Ma'lumotlarni o'z-o'zidan saqlaydigan anemometr: 11 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:23

Men ma'lumot to'plashni va tahlil qilishni yaxshi ko'raman. Men ham elektron gadjetlar yasashni yaxshi ko'raman. Bir yil oldin Arduino mahsulotlarini kashf qilganimda, men darhol: "Men atrof -muhit haqidagi ma'lumotlarni to'plashni xohlayman", deb o'yladim. Bu Portlendda (OR) shamolli kun edi, shuning uchun men shamol ma'lumotlarini olishga qaror qildim. Men anemometrlar uchun ko'rsatmalarni ko'rib chiqdim va ularni juda foydali deb topdim, lekin ba'zi muhandislik o'zgarishlar qilishim kerak edi. Birinchidan, men qurilma bir hafta davomida o'z-o'zidan, ochiq havoda ishlashini xohlardim. Ikkinchidan, men shamolning juda kichik bo'ronlarini yozib olishini xohlardim, bu erda bir nechta dizaynlar kuchli shamollarni talab qiladi. Oxir -oqibat, men ma'lumotlarni yozishni xohladim. Men iloji boricha kamroq inertiya va qarshilik ko'rsatadigan rotorli engil dizaynga o'tishga qaror qildim. Buni amalga oshirish uchun men barcha plastmassa qismlarini (shu jumladan tishli vinil tayoqchalarini), bilya rulmanlarini va optik datchiklarni qo'lladim. Boshqa dizaynlarda magnit sensorlar yoki haqiqiy shahar motorlari ishlatilgan, lekin ikkalasi ham rotorni sekinlashtiradi, optika biroz ko'proq quvvat sarflaydi, lekin mexanik qarshilik ko'rsatmaydi. Ma'lumotlarni yozish vositasi - bu 8 megabaytli flesh -chipli Atmega328P. Men SDga o'tishni o'yladim, lekin men xarajatlarni, quvvat sarfini va murakkablikni past darajada ushlab turishni xohlardim. Men har bir soniyada ikki baytli aylanishni hisobga oladigan oddiy dastur yozdim. 8 megabit bilan men taxminan bir haftalik ma'lumotlarni to'plashim mumkin deb o'yladim. Asl dizaynimda, menga 4 ta C hujayrasi kerak bo'ladi, deb o'yladim, lekin bir haftadan so'ng ular hali ham to'liq zaryadlangan edi, shuning uchun men quvvat sarfi buyrug'i bilan o'chirilgan bo'lardim. Men chiziqli regulyatorlardan foydalanmadim, men barcha kuchlanish relslarini 6V ga o'tkazdim (ba'zi qismlar 3,3V deb baholangan bo'lsa ham. Yay overdesign!). Ma'lumotni yuklab olish uchun menda chirog'ni o'qib, arduino ketma -ket monitoriga tashlaydigan murakkab tizim bor edi va men Excelga kesib qo'ydim. Men USB flesh -buyrug'ini standart usulda o'chirish uchun buyruq qatorini qanday yozishni bilishga vaqt sarflamadim, lekin bir paytlar buni tushunib etishim kerak bo'ladi. Natija juda hayratlanarli edi, men juda qiziq tendentsiyalarni kuzatishga muvaffaq bo'ldim, men ularni boshqa hisobot uchun saqlayman. Omad!

1 -qadam: Rotorni yarating

Men rotorli chashka uchun turli xil g'oyalarni sinab ko'rdim: Pasxa tuxumlari, stol tennisi to'plari, plastik stakan va bo'sh Rojdestvo daraxti bezaklari. Men bir nechta rotorlar yasadim va ularning barchasini sochlarini fen bilan sinab ko'rdim, bu esa shamol tezligini ta'minladi. To'rtta prototipdan bezak chig'anoqlari eng yaxshi ishladi. Ularda, shuningdek, yopishtirishni osonlashtiradigan va polikarbonat tsement bilan yaxshi ishlaydigan qattiq plastmassadan yasalgan kichik tablar ham bor edi. Men kichik, o'rta va katta (taxminan 1 "dan 6 dyuymgacha) uzunlikdagi bir nechta milni sinab ko'rdim va kattaroq o'lchamlari juda ko'p tortilganligini va past shamol tezligiga yaxshi javob bermasligini aniqladim, shuning uchun men kichik o'lchamli vallar bilan bordim.. Hammasi shaffof plastmassa bo'lgani uchun, men uchta pichoqni yondirishga yordam beradigan kichik chop etishni qildim. Materiallar: Bezaklar "48/6300 DYO CLEAR ORNAMENT" mahsuloti, Sharqiy savdo kompaniyasidan, 6 dollar va 3 AQSh dollari. Plastik vallar va konstruktiv disk mahalliy TAP Plastics do'konidan kelib tushgan, uning narxi taxminan 4 dollar.

