Метеостанция малой мощности: 6 шагов (с изображениями)

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

Теперь в третьей версии, которая тестировалась более двух лет, моя метеостанция была модернизирована для повышения производительности с низким энергопотреблением и надежности передачи данных.

Энергопотребление - не проблема в другие месяцы, кроме декабря и января, но в эти очень темные месяцы солнечная панель, хотя и рассчитана на 40 Вт, не могла удовлетворить потребности системы … и большая часть спроса исходила от модуль 2G FONA GPRS, который передает данные напрямую в Интернет.

Следующая проблема была связана с самим модулем FONA GPRS или, что более вероятно, с сетью сотовой связи. Устройство проработало безупречно неделями / месяцами, но затем внезапно остановилось без видимой причины. Очевидно, сеть действительно пытается отправить какую-то «информацию об обновлении системы», которая, если она не принята, вызывает загрузку устройства из сети, поэтому GPRS на самом деле не является необслуживаемым решением для передачи данных. Обидно, потому что, когда это действительно сработало, это действительно хорошо сработало.

Это обновление использует протокол LoRa с низким энергопотреблением для отправки данных на локальный сервер Raspberry Pi, который затем отправляет их в сети. Таким образом, сама метеостанция может потреблять мало энергии от солнечной панели и выполнять «тяжелую» часть процесса где-то в пределах диапазона WIFI при питании от сети. Конечно, если у вас есть общедоступный шлюз LoRa в пределах досягаемости, Raspberry Pi не потребуется.

Сборка печатной платы метеостанции проста, поскольку все компоненты SMD довольно большие (1206), и все на печатной плате работает на 100%. Некоторые компоненты, а именно духовые инструменты, довольно дороги, но иногда их можно найти на Ebay подержанными.

Шаг 1: Компоненты

Arduino MKR1300 LORAWAN ………………………………………………………………. 1 из

Raspberry Pi (необязательно, зависит от доступности локального шлюза LoRa) ………… 1 из

BME280 для давления, влажности, температуры и высоты …………………………….. 1 из

Разъем RJ 25 477-387 ……………………………………………………………………… 1 из

L7S505 ……………………………………………………………………………………………. 1 из

Бипер 754-2053 ……………………………… 1 из

Диод Шоттки (1206) …………………………………… 2 из

R1K восстанавливает …………………………………… 3 из

Резистор R4.7K ………………………………… 1 из

Конденсатор C100nF …………………………….. 3 из

R100K …………………………………………… 1 из

R10K …………………………………………….. 4 из

C1uF ……………………………………………… 1 из

C0,33uF ………………………………………… 1 из

R100 …………………………………………….. 1 из

R0 ……………………………………………….. 1 из

Датчик температуры Dallas DS18B20 ………… 1 из

Печатная плата ……………………………………………………… 1 из

Дождемер ……………………………………………. 1 из

Зонд для почвы ……………………………………… 1 из (см. Шаг 6 для самодельного зонда)

Анемометр A100LK ………………………….. 1 из

Флюгер W200P ………………………………..1 из

Шаг 2: как это работает

Достаточно легко заставить датчики работать для таких вещей, как температура, влажность и давление, но некоторые из них довольно сложны, хотя весь код включен в этот блог.

1. Датчик дождя находится в режиме «прерывания» и включается при обнаружении изменения. Дождь попадает в инструмент и капает на качельку качелей, которая качается, когда один конец наполняется, дважды срабатывая при движении магнитного датчика. Датчик дождя имеет приоритет над всем и работает, даже если данные передаются.

2. Анемометр работает, посылая импульс малой мощности, частота которого зависит от его скорости. Его очень просто кодировать, и он потребляет очень мало энергии, хотя ему нужно записывать примерно раз в секунду, чтобы поймать самые сильные порывы ветра. Код постоянно записывает среднюю скорость ветра и максимальный порыв ветра во время сеанса записи.

