Önállóan tárolt adatnaplózó szélmérő: 11 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

Szeretek adatokat gyűjteni és elemezni. Én is szeretek elektronikus kütyüket építeni. Egy évvel ezelőtt, amikor felfedeztem az Arduino termékeket, azonnal arra gondoltam: "Szeretnék környezeti adatokat gyűjteni." Szeles nap volt Portlandben, OR, ezért úgy döntöttem, hogy rögzítem a szél adatait. Megnéztem az anemométerek utasításait, és nagyon hasznosnak találtam őket, de szükség volt néhány műszaki változtatásra. Először is azt akartam, hogy a készülék egy héten keresztül önállóan működjön a szabadban. Másodszor, azt akartam, hogy nagyon kicsi széllökéseket rögzítsen, az itt szereplő tervek közül több meglehetősen erős szelet igényelt az induláshoz. Végül rögzíteni akartam az adatokat. Úgy döntöttem, hogy egy igazán könnyű rotoros konstrukciót választok, a lehető legkisebb tehetetlenséggel és ellenállással. Ennek érdekében minden műanyag alkatrészt (beleértve a menetes vinil rudakat is), golyóscsapágyat és optikai érzékelőket használtam. Más konstrukciók mágneses érzékelőket vagy tényleges egyenáramú motorokat használtak, de mindkettő lelassítja a forgórészt, az optika valamivel több energiát fogyaszt, de nem nyújt mechanikai ellenállást. Az adatgyűjtő egyszerűen egy Atmega328P, 8 mbit flash chipmel. Gondoltam, hogy SD -re megyek, de alacsonyan akartam tartani a költségeket, az energiafogyasztást és a komplexitást. Írtam egy egyszerű programot, amely másodpercenként naplózott kétbájtos elforgatást. 8 megabittal úgy gondoltam, hogy körülbelül egy hetes adatot tudok gyűjteni. Eredeti tervezésemben arra gondoltam, hogy 4 C -cellára lesz szükségem, de egy hét múlva még mindig teljesen fel voltak töltve, így nagyságrendileg ki kellett kapcsolnom az energiafogyasztásban. Nem lineáris szabályozókat használtam, hanem minden feszültségi sínt 6 V -ra hajtottam (annak ellenére, hogy egyes alkatrészek 3,3 V -os besorolást kaptak. Yay overdesign!). Az adatok letöltéséhez volt egy bonyolult rendszerem, amely beolvasta a vakut és az arduino soros monitorra dobta, majd kivágtam és beillesztettem az Excelbe. Nem töltöttem időt azzal, hogy kitaláljam, hogyan írhatok egy parancssori USB -alkalmazást a vaku szabványos leállításához, de valamikor ezt ki kell találnom. Az eredmény meglepő volt, nagyon érdekes tendenciákat figyelhettem meg, amelyeket egy másik jelentéshez spórolok. Sok szerencsét!

Lépés: Készítse el a rotort

Többféle ötletet is kipróbáltam a rotorpoharakhoz: húsvéti tojást, pingponglabdát, műanyag poharat és üres karácsonyfa díszgolyókat. Több rotort építettem, és mindegyiket hajszárítóval teszteltem, amely széles szélsebességet biztosított. A négy prototípus közül a díszhéjak működtek a legjobban. Ezek a kis fülek is megkönnyítették a rögzítést, és merev műanyagból készültek, amely jól működött polikarbonát -cementtel. Kipróbáltam néhány különböző tengelyhosszat, kicsi, közepes és nagy (kb. 1 "-tól kb. 6" -ig), és azt tapasztaltam, hogy a nagyobb méretek túl sokat forgattak, és nem reagáltak jól az alacsony szélsebességre, ezért a kis méretű tengelyekkel jártam. Mivel minden átlátszó műanyag volt, készítettem egy praktikus kis nyomatot a három penge leeresztéséhez. Anyagok: A díszek az Oriental Trading Company cégtől származnak, a "48/6300 DYO CLEAR ORNAMENT" tétel, 6 dollár plusz 3 dollár szállítás. A műanyag tengelyek és a szerkezeti tárcsa a helyi TAP Plastics boltból származtak, további 4 dollárral részletesebben.

