Hvordan bygge ditt eget vindmåler ved hjelp av Reed Switches, Hall Effect Sensor og noen rester på Nodemcu. - Del 1 - Maskinvare: 8 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Introduksjon

Siden jeg begynte med studiene av Arduino and the Maker Culture, har jeg likt å bygge nyttige enheter ved hjelp av søppel- og skrapstykker som flaskehett, biter av PVC, drikkebokser, etc. Jeg elsker å gi et nytt liv til ethvert stykke eller noe annet materiale. En stor del av materialene som brukes her er skrot fjernet fra noe utstyr og resirkulert

Da jeg startet et prosjekt med en egen værstasjon, innså jeg at måling av vindens intensitet og retning ikke ville være veldig lett eller billig. Etter flere måneder presenterer jeg for deg dette prosjektet som hovedsakelig bruker resirkulerte materialer og veldig billige elektroniske deler som lett finnes i en hvilken som helst elektronisk butikk.

Dette innlegget har 2 deler.

Del 1 - Konstruksjon av enhetene Vindmåler og vindretning.

Del 2 - Skissen med Arduino IDE for Esp8266 Nodemcu og overføring til ThingSpeak.

Se videoen for å vite den endelige løsningen.

Hvordan bygge ditt eget vindmåler ved hjelp av Hall Effect Sensor og Reed Switches

Prosjektbeskrivelse

Vindmåleren er en enhet som kan måle vindhastigheten og dens retning. Ved hjelp av en Hall Effect -sensor vil vi kunne telle hvor mange rotasjoner koppene gir i en periode. Vindens intensitet er proporsjonal med aksens rotasjonshastighet. Med noen enkle fysikkligninger kan du bestemme vindens lineære hastighet i det øyeblikket. Vi vil forklare dem alle i del 2.

Og vindretningen skal vi måle gjennom en frontrute med en neodymmagnet og sivbrytere. Vingen peker i vindretningen og magneten festet til den vil koble sivbryterne slik at den elektriske strømmen kan passere gjennom tilkoblingen (eller tilkoblingene). Kretser som har positiv strøm indikerer vindretningen, som et kompass.

Vi har 8 kretser som vil etterligne 16 retninger: 4 kardinal- og 4 sikkerhetspunkter når 1 bryter er aktivert (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW) og når 2 brytere aktiveres samtidig har vi 8 undersikkerheter poeng (NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW).

Vindhastigheten og retningen vil bli beregnet og bestemt av en skisse i nodemcu. Men dette vil bli forklart i del 2. La oss nå gå til maskinvareenheten.

Ansvarsfraskrivelse: Dette vindmåleren skal ikke brukes til profesjonelle formål. Det er bare for akademisk eller hjemmebruk.

Merk: Engelsk er ikke mitt naturlige språk. Hvis du finner grammatiske feil som hindrer deg i å forstå prosjektet, vennligst gi meg beskjed for å rette dem. Tusen takk.

Trinn 1: Materialregning

Vindfane

8 x sivbrytere

8 x 10 k ohm motstander

10 cm PVC -rør

2 PVC -caps 5 cm i diameter

1 PVC -hette 2,5 cm i diameter

1 CD4051 analog multiplexer

1 plastskive

20 x 20 sterk plastbit

1 Neodymmagnet (Magnetens dimensjoner må tillate at to brytere kobles til samtidig. Min er 0,5 x 0,5 cm og det går bra.)

10 ledninger i forskjellige farger

1 Generisk PCB

1 kulelager med samme diameter på aluminiumsrørene

1 aluminiumsrør ca 20 cm

1 aluminiumsrør ca 10 cm

1 slangeklemme

Epoxy Mass

Instant Lim - cyanoakrylat og natriumbikarbonat

Vindmåler

2 bordtennisballer

4 tre- eller aluminiumspinner ca 12 cm

1 kulelager

1 aluminiumsrør ca 5 cm

3 ledninger i forskjellige farger

1 hall sensor SS49E

1 neodymmagnet

Epoxy Mass and Instant Lim - cyanoakrylat og natriumbikarbonat

2 plastkraner ca 3 a 5 cm i diameter

1 PVC -lokk og 5 cm PVC -rør

1 PVC -hette 2,5 cm i diameter

• Nodemcu
• Plastkasse for elektroniske prosjekter
• Loddejern
• 1 PVC -rør ca 2 meter og "T" PVC -kontakt
• 1 PVC 90 grader tilkobling
• 5V strømforsyning (jeg bruker solcellepanel)

Trinn 2: Montering av Wind Vane Rosetta

Reedbrytere og motstander montert på kretskort

Skjær det generiske kretskortet i form av en sirkel med en litt mindre diameter enn PVC -hetten, for når den er klar, vil den passe inn i den.

Bøy benene på sivbryteren i 90 grader for å passe dem inn i PCB -en med forsiktighet for ikke å ødelegge beskyttelsesglasset. Idealet er 3 mm fra glasset. Monter hver sivbryter i henhold til diagrammet. Nummer hver fra 0 til 7 som diagrammet. Korrekt identifikasjon vil være viktig når terminalene kobles til multiplexeren. Bruk loddejernet til å lodde dem på tallerkenen.

