ADS1115 Пиранометр InstESRE: 14 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Пиранометр измеряет солнечное излучение (мощность / площадь, в основном «яркость») на поверхности. Несмотря на похожие названия, он полностью отличается от пирометра, поэтому остановитесь прямо здесь, если это то, что вы ищете.

В этом руководстве описывается, как построить и протестировать модифицированную версию набора пиранометров, предложенного доктором Дэвидом Бруксом из Института исследований и образования в области наук о Земле (InstESRE):

www.instesre.org/construction/pyranometer/pyranometer.htm

Эта версия пиранометра InstESRE взаимодействует с Arduino с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) ADS1115, а также поддерживает температурную коррекцию с помощью датчика температуры TMP36, расположенного рядом с фотодиодом.

Индикатор IV Swinger 2 IV поддерживает эту конструкцию пиранометра в качестве дополнительного датчика, и это послужило причиной для внесения изменений. Однако, поскольку другие пользователи пиранометра InstESRE могут счесть его полезным, в данном руководстве описывается конструкция независимо от проекта IV Swinger 2.

Следующий репозиторий GitHub содержит документацию и программное обеспечение:

github.com/csatt/ADS1115_InstESRE_Pyranometer

Пожалуйста, загрузите и прочтите документ, прежде чем продолжить. Документ содержит только текстовую версию шагов, описанных в данном Руководстве, и может использоваться в качестве контрольного списка во время строительства. В нем также описывается, как заказать комплект у доктора Брукса и какие дополнительные детали можно купить. Они не повторяются в данном Руководстве.

Шаг 1. Соберите инструменты

Я использовал инструменты, показанные на фото.

Шаг 2. Подготовьте корпус

• Вставьте втулку в отверстие на конце корпуса. Используйте небольшой тупой предмет, например небольшую отвертку. Будьте осторожны, чтобы не порезать втулку. (Втулка представляет собой O-образный элемент из мягкой резины.) _
• Нанесите небольшое количество суперклея на внутреннюю часть большего из двух отверстий в верхней части корпуса. Вставьте пузырьковый уровень изнутри корпуса. Убедитесь, что плечи пузырькового уровня плотно прилегают к верхней части футляра. Отложите футляр вверх дном, чтобы клей высох в течение нескольких минут. [ПРИМЕЧАНИЕ: пузырьковый уровень не требуется для приложения IV Swinger 2, и он не показан на фотографиях.] _

Шаг 3. Подготовьте фотодиод и рассеиватель

• Убедитесь, что выводы фотодиода PDB-C139 прямые и параллельны друг другу, при необходимости отрегулируйте. _
• Вставьте фотодиод PDB-C139 в держатель светодиода. Он должен встать на место. НЕ используйте суперклей. _
• Когда выводы фотодиода PDB-C139 направлены вверх, а более длинный вывод - влево, а более короткий - вправо, ОЧЕНЬ НЕМНОГО отогните оба провода от себя. _
• Вставьте блок фотодиода в трубку корпуса сверху. Опять же, НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ суперклей. Убедитесь, что верхняя часть диода чистая и на ней нет пыли. _
• Возьмите тефлоновый диск диффузора бумажным полотенцем или салфеткой и осторожно протрите обе поверхности, чтобы удалить пыль и мусор, которые могут там находиться. Вставьте диск в углубление наверху трубы корпуса. НЕ используйте суперклей. Если он очень свободный, вам придется использовать немного суперклея ПОЗЖЕ, но НЕ ЕЩЕ ЕЩЕ. _
• Переверните сборку вверх дном (выводы направлены вверх, более длинные - влево). Убедитесь, что диск диффузора не выпал. Используйте 4 куска ленты, чтобы закрепить его на твердой гладкой рабочей поверхности. Лента должна быть ниже обработанного края трубы. Оберните трубку еще одним кусочком ленты. _

Шаг 4: Добавьте TMP36 (необязательно)

