Şəxsi məlumatları qeyd edən anemometr: 11 addım (şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:44

Məlumat toplamağı və təhlil etməyi sevirəm. Elektron qurğular qurmağı da çox sevirəm. Bir il əvvəl Arduino məhsullarını kəşf edəndə dərhal "ətraf mühit haqqında məlumat toplamaq istərdim" deyə düşündüm. Portlandda, OR -da küləkli bir gün idi, buna görə külək məlumatlarını tutmağa qərar verdim. Anemometrlər üçün bəzi təlimatlara baxdım və onları olduqca faydalı hesab etdim, amma bəzi mühəndislik dəyişiklikləri etməliyəm. Birincisi, cihazın bir həftə ərzində açıq havada işləməsini istədim. İkincisi, çox kiçik küləkləri yaza bilməsini istədim, buradakı bəzi dizaynların davam etməsi üçün olduqca güclü küləklər lazım idi. Son olaraq məlumatları qeyd etmək istədim. Mümkün olduğunca az ətalət və müqavimət göstərən həqiqətən yüngül bir rotor dizaynına getməyə qərar verdim. Bunu etmək üçün bütün plastik hissələrdən (yivli vinil çubuqlar da daxil olmaqla), rulman bağlantılarından və optik sensorlardan istifadə etdim. Digər dizaynlarda maqnit sensorlar və ya faktiki DC mühərrikləri istifadə edilmişdir, lakin hər ikisi də rotoru yavaşlatır, optika bir az daha çox güc istifadə edir, lakin heç bir mexaniki müqavimət göstərmir. Məlumat giriş cihazı, sadəcə 8 mbit flaş çipi olan bir Atmega328P -dir. SD -yə getməyi düşündüm, amma xərcləri, enerji istehlakını və mürəkkəbliyi aşağı saxlamaq istədim. Hər saniyədə iki baytlıq fırlanma sayını qeyd edən sadə bir proqram yazdım. 8 meqabit ilə təxminən bir həftəlik məlumat toplaya biləcəyimi düşündüm. Orijinal dizaynımda 4 C hüceyrəsinə ehtiyacım olacağını düşündüm, ancaq bir həftə sonra hələ də tam doldurulmuşdular, buna görə enerji istehlakında böyük bir əmrlə sönmüş olmalıyam. Mən xətti tənzimləyicilərdən istifadə etməmişəm, bütün gərginlik raylarını 6V -a çəkmişəm (bəzi hissələr 3.3V olaraq qiymətləndirilsə də. Yay overdesign!). Məlumatları yükləmək üçün flaşı oxuyan və arduino serial monitoruna atan kompleks bir sistemim vardı və kəsib Excel -ə yapışdırdım. Flaşı standart bir yerə atmaq üçün bir əmr satırı USB tətbiqinin necə yazılacağını anlamaq üçün vaxt sərf etmədim, amma bir anda bunu anlamalı olacağam. Nəticə olduqca təəccüblü idi, başqa bir hesabat üçün saxladığım çox maraqlı tendensiyaları müşahidə edə bildim. Uğurlar!

Addım 1: Rotoru qurun

Rotor kubokları üçün bir çox fərqli fikir sınadım: Pasxa yumurtaları, stolüstü tennis topları, plastik fincanlar və boş Milad ağacı bəzək topları. Bir neçə rotor qurdum və hamısını bir külək sürəti təmin edən bir saç qurutma maşını ilə sınadım. Dörd prototipdən bəzək qabıqları ən yaxşı işləyirdi. Əlavə etməyi asanlaşdıran və polikarbonat sementlə yaxşı işləyən sərt bir plastikdən hazırlanan bu kiçik tırnaqlar da var idi. Kiçik, orta və böyük (təxminən 1 "-dən 6" -ya qədər) bir neçə fərqli şaft uzunluğunu sınadım və gördüm ki, daha böyük ölçülər çox bükülür və küləyin aşağı sürətinə yaxşı cavab vermir, buna görə də kiçik ölçülü şaftlarla getdim.. Hər şey şəffaf plastik olduğundan, üç bıçağı yandırmaq üçün lazımlı bir kiçik çap etdim. Materiallar: Ornamentlər "48/6300 DYO CLEAR ORNAMENT" maddəsi olan Şərq Ticarət Şirkətindən, 6 ABŞ dolları və 3 ABŞ dolları dəyərindədir. Plastik şaftlar və konstruktiv disk, təxminən 4 dollarlıq hissələrdə, yerli TAP Plastics mağazasından gəldi.

Addım 2: Yuxarı Baza qurun

Dönmə ətalətini azaltmaq üçün McMaster Karr -dan yivli neylon çubuq istifadə etdim. Rulmanlardan istifadə etmək istəyirdim, amma maşın yataqları rotoru yavaşlatan yağla doludur, buna görə də ucuz skeytbord yataqları aldım. Sadəcə CPVC daxili diametri 3/4 "boru adapterinə uyğun gəldilər. Konstruksiyanı yığana qədər bildim ki, konki rulmanları düzbucaqlı yükü idarə edir və şaquli yük tətbiq edirdim, buna görə də itələyici rulman istifadə etməliydim., amma çox yaxşı işlədilər və ehtimal ki, presesyon torkundan sürtünməni idarə etməyə kömək etdilər. Milin dibinə bir optik sensor bağlamağı planlaşdırdım, buna görə CPVC birləşməsini daha böyük bir bazaya bağladım. Home Depot qarışdırmaq üçün əyləncəli bir yerdir. CPVC/PVC armaturlarını uyğunlaşdırın. Nəticədə 3/4 "yivli CPVC birləşməsini PVC 3/4" -dən 1-1/2 "-ə qədər azaldıra bildim. Hər şeyi uyğunlaşdırmaq üçün çox oynamaq lazımdı, amma elektronika üçün kifayət qədər yer buraxdı. Materiallar: 98743A235-Qara Yivli Naylon Çubuq (5/16 "-18 iplik) 94900A030-Qara Neylon Altıbucaqlı Somunlar (5/16" -18 iplik) Ucuz skeytbord yataqları 3/4 "yivli CPVC adapteri 3/4" -dən 1-ə -1/2 "Yivli 3/4" boruya PVC redüktör Qeyd: PVC və CPVC birləşmə ölçüləri eyni deyil, ehtimal ki, təsadüfən yanlış istifadənin qarşısını almaq üçün; Düz PVC 3/4 "adi bir adapterlə dəyişdirmək işləməyəcək, lakin yivli bir adapterin İPLİKLƏRİ eynidir, bu da tamamilə qəribədir. CPVC bağlama ipləri PVC adapter burcuna keçirir. Adaptör … buruq… mufta… Yəqin ki, bütün bu şərtləri qarışdırıram, amma Home Depot santexnika koridorunda 15 dəqiqə sizi düzəldəcək.

Addım 3: Optik kəsici

Rotor döndükcə onun fırlanması optik kəsici ilə hesablanır. Bir disk istifadə etməyi düşündüm, amma bu, işıq mənbəyini və detektoru şaquli olaraq bağlamalı olduğumu ifadə etdi, bu da yığmaq çox çətin olacaq. Bunun əvəzinə üfüqi montajı seçdim və sərt ağac döşəmələrini qorumaq üçün stulların altına gedən bir neçə kiçik fincan tapdım. Altı seqmenti boyadım və yapışdırdım ki, bu da mənə on iki (təxminən) vahid kənar və ya rotorun hər inqilabı üçün 12 gənə verərdi. Daha çox şey etmək barədə düşündüm, amma detektorun sürəti və ya optikanın baxış sahəsi ilə o qədər də tanış deyildim. Yəni çox dar keçsəm, LED kənarlarında sürünür və sensoru işə sala bilər. Araşdırmadığım başqa bir araşdırma sahəsidir, amma araşdırsam yaxşı olar. Boyalı fincanı qozdan yapışdırıb milin ucuna bərkidim. Materiallar: Home Depot Qara boyadan stul ayağı qoruyucu kubok

Addım 4: Rotoru bağlayın

Bu nöqtədə olduqca sərin görünməyə başladı. Neylon qoz -fındıq həqiqətən sürüşkəndir, buna görə də bir çox qıfıl istifadə etməli oldum (əvvəlki şəkillərdən fərq etməmisinizsə). Hər iki qoz -fındıqı aşağı kilidləyə bilmək üçün rotorun altındakı qapağa oturmaq üçün xüsusi bir düz açar düzəltməliydim.

