Как построить свой собственный анемометр с помощью язычковых переключателей, датчика Холла и некоторых записок на Nodemcu. - Часть 1 - Оборудование: 8 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Вступление

С тех пор, как я начал изучать Arduino и Maker Culture, мне нравилось создавать полезные устройства из мусора и лома, таких как крышки от бутылок, кусочки ПВХ, банки для напитков и т. Д. Я люблю давать вторую жизнь любому предмету или любому предмету. материал. Большая часть используемых здесь материалов - это лом, снятый с некоторого оборудования и переработанный.

Когда я начал собственный проект метеостанции, я понял, что измерение силы и направления ветра будет не очень простым и дешевым. Спустя несколько месяцев я представляю вам этот проект, в котором используются в основном переработанные материалы и очень дешевые электронные детали, которые легко найти в любом магазине электроники.

Этот пост состоит из 2 частей.

Часть 1 - Конструкция приборов Анемометр и Флюгер направления.

Часть 2 - Скетч с использованием Arduino IDE для Esp8266 Nodemcu и передача в ThingSpeak.

Посмотрите видео, чтобы узнать окончательное решение.

Как построить свой собственный анемометр с помощью датчика Холла и язычковых переключателей

Описание Проекта

Анемометр - это устройство, способное измерять скорость и направление ветра. Используя датчик Холла, мы сможем подсчитать, сколько оборотов чашки совершают за определенный период времени. Сила ветра пропорциональна скорости вращения оси. С помощью простых уравнений физики вы можете определить линейную скорость ветра в этот момент. Мы объясним их все во второй части.

А направление ветра мы будем измерять через лобовое стекло с неодимовым магнитом и герконовыми переключателями. Лопатка указывает в направлении ветра, и прикрепленный к ней магнит будет соединять герконы, позволяя электрическому току проходить через соединение (или соединения). Цепи с положительным током указывают направление ветра, как компас.

У нас есть 8 схем, которые будут имитировать 16 направлений: 4 основных и 4 боковых точки, когда активирован 1 переключатель (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW), и когда 2 переключателя активируются одновременно, у нас есть 8 вспомогательных залогов. точки (NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW).

Скорость и направление ветра будут рассчитаны и определены с помощью эскиза в nodemcu. Но это будет объяснено в части 2. Теперь перейдем к сборке оборудования.

Отказ от ответственности: этот анемометр не следует использовать в профессиональных целях. Это только для академического или домашнего использования.

Примечание: английский - не мой родной язык. Если вы обнаружите грамматические ошибки, которые мешают вам понять проект, дайте мне знать, чтобы исправить их. Большое спасибо.

Шаг 1. Спецификация материалов

Флюгер

8 герконовых переключателей

Резисторы 8 x 10 кОм

Труба ПВХ 10 см

2 заглушки из ПВХ диаметром 5 см

1 колпачок из ПВХ диаметром 2,5 см

1 аналоговый мультиплексор CD4051

1 пластиковый диск

Прочная пластиковая деталь размером 20 x 20

1 неодимовый магнит (размеры магнита должны позволять подключать два переключателя одновременно. Мой размер 0,5 x 0,5 см, и он работает нормально).

10 разных цветов проводов

1 универсальная печатная плата

1 шарикоподшипник с таким же диаметром алюминиевых трубок

1 алюминиевая трубка около 20 см

1 алюминиевая трубка около 10 см

1 хомут для шланга

Эпоксидная масса

Моментальный клей - цианоакрилат и бикарбонат натрия

Анемометр

2 мяча для пинг-понга

4 деревянных или алюминиевых палочки примерно 12 см

1 шариковый подшипник

1 алюминиевая трубка около 5 см

3 штуки проводов разных цветов

1 датчик холла SS49E

1 неодимовый магнит

Эпоксидная масса и мгновенный клей - цианоакрилат и бикарбонат натрия

2 пластиковых крана диаметром примерно 3 на 5 см

1 заглушка из ПВХ и труба из ПВХ 5 см

1 колпачок из ПВХ диаметром 2,5 см

• Нодемку
• Пластиковый корпус для электронных проектов
• Паяльник
• 1 труба из ПВХ длиной примерно 2 метра и Т-образный соединитель из ПВХ
• 1 соединение из ПВХ под углом 90 градусов
• Блок питания 5В (я использую солнечную батарею)

Шаг 2: сборка флюгера Rosetta

Герконовые переключатели и резисторы на печатной плате

Вырежьте обычную печатную плату в форме круга с немного меньшим диаметром, чем у крышки из ПВХ, потому что, когда она будет готова, она войдет в нее.

Осторожно согните ножки язычкового переключателя на 90 градусов, чтобы они вошли в печатную плату и не повредили защитное стекло. В идеале - на расстоянии 3 мм от стекла. Установите каждый геркон в соответствии со схемой. Пронумеруйте каждую цифру от 0 до 7, как показано на диаграмме. Правильная идентификация будет важна при подключении терминалов к мультиплексору. Паяльником припаяйте их к пластине.

