Savarankiškas duomenų registravimo anemometras: 11 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

Man patinka rinkti ir analizuoti duomenis. Man taip pat patinka kurti elektroninius prietaisus. Prieš metus, kai atradau „Arduino“produktus, iškart pagalvojau: „Norėčiau surinkti aplinkosaugos duomenis“. Portlande, OR, buvo vėjuota diena, todėl nusprendžiau surinkti vėjo duomenis. Pažvelgiau į kai kuriuos anemometrų nurodymus ir radau juos gana naudingus, tačiau reikėjo atlikti tam tikrus inžinerinius pakeitimus. Pirma, norėjau, kad prietaisas savaitę veiktų savarankiškai, lauke. Antra, norėjau, kad būtų galima užfiksuoti labai mažus vėjo gūsius, kelioms konstrukcijoms čia reikėjo gana stipraus vėjo. Galiausiai norėjau įrašyti duomenis. Aš nusprendžiau pasirinkti tikrai lengvą rotorių su kuo mažesne inercija ir atsparumu. Norėdami tai padaryti, naudoju visas plastikines dalis (įskaitant srieginius vinilo strypus), rutulinių guolių jungtis ir optinius jutiklius. Kiti modeliai naudojo magnetinius jutiklius arba faktinius nuolatinės srovės variklius, tačiau abu jie sulėtina rotorių, optika naudoja šiek tiek daugiau energijos, tačiau nesuteikia mechaninio atsparumo. Duomenų kaupiklis yra tiesiog „Atmega328P“su 8 mbit blykstės lustu. Aš galvojau apie SD, bet norėjau, kad išlaidos, energijos suvartojimas ir sudėtingumas būtų nedideli. Parašiau paprastą programą, kuri registruoja dviejų baitų apsisukimų skaičių kas sekundę. Turėdamas 8 megabitus supratau, kad galiu surinkti maždaug savaitės duomenų. Pagal savo originalų dizainą aš supratau, kad man reikės 4 C elementų, tačiau po savaitės jie vis dar buvo visiškai įkrauti, todėl turėjau būti išjungtas maždaug pagal energijos suvartojimą. Aš nenaudojau linijinių reguliatorių, visus įtampos bėgius nuvariau iki 6 V (nors kai kurios dalys buvo įvertintos 3,3 V. Yay overdesign!). Norėdami atsisiųsti duomenis, turėjau sudėtingą sistemą, kuri perskaitė blykstę ir išmetė ją į „arduino“serijos monitorių, o aš iškirpiau ir įklijavau į „Excel“. Negaišau laiko bandydamas išsiaiškinti, kaip parašyti komandinės eilutės USB programą, kad blykstė būtų standartinė, tačiau tam tikru momentu man reikės tai išsiaiškinti. Rezultatas gana nustebino, galėjau pastebėti keletą labai įdomių tendencijų, kurias taupau kitam pranešimui. Sėkmės!

1 žingsnis: sukurkite rotorių

Išbandžiau daugybę skirtingų rotorinių taurių idėjų: Velykų kiaušinius, stalo teniso kamuoliukus, plastikinius puodelius ir tuščius eglutės papuošalų kamuoliukus. Aš sukūriau kelis rotorius ir išbandžiau juos su plaukų džiovintuvu, kuris užtikrino įvairius vėjo greičius. Iš keturių prototipų geriausiai dirbo ornamento apvalkalai. Jie taip pat turėjo šiuos mažus skirtukus, kurie palengvino tvirtinimą, ir buvo pagaminti iš kieto plastiko, kuris gerai veikė su polikarbonato cementu. Išbandžiau kelis skirtingo ilgio velenus, mažus, vidutinius ir didelius (maždaug nuo 1 iki 6 colių), ir pastebėjau, kad didesni dydžiai per daug sukimo momento ir blogai reaguoja į mažą vėjo greitį, todėl pasirinkau mažo dydžio velenus. Kadangi viskas buvo skaidraus plastiko, aš padariau patogų mažą atspaudą, kad būtų lengviau nuleisti tris ašmenis. Medžiagos: papuošalai buvo gauti iš „Oriental Trading Company“, prekės „48/6300 DYO CLEAR ORNAMENT“, 6 USD plius 3 USD siuntimas. Plastikiniai velenai ir konstrukcinis diskas buvo gauti iš vietinės „TAP Plastics“parduotuvės, dar maždaug 4 USD dalimis.