• Вставьте TMP36 в отверстие на ближней стороне выводов фотодиода так, чтобы плоская сторона TMP36 была направлена к выводам, а закругленная сторона - к стенке трубки. Прижмите его за концы проводов. Он должен хорошо сидеть с минимальным отклонением выводов фотодиода. _
• Снимите TMP36, нанесите суперклей на его верхнюю, плоскую и закругленную стороны и сразу же вставьте его обратно в отверстие в том же положении. Используйте только достаточное количество клея, чтобы он приклеился к держателю светодиода, выводам диода и внутренней части трубки, но не используйте столько, чтобы он мог обтекать фотодиод. Обязательно вдавите его в отверстие быстро, чтобы клей не схватил его до того, как он войдет полностью. _
• Отрегулируйте два вывода фотодиода и три вывода TMP36 так, чтобы все они были направлены как можно прямо вверх _

Шаг 5: приклейте трубку датчика к корпусу

• Нанесите немного суперклея на обработанный обод трубки, а затем быстро опустите на него корпус, чтобы трубка приклеилась к отверстию в корпусе. Длинный размер корпуса должен совпадать с рядами проводов, проходящих через отверстие, а торцевое отверстие с втулкой должно быть справа от вас. Убедитесь, что трубка полностью вошла в отверстие. _
• Используйте клейкую ленту, чтобы зафиксировать корпус на ровном месте, а трубка перпендикулярна ему. _

Шаг 6: Добавьте плату ADS1115

• Нанесите каплю суперклея на заднюю часть платы ADS1115 прямо посередине. Быстро, но осторожно опустите плату ADS1115 так, чтобы более длинный вывод фотодиода проходил через отверстие A0, а более короткий - через отверстие A1. Три вывода TMP36 будут проходить вдоль края платы ADS1115 и могут слегка отклоняться. Отрегулируйте положение платы ADS1115 так, чтобы отверстия A0 и A1 находились по центру над отверстием для трубки, и удерживайте плату на месте примерно в течение минуты, чтобы она прилипла к корпусу._
• Оставьте его нетронутым на пару часов, чтобы клей наверняка высох. До тех пор не выполняйте следующие шаги._

Шаг 7: Добавьте резистор нагрузки

• Обрежьте оба вывода резистора до 1 см. Согните на 2 мм конец каждого вывода под прямым углом и вставьте эти 2 мм концы в отверстия A0 и A1 на плате ADS1115 рядом с выводами фотодиода. Причина, по которой длина 2 мм, заключается в том, что нет возможности, что концы могут коснуться выводов TMP36 или другого вывода фотодиода под платой._
• Припаяйте резистор и выводы фотодиода к отверстиям A0 и A1._
• Обрежьте выводы фотодиода._

Шаг 8: припаяйте средний вывод TMP36 к A2 (необязательно)

• Осторожно согните два внешних вывода TMP36 от края платы ADS1115._
• Осторожно согните средний вывод TMP36 плоскогубцами по направлению к отверстию A2 и припаяйте его к отверстию. Вам может понадобиться небольшой кусок зачищенного соединительного провода в отверстии, чтобы припаять его, если длина провода недостаточно велика, чтобы действительно войти в отверстие. Убедитесь, что этот вывод не контактирует с паяным соединением A1 или шлейфом вывода фотодиода._

Шаг 9: Подготовьте кабель

• Отклейте всю сборку от рабочей поверхности _

• Встряхните его, чтобы не выпадать тефлоновый диск диффузора. Если это так, отложите диск на время.

  _

• Отрежьте охватывающий конец кабеля. Проденьте обрезанный конец через втулку в корпус и протяните через нее. Не беспокойтесь о том, что вы потянете его слишком далеко, вы сможете вытащить его позже. Если трудно протолкнуться, используйте каплю средства для мытья посуды._
• Обрежьте внешнюю оболочку кабеля на обрезанном конце, чтобы обнажить четыре провода внутри, соблюдая осторожность, чтобы не повредить изоляцию на внутренних проводах. Отрежьте не менее 2 см оболочки. _
• Зачистите 8 мм изоляции с четырех внутренних проводов и скрутите концы каждого._
• «Залуживайте» скрученные концы, нагревая паяльником и нанося припой на жилы._
• Используйте цифровой мультиметр (DMM), чтобы определить соединение между внутренними проводами и четырьмя частями штекера 3,5 мм на другом конце кабеля. Запишите цвета: Цвет: Наконечник: _ [+ 5V] Кольцо 1: _ [SCL] Кольцо 2: _ [SDA] Рукав: _ [GND] ПРИМЕЧАНИЕ: эти цвета почти наверняка НЕ будут соответствовать цветам на схеме соединений, так что это очень важно._
• Протяните кабель обратно через резиновую втулку, пока изоляция внутренних проводов не достигнет отверстия VDD на плате ADS1115. _