Plasser hver motstand som diagrammet der en av terminalene er loddet i en av terminalene på sivbryteren, og den andre vil være felles for alle motstandene, plassert i midten av kretskortet.

Lodd en kobberkabel som forbinder alle de eksterne terminalene på sivbryterne, slik at de to siste ikke er tilkoblet. Som en ring. Sveisebestillingen spiller ingen rolle.

Ved krysset mellom hver motstand og sivbryteren loddetråd av hver farge. De er 8 forskjellige. Lodd en rød ledning til kobberringen på sivbryterne som en positiv og en svart ledning til krysset mellom alle motstandene i midten av "rosetta", som en negativ.

Se på diagrammene og vær forsiktig med å beholde nummereringen av kablene for tilkobling til multiplexeren.

Test tilkoblingene før montering

Før du fortsetter med monteringen, foreslår jeg at du tester tilkoblingene. Bruk en led, et hvilket som helst 18650 batteri på 3,7 V, en neodymmagnet og kabler med krokodilleklør. Koble batteriet til terminalene VCC og GND og krokodillekabelen i GND med den andre enden i den negative på lysdioden (bruk en blå som ikke trenger motstand). Koble den andre kabelen til ledningens positive og den andre til hver kabel som er koblet til bryterne. Før nå magneten gjennom ytterkanten av den tilkoblede bryteren. Hvis lysdioden lyser, er det ok. Kontroller sveisene hvis den ikke slås på. For å teste to tilkoblinger samtidig, bruk en annen kabel og en annen ledning samtidig. Når du sender magneten mellom to brytere, bør de to lysdiodene lyse. Det er viktig at begge lysdiodene lyser samtidig, slik at det elektriske signalet kan representere under-kollaterale punkter i kompasset som ENE, ESE, SSW, NNW, etc.

Trinn 3: Tilkoblinger til og fra CD4051 Multiplexer

CD4051 Analog multiplexer

Multiplexere er kombinasjonskretser med flere innganger og enkelt datautgang. De er utstyrt med kontrollinnganger som er i stand til å velge én, og bare én, av datainngangene for å tillate overføring fra den valgte inngangen til nevnte utgang.

Hvis du ikke vet hvordan CD4051 fungerer, anbefaler jeg å lese databladet du finner på nettet. Oppsummert har 4051 8 analoge innganger nummerert fra 0 til 7, 3 og pinnene A, B og C som tilsammen lar deg lese inngangene og definere hvilken analog utgang som kobles til. Ved hver avlesning analyserer programvaren hvilke forbindelser som har positiv strøm og vil indikere vindens tilsvarende retning. Dette vil bli forklart i detalj i del 2 av innlegget. Se på diagrammet for å se hvordan rosetta er koblet til multiplexeren.

Tilkoblinger til Nodemcu

Vi trenger 8 kabler for å koble Nodemcu. Se diagrammet.

1 par positive (røde) og jordede (svarte) ledninger som leverer strøm til rosetta

1 par positive (røde) og jordede (svarte) kabler som leverer strøm til CD4051

1 kabel for analog utgang A0 (grå)

1 kabel for digital inngang av pin A = D5 (blå)

1 kabel for digital inngang på pin B = D4 (grønn)

1 kabel for digital inngang på pin C = D3 (gul)

Jeg brukte en 10-leder telefonkabel i forskjellige farger for å lette den siste monteringen.

Identifiser hver av kablene med tilhørende adresse for å lette den siste monteringen.

Trinn 4: Montering av alt i PVC -stativet

Montering av støtten

Ta CAP på 5 cm diameter av PVC, et stykke PVC -rør og CAP på 2,5 cm i diameter og lim dem alle med øyeblikkelig lim i henhold til bildet. Du kan også lage et hull med rørets diameter for å forbedre forbindelsen mellom brikkene. Etter at alle bitene er limt, påfør mer lim på de limte kantene på hvert stykke og dekk umiddelbart til med natron. Når du tørker limet vil du ha veldig god hardhet.

Du bør også feste silikonet på kanten av hetten som gjør det mulig å forsegle forbindelsen mellom de 2 hettene og lette montering av rosetta. La dem tørke før du fortsetter.

Sett rosettaen som allerede er montert på støttestykket forsiktig inn, og at den sitter tett inntil kanten på CAP. Husk at vi vil montere en andre CAP over dette. Se på bildet med den endelige løsningen. Og vennligst identifiser hver av kablene for å lette tilkoblingen til nodemcu.

Trinn 5: Montering av vane

Montering av bladets struktur

Lag en peker med epoksy masse med formen vist på bildet. Når det er skikkelig tørt veier du brikken og lagrer verdien.

Ta plastbiten og skjær den symmetrisk for den bakre delen av bladet som tjener til å lede vinden. Vei også og lagre verdien.

Ta en av aluminiumsrørene og lim pekeren og værbladet med øyeblikkelig lim med alle brikkene stilt opp på midten. Gjør det samme som du gjorde før med natron for å øke hardheten til hver av de limte delene.

