur og højde ………………………….. 1 af

RJ 25-stik 477-387 …………………………………………………………………………… 1 af

L7S505 …………………………………………………………………………………………………………. 1 af

Bipper 754-2053 ……………………………… 1 af

Shottky -diode (1206) …………………………………… 2 af

R1K genopretter …………………………………… 3 af

R4.7K modstand ………………………………… 1 af

C100nF kondensator …………………………….. 3 af

R100K ………………………………………………… 1 af

R10K …………………………………………….. 4 af

C1uF ……………………………………………… 1 af

C0.33uF ………………………………………… 1 af

R100 …………………………………………….. 1 af

R0 ……………………………………………….. 1 af

Dallas DS18B20 temperaturføler ………… 1 af

PCB …………………………………………………………… 1 af

Regnmåler ……………………………………………. 1 af

Jordsonde ……………………………………… 1 af (se trin 6 for DIY -probe)

A100LK vindmåler ………………………….. 1 af

W200P vindskovl ………………………………..1 af

Trin 2: Sådan fungerer det

Det er let nok at få sensorer til at arbejde med ting som temperatur, fugtighed og tryk, men nogle af de andre er ret vanskelige, selvom al koden er inkluderet i denne blog.

1. Regnmåleren er på en 'afbrydelse' og fungerer, når der registreres en ændring. Regnen kommer ind i instrumentet og drypper ned på en vippevipper, der vugger over, når den ene ende er fuld, og udløser en magnetisk sensor to gange, når den går over. Regnsensoren har forrang for alt og fungerer, selvom data overføres.

2. Vindmåleren fungerer ved at sende en lav effektpuls, hvis frekvens afhænger af dens hastighed. Det er meget enkelt at kode og bruger meget lidt strøm, selvom det er nødvendigt at registrere cirka en gang hvert sekund for at fange de mest alvorlige vindstød. Koden holder løbende notat om den gennemsnitlige vindhastighed og det maksimale vindstød under optagelsessessionen.

3. Selvom vindvingen ved første tanker ville være let at kode, er det først meget mere kompliceret, når forviklingerne er udforsket. I det væsentlige er det bare et meget lavt drejningsmomentpotentiometer, men problemet med at få aflæsninger fra det forstærkes af, at det har en kort 'død zone' i nordlig retning. Det skal trække modstande og kondensatorer ned for at forhindre underlige aflæsninger i nærheden af nord, som derefter forårsager ikke -linearitet i målingerne. Fordi aflæsningerne er polære, er normale gennemsnitlige gennemsnitlige beregninger ikke mulige, og derfor skal den mere komplicerede tilstand beregnes, hvilket indebærer at skabe et massivt array på omkring 360 tal! …. Og det er ikke enden på det…. Der skal tages særlig hensyn til hvilken kvadrant sensoren peger i, som om den er i kvadranten på hver side af nord, tilstanden skal behandles anderledes.

4. Jordfugtigheden er en simpel konduktivitetsprobe, men for at spare energi og forhindre korrosion pulseres den meget hurtigt med en af Arduinos ekstra digitale stifter.

5. Systemet sender data fra Arduino til Raspberry Pi (eller LoRa gateway), men har også brug for et 'opkald' fra modtageren for at bekræfte, at det faktisk har modtaget dataene korrekt, før alle de forskellige tællere og gennemsnit nulstilles og tager et nyt sæt aflæsninger. En optagesession kan vare cirka 5 minutter hver, hvorefter Arduino forsøger at sende dataene. Hvis dataene er beskadiget, eller der ikke er nogen internetforbindelse, forlænges optagelsessessionen, indtil tilbagekaldet angiver succes. På denne måde vil der ikke gå glip af maksimal vindstød eller regnmåling.

6. Selvom dataene uden for denne blogs område, en gang på internetserveren (det er en stor computer i Ipswich, Storbritannien), samles dataene derefter til en MySQL -database, som kan tilgås ved hjælp af simple PHP -scripts. Slutbrugeren kan også se dataene, der vises med flotte skiver og grafer takket være proprietær Java -software fra Amcharts. Så kan 'slutresultat' ses her:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

Trin 3: Filer

Alle Arduino-, Raspberry Pi -kodefiler og filen til oprettelse af printkortet på 'Design Spark' -software loaktes i Github -depotet her:

github.com/paddygoat/Weather-Station

Trin 4: Population af printkortet

Der kræves ingen stencil til lodning af SMD -komponenterne - dup bare en smule lodde på printpladerne og anbring komponenterne med en pincet. Komponenterne er store nok til at gøre alt ved øjet, og det er ligegyldigt, om loddet ser rodet ud, eller komponenterne er lidt ude af midten.

Placer printkortet i en brødristerovn og varm op til 240 grader C ved hjælp af en K -termometerprobe til at overvåge temperaturerne. Vent i 30 sekunder ved 240 grader, og sluk derefter for ovnen, og åbn døren for at frigøre varmen.

Nu kan resten af komponenterne loddes håndloddet.

Hvis du vil købe et printkort, skal du downloade gerber -filerne med lynlås her:

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

og upload dem til JLC her:

Vælg pladestørrelsen 100 x 100 mm, og brug alle standardindstillingerne. Omkostningerne er $ 2 + porto til 10 tavler.

Trin 5: Implementering

Vejrstationen er indsat midt på en mark med blæseinstrumenterne på en høj stang med fyrkabler. Detaljer om implementering findes her:

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

Trin 6: Forrige arbejde

Denne instruerbare er den sidste fase i igangværende projekt, der har sin udviklingshistorie i syv andre tidligere projekter:

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…