3. Хотя на первый взгляд флюгер было бы легко закодировать, как только все тонкости будут изучены, все станет намного сложнее. По сути, это всего лишь потенциометр с очень низким крутящим моментом, но проблема получения с него показаний усугубляется тем фактом, что он имеет короткую «мертвую зону» вокруг северного направления. Требуются понижающие резисторы и конденсаторы, чтобы предотвратить появление странных показаний вблизи севера, которые затем вызывают нелинейность показаний. Кроме того, поскольку показания являются полярными, обычные вычисления среднего среднего невозможны, и поэтому необходимо вычислить более сложный режим, который включает создание массивного массива из примерно 360 чисел! …. И это еще не все…. Особое внимание следует уделить тому, на какой квадрант указывает датчик, как если бы он находился в квадранте по обе стороны от севера, режим должен рассматриваться по-разному.

4. Влажность почвы представляет собой простой зонд проводимости, но для экономии энергии и предотвращения коррозии он очень быстро пульсирует с помощью одного из запасных цифровых контактов Arduino.

5. Система отправляет данные с Arduino на Raspberry Pi (или шлюз LoRa), но также требует «обратного вызова» от получателя, чтобы подтвердить, что он действительно получил данные должным образом, прежде чем сбрасывать все различные счетчики и средние значения и принимать свежий набор показаний. Сеанс записи может длиться около 5 минут каждый, после чего Arduino пытается отправить данные. Если данные повреждены или отсутствует подключение к Интернету, сеанс записи продлевается до тех пор, пока обратный вызов не укажет на успех. Таким образом, не будут пропущены ни максимальные порывы ветра, ни измерения дождя.

6. Хотя это выходит за рамки этого блога, попав на Интернет-сервер (это большой компьютер, расположенный в Ипсвиче, Великобритания), данные затем собираются в базу данных MySQL, доступ к которой можно получить с помощью простых сценариев PHP. Конечный пользователь также может видеть данные, отображаемые в виде причудливых циферблатов и графиков, благодаря проприетарному программному обеспечению Java от Amcharts. Тогда «конечный результат» можно увидеть здесь:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

Шаг 3: файлы

Все файлы кода Arduino, Raspberry Pi и файл для создания печатной платы в программе Design Spark находятся в репозитории Github здесь:

github.com/paddygoat/Weather-Station

Шаг 4: Заполнение печатной платы

Для пайки компонентов SMD не требуется трафарет - просто нанесите немного припоя на контактные площадки печатной платы и поместите компоненты с помощью пинцета. Компоненты достаточно большие, чтобы все делать на глаз, и не имеет значения, выглядит ли припой неаккуратно или компоненты немного не по центру.

Поместите печатную плату в тостер и нагрейте до 240 градусов Цельсия с помощью термометра типа K для контроля температуры. Подождите 30 секунд при 240 градусах, затем выключите духовку и откройте дверцу, чтобы выпустить огонь.

Теперь остальные компоненты можно припаять вручную.

Если вы хотите купить печатную плату, загрузите заархивированные файлы gerber здесь:

github.com/paddygoat/Weather-Station/blob/master/PCB/Gerbers_Weather%20station%203_Tx_01.zip

и загрузите их в JLC здесь:

Выберите размер платы 100 x 100 мм и используйте все значения по умолчанию. Стоимость 2 $ + почтовые расходы за 10 досок.

Шаг 5: развертывание

Метеостанция размещена посреди поля с духовыми приборами на высоком шесте с растяжками. Подробности развертывания приведены здесь:

www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat…

Шаг 6: Предыдущая работа

Это руководство является последним этапом в текущем проекте, который имеет свою историю развития в семи других предыдущих проектах:

www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat…

www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat…

www.instructables.com/id/Setting-Up-an-A10…

www.instructables.com/id/Analogue-Sensors-…

www.instructables.com/id/Analogue-Wind-Van…

www.instructables.com/id/Arduino-Soil-Prob…

www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat…