Low Power Weather Station: 6 trinn (med bilder)

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

Nå i den tredje versjonen og etter å ha blitt testet i over to år, blir værstasjonen min oppgradert for bedre laveffektytelse og pålitelighet for dataoverføring.

Strømforbruk - ikke et problem i andre måneder enn desember og januar, men i disse veldig mørke månedene klarte solcellepanelet, selv om det var vurdert til 40 watt, ikke å holde tritt med systemets etterspørsel … og det meste av etterspørselen kom fra 2G FONA GPRS -modulen som overfører dataene direkte til interwebs.

Det neste problemet var med selve FONA GPRS -modulen, eller mer sannsynlig mobiltelefonnettverket. Enheten fungerer perfekt i uker / måneder, men stopper plutselig uten noen åpenbar grunn. Tilsynelatende prøver nettverket å sende en slags "systemoppdateringsinformasjon" som, hvis den ikke godtas, får enheten til å starte opp fra nettverket, så GPRS er egentlig ikke en vedlikeholdsfri løsning for dataoverføring. Det er synd, for da det fungerte, fungerte det veldig bra.

Denne oppgraderingen bruker LoRa -protokollen med lav effekt til å sende dataene til en Raspberry Pi lokal server, som deretter sender den videre til interwebs. På denne måten kan værstasjonen i seg selv være lav effekt på et solcellepanel og den "tunge løftingen" av prosessen, gjort et sted innenfor WIFI -området på strømnettet. Selvfølgelig, hvis du har en offentlig LoRa -gateway innenfor rekkevidde, ville Raspberry Pi ikke være nødvendig.

Det er enkelt å bygge opp PCB for værstasjonen, ettersom SMD -komponentene alle er ganske store (1206) og alt på kretskortet fungerer 100%. Noen av komponentene, nemlig blåseinstrumentene, er ganske dyre, men kan noen ganger bli funnet brukt på Ebay.

Trinn 1: Komponenter

Arduino MKR1300 LORAWAN ……………………………………………………………………. 1 av

Raspberry Pi (valgfritt avhengig av lokal LoRa -gateway -tilgjengelighet) ………… 1 av

BME280 for trykk, fuktighet, temperatur og høyde ………………………….. 1 av

RJ 25-kontakt 477-387 …………………………………………………………………………… 1 av

L7S505 ……………………………………………………………………………………………………. 1 av

Piper 754-2053 ……………………………… 1 av

Shottky -diode (1206) …………………………………… 2 av

R1K restaurerer …………………………………… 3 av

R4.7K motstand ………………………………… 1 av

C100nF kondensator …………………………….. 3 av

R100K ………………………………………………… 1 av

R10K …………………………………………….. 4 av

C1uF ……………………………………………… 1 av

C0.33uF ………………………………………… 1 av

R100 …………………………………………….. 1 av

R0 ……………………………………………….. 1 av

Dallas DS18B20 temperatursonde ………… 1 av

PCB …………………………………………………………… 1 av

Regnmåler ……………………………………………. 1 av

Jordsonde ……………………………………… 1 av (se trinn 6 for DIY -sonde)

A100LK vindmåler ………………………….. 1 av

W200P vindvinge ………………………………..1 av

Trinn 2: Slik fungerer det

Det er lett nok å få sensorer til å fungere for ting som temperatur, fuktighet og trykk, men noen av de andre er ganske vanskelige, selv om all koden er inkludert i denne bloggen.

1. Regnmåleren er på et "avbrudd" og fungerer når en endring oppdages. Regnet kommer inn i instrumentet og drypper ned på en vippe som vipper over når den ene enden er full, og utløser en magnetisk sensor to ganger når den går over. Regnsensoren går foran alt og fungerer selv om data overføres.

2. Vindmåleren fungerer ved å sende en lav effektpuls, hvis frekvens er avhengig av hastigheten. Det er veldig enkelt å kode og bruker svært lite strøm, selv om det må registreres omtrent en gang hvert sekund for å få de sterkeste vindkastene. Koden holder et løpende notat om gjennomsnittlig vindhastighet og maksimal vindkast under innspillingsøkten.