2 žingsnis: Sukurkite viršutinę bazę

Norėdami sumažinti sukimosi inerciją, aš naudoju „McMaster Karr“srieginį nailoninį strypą. Norėjau naudoti guolius, tačiau mašinų guoliai supakuoti į rotorių sulėtinančius tepalus, todėl nusipirkau pigių riedlenčių guolių, kurių nebuvo. Jie tiesiog tilpo į CPVC vidinio skersmens 3/4 colio vamzdžio adapterį. Tik surinkęs konstrukciją supratau, kad riedučių guoliai tvarko plokštuminę apkrovą, ir aš taikiau vertikalią apkrovą, todėl turėjau naudoti stūmoklio guolį, bet jie veikė puikiai ir tikriausiai padėjo valdyti trintį nuo precesijos sukimo momento. Planavau pritvirtinti optinį jutiklį prie veleno apačios, todėl sumontavau CPVC movą į didesnę bazę. „Home Depot“yra smagi vieta maišyti ir atitiktų CPVC/PVC jungiamąsias detales. Galiausiai galėjau įkišti 3/4 colio srieginę CPVC jungtį į PVC 3/4 "1-1/2" reduktorių. Reikėjo daug žaisti, kad viskas tilptų, tačiau tai paliko pakankamai vietos elektronikai. Medžiagos: 98743A235-juodas srieginis nailono strypas (5/16 "-18 sriegis) 94900A030-juodos nailono šešiakampės veržlės (5/16" -18 sriegis) Pigūs riedlenčių guoliai 3/4 "sriegio CPVC adapteris 3/4" iki 1 -1/2 "PVC reduktorius prie srieginio 3/4" vamzdžio Pastaba: PVC ir CPVC movos matmenys nėra vienodi, tikriausiai siekiant išvengti atsitiktinio netinkamo naudojimo; todėl paprasto 3/4 colio PVC adapterio keitimas neveiks, tačiau srieginio adapterio VYRAI yra vienodi, o tai yra visiškai keista. CPVC sujungimo sriegiai į PVC adapterio įvorę. Adapteris … įvorė … jungtis … Aš tikriausiai maišau visus šiuos terminus, bet 15 minučių „Home Depot“santechnikos koridoriuje jus supras.

3 žingsnis: optinis pertraukiklis

Sukantis rotoriui, jo sukimąsi skaičiuoja optinis pertraukiklis. Aš galvojau apie disko naudojimą, bet tai reiškė, kad turėčiau pritvirtinti apšvietimo šaltinį ir detektorių vertikaliai, o tai bus labai sudėtinga surinkti. Vietoj to aš pasirinkau horizontalų laikiklį ir radau keletą mažų puodelių, esančių ant kėdžių apačios, kad apsaugotų kietmedžio grindis. Aš nudažiau ir užklijavau šešis segmentus, o tai suteiks dvylika (beveik) vienodų briaunų arba 12 erkių per rotoriaus apsisukimą. Galvojau nuveikti daugiau, bet nelabai buvau susipažinęs su detektoriaus greičiu ar jo optikos matymo lauku. Tai yra, jei aš per siauras, šviesos diodas gali slysti aplink kraštus ir suaktyvinti jutiklį. Tai dar viena tyrimų sritis, kurios aš nesiėmiau, bet būtų gerai ištirti. Aš priklijavau dažytą puodelį prie veržlės ir pritvirtinau prie veleno galo. Medžiagos: kėdės kojos apsauginis puodelis iš „Home Depot“juodų dažų

4 žingsnis: pritvirtinkite rotorių

Šiuo metu jis pradėjo atrodyti gana šauniai. Nailoninės veržlės yra tikrai slidžios, todėl teko naudoti daug fiksavimo veržlių (jei nepastebėtumėte iš ankstesnių nuotraukų). Taip pat turėjau pagaminti specialų plokščią veržliaraktį, kuris tilptų į dangtelį po rotoriumi, kad galėčiau užfiksuoti abi veržles.