Поместите каждый резистор, как показано на схеме, на которой один из выводов припаян к одному из выводов геркона, а другой будет общим для всех резисторов, расположенных в центре печатной платы.

Припаяйте медный кабель, соединяющий все внешние выводы герконов, оставив два последних без подключения. Как кольцо. Порядок сварки значения не имеет.

На стыке каждого резистора и геркона припаяйте провод каждого цвета. Их 8 разных. Припаяйте красный провод к медному кольцу герконов как плюс, а черный провод к стыку всех резисторов в центре «розетки» как минус.

Посмотрите на схемы и соблюдайте нумерацию кабелей для подключения к мультиплексору.

Перед сборкой проверьте соединения

Прежде чем приступить к сборке, предлагаю проверить соединения. Используйте светодиод, любую батарею 18650 3,7 В, неодимовый магнит и кабели с крокодиловыми когтями. Подключите батарею к клеммам VCC и GND, а кабель типа «крокодил» - к GND, а другой конец - к отрицательной клемме светодиода (используйте синий, для которого не нужен резистор). Подключите другой кабель к плюсу светодиода, а другой - к каждому кабелю, подключенному к переключателям. Теперь пропустите магнит через внешний край подключенного переключателя. Если светодиод загорается, это нормально. Если не включается, проверьте сварные швы. Чтобы проверить два соединения одновременно, используйте другой кабель и другой светодиод одновременно. При пропускании магнита между двумя переключателями должны загореться два светодиода. Важно, чтобы оба светодиода горели одновременно, чтобы электрический сигнал мог отображать вспомогательные точки компаса, такие как ENE, ESE, SSW, NNW и т. Д.

Шаг 3: Подключения к мультиплексору CD4051 и обратно

CD4051 Аналоговый мультиплексор

Мультиплексоры - это комбинационные схемы с несколькими входами и одним выходом данных. Они оснащены входами управления, способными выбирать один и только один из входов данных, чтобы обеспечить их передачу с выбранного входа на упомянутый выход.

Если вы не знаете, как работает CD4051, я рекомендую прочитать техническое описание, которое вы можете найти в Интернете. Таким образом, 4051 имеет 8 аналоговых входов, пронумерованных от 0 до 7, 3 и контакты A, B и C, которые в совокупности позволяют считывать входы и определять, какой аналоговый выход подключается. При каждом считывании программное обеспечение анализирует, какие соединения имеют положительный ток, и указывает соответствующее направление ветра. Это будет подробно объяснено во второй части сообщения. Посмотрите на схему, чтобы увидеть, как розетка подключена к мультиплексору.

Подключения к Nodemcu

Нам понадобится 8 кабелей для подключения Nodemcu. См. Схему.

1 пара положительного (красного) и заземляющего (черного) проводов, подающих ток на розетку

1 пара положительного (красного) и заземляющего (черного) кабелей, подающих ток на CD4051

1 кабель для аналогового выхода A0 (серый)

1 кабель для цифрового входа контакта A = D5 (синий)

1 кабель для цифрового входа контакта B = D4 (зеленый)

1 кабель для цифрового входа контакта C = D3 (желтый)

Я использовал 10-жильный телефонный кабель разных цветов, чтобы облегчить окончательную сборку.

Обозначьте каждый из кабелей с их соответствующим адресом, чтобы облегчить окончательную сборку.

Шаг 4: Установка всего в подставку из ПВХ

Монтаж опоры

Возьмите колпачок из ПВХ диаметром 5 см, кусок трубки из ПВХ и колпачок диаметром 2,5 см и склейте их все моментальным клеем, как показано на фото. Вы также можете проделать отверстие диаметром трубы, чтобы улучшить соединение между деталями. После того, как все части будут склеены, нанесите еще клея на склеенные края каждой части и сразу же залейте пищевой содой. При высыхании клея у вас будет очень хорошая твердость.

Вы также должны наклеить силикон на край колпачка, который позволит герметизировать соединение между двумя колпачками и упростит установку розетки. Дайте им высохнуть, прежде чем продолжить.

Осторожно вставьте розетку, уже установленную на опоре, и убедитесь, что она плотно прилегает к краю колпачка. Помните, что мы установим второй CAP над этим. Посмотрите фото с окончательным решением. И, пожалуйста, укажите каждый из кабелей, чтобы облегчить соединение с nodemcu.

Шаг 5: Установка лопасти

Монтаж конструкции флюгера

Сделайте указатель из эпоксидной массы формы, показанной на фото. Когда он полностью высохнет, взвесьте кусок и сохраните значение.

Возьмите кусок пластика и вырежьте его симметрично для задней части лопасти, которая служит для направления ветра. Также взвесьте и сохраните значение.

Возьмите одну из алюминиевых трубок и приклейте указатель и флюгер мгновенным клеем так, чтобы все части выровнялись посередине. Сделайте то же, что и раньше, с пищевой содой, чтобы повысить твердость каждой склеиваемой детали.

Возьмите вторую алюминиевую трубку и давайте определим, где она будет застрять в другой трубке. Для сохранения равновесия предмета расстояние по весу спинки должно быть равно расстоянию по весу указателя. (См. Расчеты, показанные на диаграмме.) Измерения расстояния должны производиться более или менее до центра масс каждой детали. Используйте растворимый клей и пищевую соду.