2. lépés: Építse fel a felső bázist

A forgási tehetetlenség csökkentése érdekében McMaster Karr menetes nylon rudat használtam. Csapágyakat akartam használni, de a gépcsapágyak rotor lassító zsírba vannak csomagolva, ezért vettem néhány olcsó gördeszkacsapágyat, amelyeknek nincs. Véletlenül illeszkedtek a CPVC belső átmérőjű 3/4 "-os csőadapterbe. Csak a szerkezet összeszerelésekor jöttem rá, hogy a korcsolyagörgők a sík terhelést kezelik, és függőleges terhelést alkalmazok, ezért tolócsapágyat kellett volna használnom, de jól működtek, és valószínűleg segítették kezelni a súrlódást a precessziós nyomatékból. Úgy terveztem, hogy egy optikai érzékelőt rögzítek a tengely aljára, ezért a CPVC csatolót egy nagyobb bázisra szereltem fel. A Home Depot szórakoztató hely a keveréshez és a CPVC/PVC szerelvényekhez. Végül sikerült a 3/4 "-os menetes CPVC csatlakozót egy PVC 3/4"-1-1/2 "reduktorba tömni. Sokat kellett játszani, hogy minden illeszkedjen, de elegendő teret hagyott az elektronikának. Anyagok: 98743A235-Fekete menetes nylon rúd (5/16 "-18 menet) 94900A030-Fekete nylon hatszög anyák (5/16" -18 menet) Olcsó gördeszka csapágyak 3/4 "menetes CPVC adapter 3/4"-1 -1/2 "PVC reduktor menetes 3/4" csőhöz Megjegyzés: A PVC és a CPVC csatlakozó méretei nem egyeznek, valószínűleg a véletlen használat elkerülése érdekében; így a sima PVC 3/4 "-os hagyományos adapter cseréje nem fog működni, azonban a menetes adapter SZÁLAI azonosak, ami teljesen furcsa. A CPVC csatlakozómenetek a PVC adapter perselyébe kerülnek. Adapter … persely … csatlakozó… Valószínűleg összekeverem ezeket a kifejezéseket, de a Home Depot vízvezeték -folyosón eltöltött 15 perc egyértelművé tesz.

3. lépés: Optikai megszakító

Amint a rotor forog, a forgását egy optikai megszakító számolja. Gondoltam egy lemez használatára, de ez azt jelentette, hogy függőlegesen kell csatlakoztatnom a megvilágítási forrást és az érzékelőt, ami nagyon nehéz lesz összeszerelni. Ehelyett a vízszintes rögzítést választottam, és találtam néhány kis csészét, amelyek a székek aljára kerülnek, hogy megvédjék a parkettát. Hat szegmenst festettem és ragasztottam le, ami tizenkét (majdnem) egyforma élt, vagy 12 kullancsot adna a forgórész fordulatánként. Arra gondoltam, hogy többet kell tennem, de nem nagyon ismerem az érzékelő sebességét, vagy az optika látóterét. Vagyis ha túl szűk lettem, akkor a LED kúszhat a szélek körül, és aktiválhatja az érzékelőt. Ez egy másik kutatási terület, amelyet nem folytattam, de jó lenne feltárni. A festett csészét egy anyához ragasztottam, és a tengely végéhez rögzítettem. Anyagok: Szék lábvédő csésze a Home Depot Black festékből

4. lépés: Csatlakoztassa a rotort

Ezen a ponton kezdett elég menőnek tűnni. A nylon anyák valóban csúszósak, ezért sok záróanyát kellett használnom (hátha nem vetted észre az előző képekből). Külön lapos kulcsot is kellett készítenem, hogy illeszkedjek a rotor alatti kupakba, hogy mindkét anyát le lehessen zárni.