5 žingsnis: Sukurkite apatinę bazę

Apatinėje bazėje yra baterijos ir atraminė konstrukcija. Internete radau gana šaunią vandeniui atsparią dėžutę iš bendrovės „Polycase“. Tai tikrai lygus korpusas, kuris sandariai užsandarina, o varžtai yra platesni prie pagrindo, todėl jie lengvai nenukrenta iš viršaus. Prie viršutinės PVC įvorės naudojau PVC matę. Šis apatinis pagrindas yra tik srieginė 1-1/2 "PVC jungtis. Viršutinis rotoriaus pagrindo slėgis per šią jungtį tinka apatiniam pagrindui. Kaip pamatysite vėliau, aš nesuklijavau šių dalių, nes norėjau sugebėti jį atidaryti ir prireikus koreguoti, be to, surinkimas yra lengvesnis pritvirtinant plokštes. Medžiagos: vandeniui atspari dėžutė iš „Polycase“, prekės Nr. WP-23F, 12,50 USD Srieginė 1-1/2 "PVC jungtis

6 žingsnis: sukurkite optinį jutiklį

Jutiklio mechanizmas yra 940 nm šviesos diodas ir „Schmitt-trigger“imtuvas. Aš myliu meilę, myliu Schmitto paleidimo grandinę, ji rūpinasi visais mano išjungimo poreikiais ir siunčia su CMOS/TTL suderinamą signalą. Vienintelis minusas? 5V veikimas. Taip, aš per daug nuvariau visą dizainą iki 6 V, bet galėjau pereiti prie 3,3 V, jei ne ši dalis. Idėja yra ta, kad ši grandinė montuojama po rotoriaus puodeliu, kuris pertraukia spindulį, kai jis sukasi, sukurdamas loginius perėjimus kiekvienam kraštui. Aš neturiu gero vaizdo, kaip tai buvo sumontuota. Aš iš esmės įklijavau du plastikinius poslinkius į apatinę PVC jungtį ir įsukau į juos iš viršaus. Teko šlifuoti lentos kraštus, kad ji gerai tilptų. Aš net neturiu tam schemos, tai tikrai paprasta: tiesiog paleiskite 1k rezistorių iš „Vin“ir prijunkite jį taip, kad šviesos diodas visada degtų, o detektoriaus išvestis būtų ant kaiščio. Medžiagos: 1 940 nm LED 1k rezistorius 1 OPTEK OPL550 jutiklis 1 trijų kontaktų kištukas (patelė) 1 1,5 colio x 1,5 colio plokštė

7 veiksmas: sukurkite duomenų kaupiklį

„Arduino“prototipų plokštė buvo tokia didelė, kad tilptų į važiuoklę. Aš panaudojau „EagleCAD“, kad išdėstyčiau mažesnę plokštę, ir praradau vieną sluoksnį … yra keturi negražūs laidai, kurių man reikėjo, kad užpildytume kelias spragas.

(Maniau, kad tai matavau esant ~ 50 mW veikimo galiai, ir, remiantis baterijų vatų valandomis, maniau, kad per savaitę nukrisiu žemiau 5 V, bet arba mano galios matavimas, arba mano matematika buvo neteisinga, nes buvo laikomos 4 C ląstelės ilgai.) Gana paprastas išdėstymas: tik rezonatorius, ATmega328, blykstės lustas, derinimo jungiklis, derinimo šviesos diodas, maitinimo dangtelis ir viskas. Aš taip pat galėjau naudoti kažką, vadinamą „DorkBoard“, tai iš esmės viskas, ko reikia DIP lizdo dydžio „ATMega328 dev“plokštei. Aš nusprendžiau nusipirkti vieną, bet mano atskiras požiūris buvo maždaug 50% pigesnis. Čia yra „dorkboard“nuoroda:

Štai pagrindinė plokštės veikimo idėja (šaltinio kodas bus įtrauktas vėliau): trumpiklis nustatytas į „derinimo“režimą: prie optinio jutiklio išvesties pritvirtinkite pakeitimo vertės pertraukimą ir kartu su detektoriumi mirksėkite bandymo šviesos diodas. Tai labai padėjo derinant. Džemperis nustatytas į „įrašymo“režimą: tą patį pertraukimą pritvirtinkite prie skaitiklio, o pagrindinėje kilpoje atidėkite 1000 ms. Pasibaigus 1000 ms, parašykite # krašto skaičių į 256 baitų „flash“puslapį, o kai puslapis bus pilnas, parašykite jį ir iš naujo nustatykite skaičių. Paprasta, tiesa? Gana daug. Man labai patinka „Winbond“blykstės įrenginiai, blykstę kūriau dar 90 -aisiais, todėl buvo smagu juos vėl užprogramuoti. SPI sąsaja yra puiki. Taip paprasta naudoti. Leisiu schemoms ir šaltinio kodui kalbėti už save. Ar minėjau, kad „EagleCAD“yra nuostabus? Tai tikrai yra. „YouTube“yra keletas puikių pamokų.