Шаг 10: Припаяйте кабельные провода и соединительный провод к ADS1115

• Отрежьте соединительный провод следующей длины (требуется только для TP36)

  • Черный, 2,5 см
  • Красный, 2,5 см. Полоса по 6 мм с каждого конца каждого. _
• Припаяйте провод кабеля, который подключен к наконечнику вилки (+ 5 В), к отверстию VDD вместе с одним концом красного провода длиной 2,5 см. _
• Припаяйте провод кабеля, подключенный к соединительной муфте (GND), к отверстию GND вместе с одним концом черного провода длиной 2,5 см._
• Припаяйте провод кабеля, подключенный к кольцу штекера 1 (SCL), к отверстию SCL._
• Припаяйте провод кабеля, подключенный к разъему Ring 2 (SDA), к отверстию SDA. _

Шаг 11: Припаяйте выводы питания / заземления TMP36 (необязательно)

• Припаяйте другой конец 2,5-сантиметрового черного провода (от отверстия GND) к выводу TMP36 справа. Убедитесь, что он не касается среднего провода._
• Припаяйте другой конец красного провода 2,5 см (от отверстия VDD) к выводу TMP36 слева. Убедитесь, что он не касается среднего провода._

Шаг 12: Отрежьте и припаяйте провода к разъему

• Отрежьте четыре соединительных провода. Сделайте их достаточно длинными для любого корпуса, в который вы будете помещать Arduino (9 см для IV Swinger 2):

  • Чернить: _
  • Красный: _
  • Синий: _
  • Зеленый: _ Полоса 1 см с конца каждого._
• Вставьте штекер кабеля в разъем 3,5 мм._
• С помощью цифрового мультиметра определите, какое паяное соединение на задней стороне разъема 3,5 мм подключено к отверстию VDD на плате ADS1115. Подсоедините КРАСНЫЙ провод к этому паяльному соединению на разъеме._
• С помощью цифрового мультиметра определите, какое паяное соединение на задней стороне разъема 3,5 мм подключено к отверстию GND на плате ADS1115. Подсоедините ЧЕРНЫЙ провод к этому паяному соединению на разъеме._
• С помощью цифрового мультиметра определите, какое паяное соединение на задней стороне разъема 3,5 мм подключено к отверстию SCL на плате ADS1115. Подсоедините СИНИЙ провод к этому паяльному соединению на разъеме._
• С помощью цифрового мультиметра определите, какое паяное соединение на задней стороне разъема 3,5 мм подключено к отверстию SDA на плате ADS1115. Подсоедините ЗЕЛЕНЫЙ провод к этому паяльному соединению на разъеме._

• Используйте цифровой мультиметр для подтверждения подключений. Проверьте целостность цепи от конца соединительного провода до отверстия ADS1115. В то же время проверьте, нет ли НЕПРЕРЫВНОСТИ для остальных трех.

  • Красный в VDD: _
  • Черный к GND: _
  • Синий к SCL: _
  • От зеленого к ПДД: _
• Припаяйте все четыре соединительных провода к разъему 3,5 мм _

Шаг 13: Окончательная сборка

• Оберните кабельную стяжку вокруг кабеля и с помощью плоскогубцев затяните ее прямо рядом с втулкой на внутренней стороне корпуса. Отделка._
• Прикрутите крышку к корпусу._
• Используйте небольшой кусочек мелкой наждачной бумаги, входящей в комплект, и аккуратно отшлифуйте поверхность тефлона круговыми движениями, ровно настолько, чтобы удалить «блеск» с диска._
• Если тефлоновый диск диффузора не вошел плотно в свое углубление, используйте КРОШЕЧНОЕ количество суперклея вокруг углубления, чтобы удержать его. Следите за тем, чтобы клей не попал на фотоприемник! Для нанесения суперклея может пригодиться зубочистка, но двигайтесь быстро. Используйте небольшой зажим, чтобы удерживать его, пока клей высохнет. _
• Подключение к Arduino: подключите четыре провода с задней стороны разъема 3,5 мм к Arduino, как показано на фотографиях.

Шаг 14: Запуск тестов и калибровка

Документ в репозитории GitHub описывает, как загружать и запускать тесты. Он также описывает, что требуется для калибровки пиранометра.