Метеостанция с регистрацией данных: 7 шагов (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

В этом руководстве я покажу вам, как самому сделать систему метеостанции. Все, что вам нужно, - это базовые знания в области электроники, программирования и немного времени.

Этот проект все еще находится в стадии разработки. Это только первая часть. Обновления будут загружены в ближайшие один-два месяца.

Если у вас есть вопросы или проблемы, вы можете связаться со мной по электронной почте: [email protected]. Компоненты предоставлены DFRobot.

Итак, начнем

Шаг 1: материалы

Практически все необходимые материалы для этого проекта можно купить в интернет-магазине: DFRobot.

Для этого проекта нам понадобятся:

-Комплект погодной станции

-Arduino модуль SD-карты

-SD Card

-Солнечный менеджер питания

-5V 1A Солнечная панель

-Некоторые нейлоновые кабельные стяжки

-Монтажный комплект

-ЖК дисплей

- макетная плата

-Ли-ионные аккумуляторы (я использовал аккумуляторы Sanyo 3,7 В 2250 мАч)

-Влагонепроницаемая пластиковая распределительная коробка

-Некоторые провода

-Резисторы (2х 10кОм)

Шаг 2: модули

Для этого проекта я использовал два разных модуля.

Менеджер солнечной энергии

Этот модуль может питаться от двух разных источников питания: от аккумулятора 3,7 В, от солнечной панели 4,5–6 В или от USB-кабеля.

Имеет два разных выхода. USB-выход 5 В, который можно использовать для питания Arduino или другого контроллера, и контакты 5 В для питания различных модулей и датчиков.

Характеристики:

• Входное напряжение солнечной батареи (SOLAR IN): 4,5 В ~ 6 В
• Вход для аккумулятора (BAT IN): 3,7 В, одноячеечный, литий-полимерный / литий-ионный
• Ток заряда аккумулятора (USB / СОЛНЕЧНЫЙ ВХОД): 900 мА Макс. Непрерывная зарядка, постоянный ток, постоянное напряжение, трехфазная зарядка
• Напряжение отключения зарядки (USB / СОЛНЕЧНЫЙ ВХОД): 4,2 В ± 1%
• Регулируемый источник питания: 5 В, 1 А
• Регулируемый КПД источника питания (3,7 В BAT IN): 86% при нагрузке 50%
• Эффективность заряда USB / солнечной батареи: 73% @ 3,7 В, 900 мА BAT IN

Модуль SD

Этот модуль полностью совместим с Arduino. Это позволяет вам добавить в свой проект запоминающее устройство и регистрацию данных.

Я использовал его для сбора данных с метеостанции с SD-картой на 16 ГБ.

Характеристики:

• Разъемная плата для стандартной SD-карты и Micro SD (TF) карты
• Содержит переключатель для выбора слота для флеш-карты
• Сидит прямо на Arduino
• Также может использоваться с другими микроконтроллерами

Шаг 3: комплект метеостанции

Основным компонентом этого проекта является комплект метеостанции. Он питается от 5 В от Arduino или вы также можете использовать внешний источник 5 В.

Он имеет 4 контакта (5V, GND, TX, RX). Порт данных TXD использует 9600 бит / с.

В комплект метеостанции входят:

• Анемометр
• Флюгер
• Ведро дождя
• Плата датчика
• Шпилька из нержавеющей стали (30 см) (11,81 дюйма)
• Компонентный пакет

Его можно использовать для измерения:

• Скорость ветра
• Направление ветра
• Количество осадков

Он имеет встроенный датчик влажности и температуры, который также может измерять атмосферное давление.

Анемометр может измерять скорость ветра до 25 м / с. Направление ветра отображается в градусах.

Более подробную информацию об этом наборе и образце кода можно найти на вики-странице DFRobot.

Шаг 4: Как собрать комплект метеостанции

Сборка этого набора довольно проста, но для получения дополнительной информации о сборке просмотрите руководство по сборке этого набора.

Учебное пособие: Как собрать комплект метеостанции

Шаг 5: Поставка и жилье

Аккумулятор:

Для этого проекта я использовал литий-ионные батареи 3,7 В. Я сделал батарейный блок из пяти таких батарей. Каждый аккумулятор имеет около 2250 мАч, поэтому при параллельном подключении 5-кратный аккумулятор дает около 11250 мАч.

Подключение: Как я уже упоминал, я подключил батареи параллельно, потому что параллельно вы сохраняете исходное напряжение, но получаете большую емкость батареи. Например: если у вас есть две батареи 3,7 В 2000 мАч и вы подключаете их параллельно, вы получите 3,7 В и 4000 мАч.