2 -qadam: Yuqori bazani qurish

Aylanish inertiyasini kamaytirish uchun men McMaster Karrdan yasalgan neylon tayoqdan foydalandim. Men rulmanlardan foydalanishni xohlardim, lekin mashina rulmanlari rotorni sekinlashtiruvchi yog'ga solingan edi, shuning uchun men skeytbordda hech qanday rulman yo'q edi. Ular faqat CPVC ichki diametrli 3/4 dyuymli quvur adapteriga mos kelishdi. Men konstruktsiyani yig'ib bo'lgunga qadar, men tekis konstruktsiyali yuklarni ko'tarib yurganini angladim va vertikal yukni qo'lladim., lekin ular juda yaxshi ishladilar va, ehtimol, tortishish momentidan ishqalanishni boshqarishga yordam berishdi. Men milning pastki qismiga optik sensor ulashni rejalashtirgandim, shuning uchun CPVC ulanishini kattaroq taglikka o'rnatdim. Home Depot - bu aralashtirish uchun qiziqarli joy. Oxir-oqibat men 3/4 "tishli CPVC ulanishini PVX 3/4" dan 1-1/2 "gacha bo'lgan reduktorga qo'yishga muvaffaq bo'ldim. Hamma narsaga mos bo'lishi uchun ko'p o'ynash kerak edi, lekin elektronika uchun etarli joy qoldi. Materiallar: 98743A235-Qora tishli neylon tayoq (5/16 "-18 ip) 94900A030-Qora neylon olti burchakli yong'oq (5/16" -18 ip) 3/4 "tishli CPVC adapteri 3/4" dan 1 gacha arzon skeytbordli rulmanlar. -1/2 "tishli 3/4" quvurli PVX reduktor Eslatma: PVX va CPVC ulanish o'lchamlari bir xil emas, ehtimol tasodifan noto'g'ri ishlatilishining oldini olish uchun; Shunday qilib, oddiy 3/4 dyuymli oddiy PVX adapterni almashtirish ishlamaydi, lekin tishli adapterning TUG'ILARI bir xil, bu juda g'alati. CPVC ulanish iplari PVX adapter vintiga. Adaptor … vint … mufta … Ehtimol, men bu shartlarning barchasini aralashtiryapman, lekin Home Depot sanitariya -tesisat yo'lakchasida 15 daqiqa turish sizni to'g'rilaydi.

3 -qadam: optik uzuvchi

Rotor aylanayotganda, uning aylanishi optik to'xtatuvchi tomonidan hisoblanadi. Men diskdan foydalanish haqida o'yladim, lekin bu shuni anglatadiki, men yorug'lik manbasini va detektorni vertikal ravishda biriktirishim kerak edi, uni yig'ish juda qiyin bo'ladi. Buning o'rniga men gorizontal o'rnatishni tanladim va yog'ochdan yasalgan pollarni himoya qilish uchun stullar tagida kichkina chashka topdim. Men oltita segmentni bo'yadim va yopishtirdim, bu menga o'n ikki (deyarli) bir xil qirralarni yoki rotorning aylanishida 12 ta shomilni beradi. Men ko'proq narsani qilishni o'ylardim, lekin detektorning tezligi yoki uning optikasini ko'rish maydoni bilan unchalik tanish emas edim. Ya'ni, agar men juda tor bo'lsam, LED chetlari bo'ylab o'ralib, sensorni faollashtirishi mumkin. Bu men izlamagan yana bir tadqiqot sohasi, lekin kashf qilish yaxshi bo'lardi. Men bo'yalgan chashkani yong'oqqa yopishtirib, milning oxirigacha mahkamladim. Materiallar: Kreslo oyoqlari himoyachisi chashka Home Depotdan qora bo'yoq

4 -qadam: Rotorni ulang

Bu vaqtda u juda zo'r ko'rinishni boshladi. Neylon yong'oqlar chindan ham sirg'alib ketadi, shuning uchun men ko'p qulfli nonlarni ishlatishga majbur bo'ldim (agar siz oldingi rasmlardan sezmagan bo'lsangiz). Ikkala yong'oqni ham qulflab qo'yishim uchun, men rotor ostidagi qopqoqqa o'tirish uchun maxsus tekis kalitni yasashim kerak edi.