Ta det andre aluminiumsrøret og la oss finne ut hvor det vil sitte fast i det andre røret. For å opprettholde likevekten til stykket, bør avstanden med vekten av ryggen være lik avstanden med pekeren. (Se beregninger som er vist i diagrammet.) Avstandsmålinger bør utføres mer eller mindre til massesenteret for hvert stykke. Bruk øyeblikkelig lim og natron.

Lag et hull i midten av hetten med diameteren på kulelageret. Bruk øyeblikkelig lim for å lime det på lokket. Viktig å velge kulelager som har samme innvendige diameter på vingens vertikale aluminiumsrør.

Ta til slutt plastskiven med en omtrentlig diameter på 4,5 cm og stikk et lite stykke metall på kanten. Se bildet På denne måten vil du kunne "stikke" neodymmagneten og justere den når du kalibrerer instrumentet. Den kan flyttes i flere retninger for å gjette målingene.

Plasser plastskiven med metalldelen fast i samme retning som den horisontale aluminiumrørpekeren. Dette er viktig for magneten for å indikere samme retning som bladet.

For å lette den endelige monteringen av vindmåleren og justere den nordlige vingen med nordgeografien, trykk en vindrose og lim på topplokket på CAP. Platen sitter fast i aluminiumsrøret, men sett først aluminiumsrøret inn i kulelageret og sett aluminiumsrøret inn i skiven. Juster høyden slik at avstanden mellom magneten og kanten på CAP er mellom 1 og 1,5 cm. Det må være nok til at magneten kan koble sivbryteren riktig. Fest platen med øyeblikkelig lim og kalsiumbikarbonat så horisontalt som mulig.

Monter de to delene ved å rette nord for vindrosen på linje med bryteren nummer 0 (som representerer nord) og bruk en klemme til å bli med dem. Ikke bruk lim fordi du må passe og kalibrere mange ganger før du er helt klar.

Se bildene for å se den endelige løsningen.

Trinn 6: Dempe vindmåleren

Montering av støtten

Ta de to plastlokkene og lim med øyeblikkelig lim. Bor 4 hull i lokkene som vist på diagrammet. Stikk tre- eller aluminiumstavler i hvert hull. Skjær de 2 pingpongkulene i midten og stikk hver på stengene, alle med den konkave delen på samme side. De omtrentlige målingene er vist i diagrammet.

Lag et hull i midten av CAP 2,5 cm med kulelagerets diameter. Bruk øyeblikkelig lim for å lime det på lokket. Bruk også natron veldig forsiktig.

Sett aluminiumsrøret inn i kulelageret i en kompatibel høyde (se bildet). Hvis den ikke er riktig justert, legg en limdråpe forsiktig.

Montering av hallmodulen

Ved kanten av CAP, lag et lite hull for å passere hodet til Hall -sensoren.

Lim neodymmagneten på siden av plasthettene i henhold til bildet.

Bruk de tre ledningene i forskjellige farger for å koble sensormodulen.

Sett inn Hall -modulen og rett sensoren mot magneten i en avstand på 2 til 4 mm. Test om rotasjonen av akselen ikke treffer magneten med sensoren.

Bruk et 3,7 V batteri for å teste om modulen reagerer på magnetens tilnærming ved å dreie ledningen til hver kontakt. Hvis lysdioden slås på, er alt ok. Hvis ikke, flytt sensoren nærmere magneten til LED -en slås på.

Hvis alt er ok, fikser du modulen i støtten med en limdråpe.

Til slutt vil den andre enden av stangen sitte fast i plastlokket med lim og natron, og justere riktig høyde.

Identifisere ledningene

Identifiser alle kablene - VCC, GND og Signal - for å lette tilkoblingen til nodemcu.

Trinn 7: Putting All Together

Nå kan du montere de to enhetene sammen ved hjelp av "T" -forbindelsen og et stykke PVC -rør som vist på bildet. Ikke bruk lim, for hvis det er behov for noen justeringer eller vedlikehold, vil det ikke være mulig. Jeg laget små hull og brukte skruer for å holde dem tette. Før kablene til de to enhetene gjennom røret. Siden vindmåleren vil bli installert på taket av huset, laget jeg også 3 meter kabler for å koble den til nodemcu som skal installeres innendørs.

Trinn 8: Koble til Nodemcu og installasjon

Diagrammene viser riktig tilkobling av hver kabel. For å teste operasjonen brukte jeg en 0,96 OLED -skjerm for å lese målingene og kontrollere at de er riktige, koble til OLED på denne måten:

D1 - SCL

D2 - SDA

VCC og GND

For å installere i taket er det bare å holde hele enheten på riktig nivå. For det bruker du et boblenivå og mange store skruer. Og ikke glem å adressere nord for vindmåleren din for det geografiske nordlige av kompasset. Ellers vil vindretningen ikke stemme overens med virkeligheten.

Og det er alt. I neste innlegg vil jeg forklare skissen som skal lastes inn i nodemcu ved hjelp av Arduino IDE.

Hvis du er i tvil, ikke nøl med å kontakte meg.

Hilsen

Storpris i IoT -utfordringen