Addım 5: Alt Baza qurun

Alt baza batareyaları yerləşdirir və bir dəstək quruluşu təmin edir. Polycase adlı bir şirkətdən çox gözəl bir suya davamlı qutu tapdım. Sızdırmazlıq verən həqiqətən hamar bir vəziyyətdir və vintlər bazada daha genişdir, buna görə də yuxarıdan asanlıqla düşmürlər. Üst PVC burcuna bir PVC mate istifadə etdim. Bu alt baza yoldaşı, yivli 1-1/2 "PVC birləşməsidir. Üst rotorun baza təzyiqi bu birləşmə vasitəsi ilə alt bazaya uyğundur. Daha sonra görəcəksiniz ki, bu parçaları yapışdırmadım, çünki istədim onu aça bilər və lazım gələrsə düzəlişlər edə bilər, üstəlik, elektron lövhələri bağlayarkən montaj daha asandır. Materiallar: Polycase-dən su keçirməyən qutu, maddə # WP-23F, $ 12.50 Dişli 1-1/2 "PVC birləşmə

Addım 6: Optik Sensor qurun

Sensor mexanizmi 940nm LED və Schmitt-trigger qəbuledicisidir. Schmitt tətik dövrəsini sevməyi sevirəm, bütün borclarımı ödəyir və CMOS/TTL uyğun bir siqnal göndərir. Yeganə mənfi cəhət? 5V əməliyyat. Bəli, bütün dizaynı 6V-a çatdırdım, amma bu hissə olmasaydı 3.3V-ə gedə bilərdim. Fikir budur ki, bu dövrə, döndükcə şüanı kəsən, hər kənar üçün məntiqi keçidlər yaradan rotor kubokunun altına bağlanır. Bunun necə qurulduğuna dair yaxşı bir təsəvvürüm yoxdur. Əsasən alt plastik PVC muftasına iki plastik ofset yapışdırdım və yuxarıdan vidaladım. Səliqəli şəkildə oturması üçün lövhənin kənarlarını üyütməli oldum. Bunun üçün heç bir sxemim yoxdur, bu çox asandır: Vin -dən 1k rezistoru işlədin və LED -in həmişə yanması və detektorun çıxışı pinində olması üçün tel bağlayın. Materiallar: 1 940nm LED 1k rezistor 1 OPTEK OPL550 sensoru 1 üç pinli fiş (dişi) 1 1.5 "x1.5" dövrə lövhəsi Müxtəlif uzunluqlu tellər İstilik büzücü borularla birlikdə

Addım 7: Data Logger qurun

Arduino prototip lövhəsi şassiyə uyğunlaşmaq üçün çox böyük idi. Kiçik bir elektron lövhə düzəltmək üçün EagleCAD -dan istifadə etdim və bir təbəqəni itirdim … bir neçə boşluğu aradan qaldırmaq üçün lazım olan dörd çirkin tel var.

(Bunu ~ 50mW işləmə gücündə ölçdüyümü düşündüm və batareyaların Watt-Saatına əsaslanaraq, bir həftə ərzində 5V-dən aşağı düşəcəyimi düşündüm, amma ya güc ölçməm, ya da riyaziyyatım səhv idi, çünki 4 C hüceyrəsi saxlanılır. Uzun müddət davam edəcək.) Kifayət qədər sadə bir plan: yalnız bir rezonator, ATmega328, bir fiş çipi, bir debug jumper, bir hata ayıklama LEDi, enerji təchizatı qapağı və bununla əlaqədar. İstifadə edə biləcəyim DorkBoard adlı bir şey var, bu, əsasən DIP yuvası ölçüsündə bir ATMega328 dev kartı üçün lazım olan hər şeydir. Birini satın almağı düşündüm, amma ayrı yanaşmam təxminən 50% daha ucuzdu. Dorkboard bağlantısı budur:

Lövhənin necə işlədiyini göstərən əsas fikir budur (mənbə kodu daha sonra daxil ediləcək): Jumper "ayıklama" rejiminə təyin edildi: optik sensor çıxışına bir dəyişmə dəyəri kəsilməsi əlavə edin və detektorla birlikdə test LEDini yandırın. Bu ayıklama üçün çox faydalı oldu. Jumper "qeyd" rejiminə təyin edildi: eyni fasiləni sayğaca əlavə edin və əsas döngədə 1000 ms gecikdirin. 1000 msn sonunda 256 baytlıq bir flash səhifəyə kənar sayını yazın və səhifə dolduqda yazın və sayını sıfırlayın. Sadə, elə deyilmi? Çox gözəl. Winbond flash cihazlarını çox sevirəm, 90 -cı illərdə flaş dizayn edirdim, buna görə də onları yenidən proqramlaşdırmaq əyləncəli idi. SPI interfeysi parlaqdır. İstifadəsi o qədər sadədir. Sxemləri və mənbə kodunu özləri üçün danışmağa icazə verəcəyəm. EagleCAD -ın möhtəşəm olduğunu qeyd etdimmi? Həqiqətən də belədir. YouTube -da çox gözəl dərslər var.