3. Selv om vindhjulet ved første tankegang ville være lett å kode, er det mye mer komplisert når vanskelighetene er utforsket. I hovedsak er det bare et potensiometer med veldig lavt dreiemoment, men problemet med å få avlesninger fra det forsterkes av det faktum at det har en kort "død sone" rundt nordretningen. Det må trekke ned motstander og kondensatorer for å forhindre rare avlesninger i nærheten av nord som deretter forårsaker ikke -linearitet i avlesningene. Fordi avlesningene er polare, er gjennomsnittlige gjennomsnittlige gjennomsnittsberegninger ikke mulige, og derfor må den mer kompliserte modusen beregnes, noe som innebærer å lage et massivt utvalg av omtrent 360 tall! …. Og det er ikke slutten på det …. Det må tas spesiell hensyn til hvilken kvadrant sensoren peker inn som om den er i kvadranten på hver side av nord, modusen må behandles annerledes.

4. Jordfuktigheten er en enkel konduktivitetsprobe, men for å spare energi og forhindre korrosjon pulseres den veldig raskt med en av Arduinos ekstra digitale pinner.

5. Systemet sender data fra Arduino til Raspberry Pi (eller LoRa -gatewayen), men trenger også et "ring tilbake" fra mottakeren for å bekrefte at det faktisk har mottatt dataene riktig før det tilbakestilles alle de forskjellige tellere og gjennomsnitt og tar en nytt sett med avlesninger. En innspillingsøkt kan vare omtrent 5 minutter hver, hvoretter Arduino prøver å sende dataene. Hvis dataene er ødelagt eller det ikke er noen internettforbindelse, blir innspillingsøkten forlenget til tilbakeringingen indikerer suksess. På denne måten vil ingen maksimal vindkast eller regnmåling gå glipp av.

6. Selv om det er utenfor omfanget av denne bloggen, en gang på internett -serveren (det er en stor datamaskin som ligger i Ipswich, Storbritannia), blir dataene deretter samlet til en MySQL -database som du kan få tilgang til ved hjelp av enkle PHP -skript. Sluttbrukeren kan også se dataene som vises i flotte ringer og grafer takket være proprietær Java -programvare fra Amcharts. Så kan 'sluttresultatet' sees her:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

Trinn 3: Filer

Alle Arduino-, Raspberry Pi -kodefiler og filen for å lage kretskortet på 'Design Spark' -programvare loaktes i Github -depotet her:

github.com/paddygoat/Weather-Station

Trinn 4: Populere PCB

Det kreves ingen sjablong for lodding av SMD -komponentene - bare dupp litt loddetinn på PCB -putene og legg komponentene med noen pinsett. Komponentene er store nok til å gjøre alt med øyet, og det spiller ingen rolle om loddetinn ser rotete ut eller komponentene er litt utenfor sentrum.

Plasser kretskortet i en brødristerovn og varm opp til 240 grader C ved hjelp av en K -termometerprobe for å overvåke temperaturene. Vent i 30 sekunder ved 240 grader og slå deretter av ovnen og åpne døren for å slippe varmen.

Nå kan resten av komponentene loddes for hånd.

Hvis du vil kjøpe en PCB, kan du laste ned gerber -filene med glidelås her:

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

og last dem opp til JLC her:

Velg 100 x 100 mm brettstørrelse og bruk alle standardinnstillingene. Kostnaden er $ 2 + porto for 10 brett.

Trinn 5: Distribusjon

Værstasjonen er utplassert midt på et felt med blåseinstrumentene på en høy stolpe med fyrkabler. Detaljer om distribusjon er gitt her:

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

Trinn 6: Forrige arbeid

Dette instruerbare er det siste trinnet i pågående prosjekt som har sin utviklingshistorie i syv andre tidligere prosjekter:

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…