5 -qadam: Pastki bazani yarating

Pastki taglik batareyalarni joylashtiradi va qo'llab -quvvatlovchi tuzilmani ta'minlaydi. Polycase deb nomlangan kompaniyadan suv o'tkazmaydigan juda yaxshi qutini topdim. Bu chindan ham silliq korpus, mahkam yopiladi va vintlar tagida kengroqdir, shuning uchun tepadan osongina tushib ketmaydi. Yuqori PVX vintiga PVX juftini ishlatardim. Bu pastki taglik jufti-bu 1-1/2 dyuymli PVX ulagich. Yuqori rotorning taglik bosimi bu aloqa orqali pastki taglikka to'g'ri keladi. Keyinroq ko'rib turganingizdek, men bu qismlarni bir-biriga yopishtirmaganman, chunki men xohlaganman. Agar kerak bo'lsa, uni ochish va sozlash imkoniyatiga ega bo'lish, shuningdek, platalarni ulashda yig'ish osonroq bo'ladi. Materiallar: Polycase-dan suv o'tkazmaydigan quti, # WP-23F, 12,50 dollar

6 -qadam: Optik sensorni yarating

Sensor mexanizmi 940nm LED va Shmitt-tetikli qabul qilgichdir. Men muhabbatni yaxshi ko'raman, Schmitt tetik sxemasi, u mening barcha ehtiyojlarimni qondiradi va CMOS/TTL bilan mos keladigan signal yuboradi. Yagona kamchilikmi? 5V ishlash. Ha, men butun dizaynni 6V ga oshirib yubordim, lekin agar bu qism bo'lmaganida 3.3V ga o'tishim mumkin edi. Fikr shundaki, bu sxema rotor chashka ostiga o'rnatiladi, u aylanayotganda nurni uzadi va har bir chekka uchun mantiqiy o'tish hosil qiladi. Bu qanday o'rnatilgani haqida menda yaxshi tasavvur yo'q. Men asosan ikkita plastmassa ofsetni pastki taglik PVX muftasiga yopishtirib, yuqoridan vidalandim. Men taxtani chiroyli qilib qo'yish uchun qirralarini maydalashim kerak edi. Menda buning uchun sxemasi ham yo'q, bu juda oson: Vindan 1k rezistorni ishga tushiring va uni simi bilan ulang, shunda LED har doim yonadi va detektorning chiqishi pin ustida bo'ladi. Materiallar: 1 940nm LED 1k rezistor 1 OPTEK OPL550 sensori 1 uch pinli vilka (ayol) 1 1,5 dyuymli 1,5 dyuymli elektron karta Har xil uzunlikdagi simlar.

7 -qadam: Ma'lumotlar jurnalini yarating

Arduino prototip taxtasi shassiga mos keladigan darajada katta edi. Men EagleCAD -dan kichikroq elektron kartani yotqizish uchun foydalandim va bir qavatni yo'qotdim … bir nechta bo'shliqlarni to'ldirish uchun menga to'rtta yomon simlar kerak edi.

(Men buni ~ 50 mVt quvvat bilan o'lchagan deb o'yladim va batareyalarning vatt-soatiga asoslanib, men bir hafta ichida 5 V dan pastga tushaman deb o'yladim, lekin mening quvvat o'lchashim yoki matematikam noto'g'ri edi, chunki 4 ta C hujayralari saqlanib qolgan. Uzoq vaqt davomida.) Juda oddiy tartib: faqat rezonator, ATmega328, flesh -chip, disk raskadrovka o'tkazgichi, nosozliklarni hal qilish LEDi, quvvat manbai qopqog'i va bu haqida. DorkBoard deb nomlangan narsa bor edi, men ham undan foydalanishim mumkin edi, bu asosan DIP rozetkasi o'lchamidagi ATMega328 dev platasi uchun kerak bo'lgan hamma narsa. Men bitta sotib olishni o'ylardim, lekin mening alohida yondashuvim taxminan 50% arzonroq edi. Bu erda dorkboard havolasi:

Bu erda taxtaning qanday ishlashining asosiy g'oyasi (manba kodi keyinroq kiritiladi): o'tish moslamasi "disk raskadrovka" rejimiga o'tkazildi: optik sensori chiqishiga o'zgaruvchan qiymatli uzilishni ulang va detektor bilan bir vaqtda sinov LEDini yondiring. Bu disk raskadrovka uchun juda foydali bo'ldi. Jumper "yozish" rejimiga o'rnatildi: xuddi shu uzilishni hisoblagichga ulang va asosiy tsiklda 1000 msni kechiktiring. 1000 msn oxirida 256 baytli flesh-sahifaga chekka sonlar sonini yozing va sahifa to'lganida uni yozing va hisobni qayta o'rnating. Oddiy, to'g'rimi? Juda ko'p. Menga Winbond fleshli qurilmalari juda yoqadi, men ilgari 90 -yillarda fleshkani yaratganman, shuning uchun ularni qayta dasturlash qiziq edi. SPI interfeysi ajoyib. Foydalanish juda oddiy. Men sxemalar va manba kodlari o'zlari uchun gapirishga ruxsat beraman. EagleCAD ajoyib ekanligini aytdimmi? Haqiqatan ham shunday. YouTube -da ajoyib darsliklar mavjud.