5. lépés: Építse fel az alsó bázist

Az alsó talp az elemeket tartalmazza, és tartószerkezetet biztosít. Találtam egy nagyon jó vízálló dobozt a neten egy Polycase nevű cégtől. Ez egy igazán sima tok, amely jól zár, és a csavarok szélesebbek az alján, így nem esnek ki könnyen a tetejéről. PVC felsőt használtam a felső PVC perselyhez. Ez az alsó alaptest csak egy menetes 1-1/2 "PVC csatlakozó. A felső rotor alapnyomás illeszkedik az alsó alapba ezen a tengelykapcsolón keresztül. Amint később látni fogja, nem ragasztottam össze ezeket a darabokat, mert szerettem volna képes kinyitni és szükség esetén beállítani, ráadásul az összeszerelés könnyebb az áramköri lapok rögzítésekor. Anyagok: Vízálló doboz a Polycase-től, tétel: WP-23F, 12,50 USD Menetes 1-1/2 "PVC csatlakozó

6. lépés: Készítse el az optikai érzékelőt

Az érzékelő mechanizmusa egy 940 nm-es LED és egy Schmitt-trigger-vevő. Szeretem a szerelmet, szeretem a Schmitt trigger áramkört, gondoskodik minden visszakapcsolási igényemről, és CMOS/TTL kompatibilis jelet küld. Az egyetlen hátránya? 5V működés. Igen, túlterheltem az egész konstrukciót 6V-ra, de akár 3,3V-ra is elmehettem volna, ha nem ez a rész lett volna. Az ötlet az, hogy ez az áramkör a forgórész alatt helyezkedik el, ami megszakítja a sugarat, ahogy fordul, és logikai átmeneteket generál minden élhez. Nincs jó képem arról, hogyan szerelték fel. Alapvetően két műanyag kiegyenlítőanyagot ragasztottam az alsó PVC csatlakozóba, és felülről belecsavartam őket. Le kellett csiszolnom a tábla széleit, hogy szépen illeszkedjen. Nincs semmiféle vázlatom ehhez, nagyon egyszerű: csak futtasson egy 1k -s ellenállást a Vin -től, és kösse be úgy, hogy a LED mindig világítson, és az érzékelő kimenete rajta legyen. Anyagok: 1 940nm LED 1k ellenállás 1 OPTEK OPL550 érzékelő 1 háromtűs dugó (hüvely) 1 1,5 "x1,5" áramköri kártya Különböző hosszúságú huzalok Hőzsugorcső, ha úgy tetszik, hogy a vezetékek csomagban vannak

7. lépés: Az adatgyűjtő létrehozása

Az Arduino prototípus -tábla elég nagy volt ahhoz, hogy elférjen az alvázban. Az EagleCAD -et használtam egy kisebb áramköri lap kihelyezéséhez, és elvesztettem egy réteget … négy csúnya vezeték szükséges, hogy áthidaljak néhány rést.

(Azt hittem, hogy ezt ~ 50 mW üzemi teljesítményen mértem, és az akkumulátorok wattóra alapján azt gondoltam, hogy egy hét alatt 5 V alá süllyedek, de vagy a teljesítménymérésem, vagy a matematikám hibás, mert 4 C-cella megmaradt sokáig megy.) Elég egyszerű elrendezés: csak egy rezonátor, az ATmega328, egy flash chip, egy hibakeresési jumper, egy hibakeresési LED, a tápegység kupakja, és ennyi. Van valami, amit DorkBoardnak hívnak, és én is használhattam volna, ez alapvetően minden szükséges egy ATMega328 dev kártyához DIP foglalat méretben. Gondoltam megvásárolok egyet, de a diszkrét megközelítésem körülbelül 50% -kal olcsóbb volt. Itt a link a dorkboardhoz:

Íme az alapötlet (a forráskód a későbbiekben szerepel), hogyan működik a kártya: A jumper "hibakeresési" módba van állítva: csatoljon egy változási érték megszakítást az optikai érzékelő kimenetéhez, és villanja fel a teszt LED-et egyidejűleg az érzékelővel. Ez nagyon hasznos volt a hibakereséshez. A jumper "felvételi" módba van állítva: ugyanazt a megszakítást csatolja a számlálóhoz, és a fő hurokban késleltesse az 1000 ms -ot. Az 1000 ms végén írja be az élszámok számát egy 256 bájtos flash-oldalra, és amikor az oldal megtelt, írja ki, és állítsa vissza a számlálást. Egyszerű, igaz? Eléggé. Nagyon szeretem a Winbond vakueszközöket, a 90 -es években terveztem vakut, így szórakoztató volt újra programozni őket. Az SPI felület ragyogó. Így egyszerű a használata. Hagyom, hogy a vázlatok és a forráskód magáért beszéljenek. Mondtam már, hogy az EagleCAD fantasztikus? Valóban az. Nagyszerű oktatóanyagok vannak a YouTube -on.