Если вы хотите получить большее напряжение, вам необходимо соединить их последовательно. Например: если вы подключите два аккумулятора 3,7 В 2000 мАч последовательно, вы получите 7, 4 В и 2000 мАч.

Солнечная панель:

Я использовал солнечную батарею 5V 1A. Эта панель имеет максимальную выходную мощность 5 Вт. Выходное напряжение достигает 6 В. Когда я тестировал панель в пасмурную погоду, ее выходное напряжение составляло около 5,8-5,9 В.

Но если вы хотите полностью снабдить эту метеостанцию солнечной энергией, вам нужно добавить 1 или 2 солнечные панели и свинцово-кислотную батарею или что-то еще для хранения энергии и питания станции, когда нет солнца.

КОРПУС:

Не похоже, но корпус - одна из самых важных частей этой системы, потому что он защищает жизненно важные компоненты от внешних элементов.

Поэтому я выбрал водонепроницаемую пластиковую распределительную коробку. Он достаточно большой, чтобы вместить все компоненты внутри. Это примерно 19х15 см.

Шаг 6: Подключение и код

Ардуино:

Все компоненты связаны с Arduino.

-SD модуль:

• 5 В -> 5 В
• GND -> GND
• MOSI -> цифровой контакт 9
• MISO -> цифровой контакт 11
• SCK -> цифровой контакт 12
• SS -> цифровой контакт 10

Доска метеостанции:

• 5 В -> 5 В
• GND -> GND
• TX -> RX на Arduino
• RX -> TX на Arduino

Аккумулятор подключается напрямую к диспетчеру питания (вход для аккумулятора 3,7 В). Я также подключил аккумулятор к аналоговому выводу A0 на Arduino для мониторинга напряжения.

Солнечная панель подключается непосредственно к этому модулю (солнечный ввод). Солнечная панель также подключена к делителю напряжения. Выход делителя напряжения подключен к аналоговому выводу A1 на Arduino.

Я также сделал подключение, чтобы вы могли подключить к нему ЖК-дисплей, чтобы проверить напряжение. Таким образом, ЖК-дисплей подключен к 5 В, GND и SDA от ЖК-дисплея переходит к SDA на Arduino, и то же самое с контактом SCK.

Arduino подключается к модулю управления питанием с помощью USB-кабеля.

КОД:

Код этой метеостанции можно найти на вики DFRobot. Я также приложил свой код ко всем обновлениям.

-Если вы хотите получить правильное направление ветра для вашей позиции, вам необходимо вручную изменить значения градуса в программе.

Таким образом, все данные хранятся в текстовом файле с именем test. Вы можете переименовать этот файл, если хотите. Я записываю все возможные значения с метеостанции, а также записываю напряжение батареи и солнечное напряжение. Так что видно как расход батареи.

Шаг 7: Измерение напряжения и тестирование

Мне нужно было сделать мониторинг напряжения на батарее и солнечной панели для моего проекта.

Для контроля напряжения на батарее я использовал аналоговый вывод. Я подключил + от батареи к аналоговому выводу A0 и - от батареи к GND на Arduino. В программе я использовал функцию «analogRead» и «lcd.print ()» для отображения значения напряжения на ЖКИ. Третье изображение показывает напряжение на батарее. Я измерил его с помощью Arduino, а также мультиметром, чтобы сравнить значение. Разница между этими двумя значениями составила около 0,04 В.

Поскольку выходное напряжение от солнечной панели превышает 5 В, мне нужно сделать делитель напряжения. Аналоговый вход может принимать максимальное входное напряжение 5 В. Сделал с двумя резисторами по 10кОм. Использование двух резисторов с одинаковым номиналом делит напряжение ровно на половину. Таким образом, если вы подключите 5 В, выходное напряжение будет около 2,5 В. Этот делитель напряжения изображен на первом рисунке. Разница между значением напряжения на ЖК-дисплее и на мультиметре составляла около 0,1-0,2В.

Уравнение для выхода делителя напряжения: Vout = (Vcc * R2) / R1 + R2

Тестирование

Когда я соединил все вместе и упаковал все компоненты в корпус, мне нужно было провести внешний тест. Поэтому я вынес метеостанцию на улицу, чтобы посмотреть, как она будет работать в реальных внешних условиях. Основная цель этого теста заключалась в том, чтобы увидеть, как будут работать батареи или сколько они будут разряжаться во время этого теста. Во время тестирования внешняя температура была около 1 ° C снаружи и около 4 ° C внутри корпуса.

Напряжение аккумулятора упало с 3,58 до примерно 3,47 за пять часов.