8 -qadam: Elektronikani ulang

Shunga qaramay, menda juda yaxshi rasmlar yo'q, lekin agar siz PVXning ichki qismiga yopishtirilgan ikkita plastmassa to'siqni tasavvur qilsangiz, ikkala taxta ham vidalanadi. Mana, pastki qismga ulangan taxta taxtasining zarbasi. Detektor taxtasi korpus ichida.

9 -qadam: Kalibrlash

Men yirtqichni kalibrlash uchun sinov qurilmasini yasadim, shunda men rotorning xom sonini MPH ga aylantira olaman. Ha, bu 2x4. Men bir uchiga anemometrni, ikkinchisiga Arduio diskini tuzatdim. LCD displeyda rotorlar soni ko'rsatilgan. Jarayon shunday davom etdi: 1) Tirbandliksiz uzun to'g'ri yo'lni toping. 2) 2x4 ni ushlab turing, u derazadan iloji boricha uzoqroqda tursin 3) iPhone yoki Android qurilmangizda ovoz yozishni yoqing 4) Qo'l qurilmangizda raqamli GPS tezlik o'lchagichini yoqing 5) Bir necha tezlikda barqaror haydang va e'lon qiling. tezlik va o'rtacha rotor hisoblagichingizga 6) qulab tushmasin 7)? 8) Keyinchalik, haydashda bo'lmaganingizda, telefon xabarini qayta o'qing va ma'lumotlarni excel-ga kiriting va chiziqli yoki eksponent yoki polinom R-kvadrat qiymatining 99% dan yuqori bo'lishiga mos keladi deb umid qilamiz. Qurilma faqat xom ma'lumotlarni oladi, men uni Excel-da MPH (yoki KPH) ga qayta ishladim. (Men zaytun moyi bilan bo'yashni ishlatganimni aytgandimmi? Men buni "Ma'lumotlarni yozib olishning taktik anemometri" deb atagan bo'lardim, lekin keyin "Taktik" "qora" degan ma'noni anglatishini esladim.)

10 -qadam: Shamol ma'lumotlarini to'plang

Bu deyarli hamma narsa. Menimcha, bir nechta rasmlar etishmayapti, masalan. pastki poydevorga o'ralgan to'rtta C-hujayrasi ko'rsatilmagan. Men buloqli ushlagichni sig'dira olmadim, shuning uchun batareyalarni o'zimga olib keldim. Men buni o'rgatganimdan bir yil o'tib yozyapman va 2 -versiyada men AA batareyalarini ishlatardim, chunki men energiya sarfini haddan tashqari oshirib yubordim. AA-dan foydalanish menga o'chirish tugmachasini qo'shishga imkon berdi va ichkaridan bo'sh joyni bo'shatdi, aks holda u juda qattiq edi. Umuman olganda, men dizayndan juda mamnun bo'ldim. Quyidagi grafikda o'rtacha bir haftalik ma'lumotlar ko'rsatilgan. Batareyalar yettinchi kuni ishlay boshladi. Men LEDni taxminan 1 kHz chastotali past zaryadli davrda ishlatib, batareyaning ishlash muddatini uzaytirgan bo'lardim va rotorning burchak tezligi nisbatan past bo'lgani uchun hech qanday chekkasini yo'qotmagan bo'lardim.

Maza qiling! Agar biron -bir yaxshilanish uchun joy ko'rsangiz, menga xabar bering!

11 -qadam: Manba kodi

Bitta Arduino manba fayli biriktirilgan. Men buni GPL qildim, chunki, GPL.

EDIT: Shuni ta'kidlashni istardimki, 1s delay () dan foydalanish - bu dahshatli g'oya va soat ichida fleshka yozish va sensorni o'qish uchun zarur bo'lgan vaqt kichik tuyulishi mumkin, lekin 7 yil davomida -10s, bu sezilarli siljishlarni qo'shadi. Buning o'rniga 1 gigagertsli taymer uzilishidan foydalaning (328P -dagi 1 -sonli taymer 1 gigagertsgacha mukammal sozlanishi mumkin). Xavfsiz bo'lish uchun, agar biror sababga ko'ra sahifani yozish va o'qish sensori 1 sekunddan ko'proq vaqtni talab qilsa, panjara ichiga kod yozish kerak, lekin taymerni uzib qo'yish- bu kerak bo'ladigan ishlarni bajarish vaqti. aniq. Salom!