8. lépés: Csatlakoztassa az elektronikát

Ismétlem, nincs sok jó képem itt, de ha elképzelünk két műanyag állványt a PVC belsejére ragasztva, akkor mindkét táblát bele kell csavarni. Itt egy felvétel az aljára csatlakoztatott naplózó tábláról. Az érzékelő panel fent van a házon belül.

9. lépés: Kalibrálás

Készítettem egy tesztberendezést a fenevad kalibrálásához, hogy a nyers rotorok számát MPH -ra konvertálhassam. Igen, ez 2x4. Az egyik végéhez csatoltam a szélmérőt, a másikhoz egy hibakereső Arduio -t. Az LCD kijelzőn a rotorok száma látható. A folyamat a következőképpen zajlott: 1) Keressen egy hosszú, egyenes utat forgalom nélkül. 2) Tartsa a 2x4 -et, hogy a lehető legtávolabb bökjön ki az ablakon. 3) Kapcsolja be a hangrögzítést az iPhone vagy az Android rendszeren. a felvevő számára a sebesség és az átlagos forgórész számít 6) Nem ütközik 7)? 8) Később, amikor nem vezet, játssza le újra a telefon üzenetét, és írja be az adatokat az Excelbe, és remélje, hogy egy lineáris, vagy egy exponenciális, vagy egy polinom illeszkedik, és az R-négyzet értéke nagyobb, mint 99%. A készülék csak nyers adatokat rögzít, azokat Excel-ben MPH-ra (vagy KPH-ra) utólag feldolgoztam. (Megemlítettem, hogy rosszindulatú olajbogyó festéket használtam? Ezt "taktikai adatgyűjtő szélmérőnek" neveztem volna, de aztán eszembe jutott, hogy a "taktikai" azt jelenti, hogy "fekete".)

10. lépés: Gyűjtsön össze néhány széladatot

Nagyjából ennyi. Szerintem pár kép hiányzik, pl. nem látható az alsó bázisba tömörített négy C-sejt. Nem tudtam felszerelni rugós tartót, így végül az akkumulátorokhoz forrasztottam a vezetékeket. Egy évvel az építés után írom ezt a tanulságosat, és a 2. felülvizsgálat során AA elemeket használtam, mert durván túlbecsültem az energiafogyasztást. Az AA használatával lehetővé tettem egy ki-be kapcsolót, és valóban felszabadítottam egy kis helyet belül, különben elég szűk volt. Összességében elégedett voltam a dizájnnal. Az alábbi grafikon egy hét átlagos adatait mutatja. Az akkumulátorok a hetedik napon kezdtek lemerülni. Javíthattam volna az akkumulátor élettartamát, ha a LED -et alacsonyabb működési cikluson, kb. 1 kHz -en működtetném, és nem veszítettem volna el éleket a rotor viszonylag alacsony szögsebessége miatt.

Érezd jól magad! Szóljatok, ha láttok javítanivalót!

11. lépés: Forráskód

Csatolva egyetlen Arduino forrásfájl található. Azért szerettem volna GPL -t, mert hé, GPL.

SZERKESZTÉS: Szeretném megjegyezni, hogy az 1 másodperces késleltetés () használatával kapcsolatos megvalósításom szörnyű ötlet, és h A vakuhoz íráshoz és az érzékelő olvasásához szükséges idő kevésnek tűnhet, de 7 alatt -10 -es években jelentős driftet eredményez. Ehelyett használjon 1 Hz -es időzítő megszakítást (a 328P 1. számú időzítője tökéletesen kalibrálható 1 Hz -re). A biztonság kedvéért kódolnia kell egy kerítésben, ha az oldal írása és érzékelőjének beolvasása valamilyen oknál fogva 1 másodpercnél tovább tart (kezelje a leesett mintákat), de az időzítő megszakítása A módja annak, hogy olyan dolgokat végezzen, amelyeknek időre van szükségük. pontos. Egészségére!