8 žingsnis: pritvirtinkite elektroniką

Vėlgi, čia neturiu daug gerų nuotraukų, bet jei įsivaizduojate dvi plastikines atramas, priklijuotas prie PVC vidinės pusės, abi plokštės yra įsukamos į jį. Štai medienos ruošos lentos, prijungtos prie apačios, kadras. Detektoriaus plokštė yra korpuso viduje.

9 žingsnis: kalibravimas

Aš padariau bandomąjį įrenginį, kad sukalibruotų žvėrį, kad galėčiau konvertuoti neapdorotų rotorių skaičių į MPH. Taip, tai yra 2x4. Prie vieno galo prijungiau anemometrą, o prie kito - derinimo Arduio. Skystųjų kristalų ekrane rodomas rotoriaus skaičius. Procesas vyko taip: 1) Raskite ilgą tiesų kelią be eismo. 2) Laikykite 2x4 taip, kad jis išstumtų kuo toliau lango. jūsų įrašymo įrenginiui skaičiuojamas greitis ir vidutinis rotorius 6) Ar negenda 7)? 8) Vėliau, kai nevažiuojate, pakartokite savo telefono pranešimą ir įveskite duomenis į „Excel“ir tikėkitės, kad linijinė, eksponentinė ar daugianario dalis sutaps su R kvadrato reikšme, didesnė nei 99%. Ši konversija # bus naudojama vėliau. Įrenginys fiksuoja tik neapdorotus duomenis, aš juos apdoroju MPH (arba KPH) „Excel“. (Ar jau minėjau, kad tepiau šlykštų alyvuogių dažų sluoksnį? Būčiau pavadinęs tai „taktinių duomenų registravimo anemometru“, bet tada prisiminiau, kad „taktinis“reiškia „juodas“.)

10 veiksmas: rinkite vėjo duomenis

Tai beveik viskas. Manau, kad trūksta kelių nuotraukų, pvz. nerodomos keturios C ląstelės, įstrigusios apatinėje bazėje. Aš negalėjau pritvirtinti spyruoklinio laikiklio, todėl galiausiai lituosiu laidus prie pačių baterijų. Aš rašau šią pamoką praėjus metams po to, kai ją sukūriau, o 2 -oje peržiūroje naudojau AA baterijas, nes labai pervertinau energijos suvartojimą. Naudodamas AA leido pridėti įjungimo-išjungimo jungiklį ir tikrai atlaisvinau vietos viduje, kitaip jis buvo gana storas. Apskritai likau labai patenkinta dizainu. Žemiau esančioje diagramoje pateikiami vienos savaitės vidurkio duomenys. Baterijos pradėjo išsekti septintą dieną. Aš galėčiau pagerinti baterijos veikimo laiką, paleisdamas šviesos diodą mažesniu darbo ciklu, esant maždaug 1 kHz, ir aš neprarasčiau jokių kraštų dėl palyginti mažo rotoriaus kampinio greičio.

Pasilinksmink! Praneškite man, jei matote, ką tobulinti!

11 veiksmas: šaltinio kodas

Pridedamas vienas „Arduino“šaltinio failas. Aš tai GPL, nes, Ei, GPL.

REDAGUOTI: Norėčiau atkreipti dėmesį į tai, kad aš naudoju 1 s uždelsimą () - baisi idėja ir per valandą laiko, reikalingo rašyti į blykstę ir skaityti jutiklį, gali atrodyti mažai, tačiau per 7 -10s prideda tam tikrą reikšmingą nukrypimą. Vietoj to naudokite 1 Hz laikmačio pertraukimą (328P laikmatis #1 gali būti puikiai sukalibruotas iki 1 Hz). Kad būtumėte saugūs, turėtumėte koduoti tvoroje, jei puslapio rašymo ir jutiklio nuskaitymas dėl kokių nors priežasčių užtruktų ilgiau nei 1 sekundę (tvarkykite iškritusius pavyzdžius), tačiau laikmačio pertraukimas yra būdas atlikti tai, ką reikia, gerai tikslus. Sveikinimai!