Addım 8: Elektronikanı bağlayın

Yenə də burada çox yaxşı şəkillərim yoxdur, amma PVC -nin içərisinə yapışdırılmış iki plastik dayanıqlıq təsəvvür edirsinizsə, hər iki lövhə də buraya vidalanmışdır. İşdə aşağıya bağlı olan taxta lövhəsinin bir çəkilişi. Detektor lövhəsi korpusun içərisindədir.

Addım 9: Kalibrləmə

Xam rotor sayını MPH -ə çevirmək üçün heyvanı kalibr etmək üçün bir sınaq qurğusu etdim. Bəli, bu 2x4. Anemometrini bir ucuna, digər ucunda Arduio -nu bağladım. LCD, rotor sayını göstərdi. Proses belə getdi: 1) Trafiksiz uzun düz yol tapın. 2) 2x4 ölçüsünü pəncərədən mümkün qədər uzaqlaşdıracaq şəkildə saxlayın 3) iPhone və ya Android telefonunuzda səs qeydini yandırın 4) Seçdiyiniz əl cihazınızda rəqəmsal GPS sürətölçənini yandırın 5) Bir neçə sürətlə sürün və elan edin. səs yazıcınıza sürət və orta rotor sayılır 6) Çökmə 7)? 8) Daha sonra, maşın sürmədikdə, telefon mesajınızı yenidən oxudun və məlumatları excel-ə daxil edin və xətti və ya eksponensial və ya çoxsaylı bir R-kare dəyərinin 99% -dən çox uyğun olduğunu ümid edin Bu dönüşüm # daha sonra istifadə ediləcək. Cihaz yalnız xam məlumatları ələ keçirir, mən onu Excel-də MPH (və ya KPH) üçün sonradan işlədirəm. (Zeytun yağlı boya tətbiq etdiyimi qeyd etdimmi? Buna "Taktik Məlumat Giriş Anemometri" deyərdim, amma sonra "Taktik" in "qara" olduğunu xatırladım.)

Addım 10: Gedin Külək Veriləri Toplayın

Bu, çox azdır. Düşünürəm ki, bir neçə şəkil yoxdur, məsələn. alt bazaya sıxılmış dörd C hüceyrəsi göstərilməmişdir. Bir yaylı tutucuya sığdıra bilmədim, buna görə batareyaların özlərinə aparıcı lehimləmə ilə sona çatdım. Bu təlimatı yazdığımdan bir il sonra yazıram və 2 nömrəli düzəlişdə enerji istehlakını kobud şəkildə çox qiymətləndirdiyim üçün AA batareyaları istifadə etdim. AA-dan istifadə açma açarı əlavə etməyimə imkan verdi və həqiqətən içəridə bir qədər yer açdım, əks halda olduqca sıx idi. Ümumiyyətlə dizayndan olduqca razı qaldım. Aşağıdakı qrafik bir həftəlik ortalama məlumatları göstərir. Batareyalar yeddinci gündən ölməyə başladı. Təxminən 1 kHz -də LED -i aşağı vəzifə dövrəsində işlədərək batareyanın ömrünü artıra bilərdim və rotorun bucaq sürətinin nisbətən aşağı olması səbəbindən kənarlarını itirməzdim.

Əylənin! Təkmilləşdirmə üçün hər hansı bir yer görürsünüzsə mənə bildirin!

Addım 11: Mənbə Kodu

Tək bir Arduino mənbə faylı əlavə edilmişdir. GPL etdim, çünki, hey GPL.

EDIT: 1s gecikmə () istifadə etməyimin dəhşətli bir fikir olduğunu qeyd etmək istərdim və saatda flaşa yazmaq və sensoru oxumaq üçün lazım olan vaxt kiçik görünə bilər, ancaq 7 müddət ərzində -10s, əhəmiyyətli bir sürüşməyə səbəb olur. Bunun əvəzinə, 1Hz zamanlayıcı kəsilməsindən istifadə edin (328P -də 1 saylı Taymer 1Hz -ə mükəmməl uyğunlaşdırıla bilər). Səhifənin yazılması və oxunmasının nədənsə 1 saniyədən çox davam etməsi halında təhlükəsiz olmaq üçün bir çitdə kod yazmalısınız (nümunələri götürün), ancaq bir zamanlayıcı fasiləsi, lazım olan şeyləri etmək üçün bir yoldur. dəqiq Sağol!