Сделайте отверстие в центре колпака диаметром шарикового подшипника. Используйте растворимый клей, чтобы наклеить его на крышку. Важно выбрать шарикоподшипник, у которого внутренний диаметр такой же, как у вертикальной алюминиевой трубы лопасти.

Наконец, возьмите пластиковый диск диаметром примерно 4,5 см и приклейте к краю небольшой кусок металла. См. Фото. Таким образом вы сможете «воткнуть» неодимовый магнит и настроить его при калибровке прибора. Его можно перемещать в нескольких направлениях, чтобы угадать показания измерений.

Поместите пластиковый диск так, чтобы металлическая часть застряла в том же направлении, что и горизонтальный указатель из алюминиевой трубки. Это важно, чтобы магнит указывал то же направление, что и лопасть.

Чтобы облегчить окончательную сборку анемометра и выровнять север лопасти с географическим положением севера, напечатайте розу ветров и приклейте ее на верхнюю крышку колпачка. Диск застрянет в алюминиевой трубке, но сначала вставьте алюминиевую трубку в шарикоподшипник и вставьте алюминиевую трубку в диск. Отрегулируйте высоту так, чтобы расстояние между магнитом и краем колпачка составляло от 1 до 1,5 см. Этого должно быть достаточно, чтобы магнит правильно подключил геркон. Наклейте диск растворимым клеем и бикарбонатом кальция как можно горизонтально.

Установите две части, направив север розы ветров, выровненный с переключателем номер 0 (обозначающий север), и используйте зажим, чтобы соединить их. Не используйте клей, потому что вам придется много раз настраивать и калибровать, прежде чем вы будете полностью готовы.

Посмотрите фотографии, чтобы увидеть окончательное решение.

Шаг 6: установка анемометра

Монтаж опоры

Возьмите 2 пластиковые крышки и приклейте растворимым клеем. Просверлите 4 отверстия в крышках, как показано на схеме. Воткните в каждое отверстие деревянные или алюминиевые палочки. Вырежьте 2 шарика для пинг-понга посередине и прикрепите каждый к концам стержней, так чтобы вогнутая часть находилась на одной стороне. Примерные размеры показаны на схеме.

Сделайте отверстие в центре крышки на 2,5 см диаметром шарикового подшипника. Используйте растворимый клей, чтобы наклеить его на крышку. Также очень осторожно используйте пищевую соду.

Вставьте алюминиевую трубку в шарикоподшипник на подходящей высоте (см. Фото). Если он не отрегулирован должным образом, осторожно нанесите каплю клея.

Монтаж модуля Холла

На краю крышки проделайте небольшое отверстие, чтобы пропустить головку датчика Холла.

Приклейте неодимовый магнит к боковым сторонам пластиковых колпачков согласно фото.

Используйте 3 провода разного цвета для подключения сенсорного модуля.

Вставьте модуль Холла и направьте датчик к магниту на расстоянии 2–4 мм. Убедитесь, что вращение вала не касается магнита с датчиком.

Используйте батарею 3,7 В, чтобы проверить, реагирует ли модуль на приближение магнита, поворачивая светодиод к каждому контакту. Если светодиод загорится, все в порядке. Если нет, переместите датчик ближе к магниту, пока не загорится светодиод.

Если все в порядке, зафиксируйте модуль в опоре с помощью капли клея.

Наконец, другой конец стержня будет вставлен в пластиковую крышку с помощью растворимого клея и пищевой соды, отрегулировав правильную высоту.

Определение проводов

Определите все кабели - VCC, GND и Signal - для облегчения соединения с nodemcu.

Шаг 7. Собираем все вместе

Теперь вы можете соединить два устройства вместе, используя Т-образное соединение и кусок ПВХ-трубки, как показано на фотографии. Не используйте клей, потому что, если возникнет необходимость в регулировке или обслуживании, это будет невозможно. Я проделал небольшие отверстия и использовал винты, чтобы они были плотно затянуты. Пропустите кабели двух устройств через трубку. Поскольку анемометр будет установлен на крыше дома, я также сделал 3-метровые кабели для подключения его к узлу, который будет установлен в помещении.

Шаг 8: Подключение Nodemcu и установка

На схемах показано правильное подключение каждого кабеля. Чтобы проверить работу, я использовал 0,96-дюймовый OLED-экран для считывания измерений и проверки их правильности, подключите OLED-дисплей следующим образом:

D1 - SCL

D2 - ПДД

VCC и GND

Единственное, что нужно сделать при установке на потолке, - это держать все устройство на правильном уровне. Для этого используйте пузырьковый уровень и множество больших винтов. И не забудьте указать север вашего анемометра для географического севера вашего компаса. В противном случае направление ветра не будет соответствовать действительности.

И это все. В следующем посте я объясню скетч, который нужно загрузить в nodemcu с помощью Arduino IDE.

Если у вас есть сомнения, не стесняйтесь обращаться ко мне.

С Уважением

Главный приз в конкурсе IoT Challenge