Bağımsız Veri Kaydı Anemometresi: 11 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Veri toplamayı ve analiz etmeyi seviyorum. Ayrıca elektronik aletler yapmayı da seviyorum. Bir yıl önce Arduino ürünlerini keşfettiğimde hemen "Çevresel veriler toplamak istiyorum" diye düşündüm. Portland, VEYA'da rüzgarlı bir gündü, bu yüzden rüzgar verilerini yakalamaya karar verdim. Anemometreler için bazı talimatlara baktım ve onları oldukça faydalı buldum, ancak bazı mühendislik değişiklikleri yapmam gerekiyordu. İlk olarak, cihazın bir hafta boyunca kendi kendine yeten, açık havada çalışmasını istedim. İkincisi, çok küçük rüzgar esintilerini kaydedebilmesini istedim, buradaki tasarımların birçoğunun devam etmesi için oldukça kuvvetli rüzgarlar gerekiyordu. Son olarak, verileri kaydetmek istedim. Mümkün olduğunca az atalet ve direnç ile gerçekten hafif bir rotor tasarımına gitmeye karar verdim. Bunu başarmak için tüm plastik parçaları (dişli vinil çubuklar dahil), bilyalı yatak bağlantılarını ve optik sensörleri kullandım. Diğer tasarımlar, manyetik sensörler veya gerçek DC motorlar kullandı, ancak bunların ikisi de rotoru yavaşlattı, optikler biraz daha fazla güç kullanır ancak mekanik direnç sağlamaz. Veri kaydedici, 8 mbit flash çipli bir Atmega328P'dir. SD'ye geçmeyi düşündüm ama maliyeti, güç tüketimini ve karmaşıklığı düşük tutmak istedim. Her saniye iki baytlık dönüş sayımlarını kaydeden basit bir program yazdım. 8 megabit ile bir haftalık veri toplayabileceğimi düşündüm. Orijinal tasarımımda 4 C hücreye ihtiyacım olacağını düşündüm, ancak bir hafta sonra hala tam olarak şarj oldular, bu yüzden güç tüketiminde büyük bir düşüş yaşamış olmalıyım. Lineer regülatör kullanmadım, tüm voltaj raylarını 6V'a sürdüm (bazı parçalar 3,3V olarak derecelendirilmiş olsa da. Çok fazla tasarım!). Verileri indirmek için flaşı okuyan ve onu arduino seri monitörüne atan karmaşık bir sistemim vardı ve kesip Excel'e yapıştırdım. Flaşı standart hale getirmek için bir komut satırı USB uygulamasının nasıl yazılacağını anlamaya çalışmak için zaman harcamadım, ancak bir noktada bunu çözmem gerekecek. Sonuç oldukça şaşırtıcıydı, başka bir rapor için sakladığım bazı çok ilginç eğilimleri gözlemleyebildim. İyi şanlar!

Adım 1: Rotoru Oluşturun

Rotor bardakları için birkaç farklı fikir denedim: paskalya yumurtaları, pinpon topları, plastik bardaklar ve boş Noel ağacı süs topları. Birkaç rotor yaptım ve hepsini bir dizi rüzgar hızı sağlayan bir saç kurutma makinesiyle test ettim. Dört prototipten en çok süs kabukları işe yaradı. Ayrıca, yapıştırmayı kolaylaştıran ve polikarbonat çimento ile iyi çalışan sert plastikten yapılmış bu küçük tırnaklara da sahiptiler. Küçük, orta ve büyük (yaklaşık 1 "ila yaklaşık 6") olmak üzere birkaç farklı şaft uzunluğu denedim ve daha büyük boyutların çok fazla tork verdiğini ve düşük rüzgar hızlarına iyi yanıt vermediğini gördüm, bu yüzden küçük boyutlu şaftlarla gittim. Her şey şeffaf plastik olduğundan, üç bıçağı yakmaya yardımcı olması için kullanışlı küçük bir çıktı aldım. Malzemeler: Süsler Oriental Trading Company'den, "48/6300 DYO CLEAR ORNAMENT" öğesinden geldi, 6$ artı 3$ kargo. Plastik şaftlar ve yapısal disk, yerel bir TAP Plastics mağazasından, parça olarak yaklaşık 4 dolar daha geldi.

Adım 2: Üst Üssü İnşa Edin

Dönme ataletini azaltmak için McMaster Karr'dan dişli bir naylon çubuk kullandım. Rulman kullanmak istedim ama makine rulmanları rotoru yavaşlatan gresle kaplanmış, bu yüzden hiç olmayan ucuz kaykay rulmanları aldım. Sadece CPVC iç çaplı 3/4" boru adaptörünün içine sığdılar.. Yapıyı monte edene kadar, paten yataklarının düzlemsel yükü kaldırdığını fark ettim ve dikey yük uyguluyordum, bu yüzden bir itici yatağı kullanmalıydım., ancak gayet iyi çalıştılar ve muhtemelen presesyon torkundan kaynaklanan sürtünmeyi yönetmeye yardımcı oldular. Şaftın altına bir optik sensör takmayı planladım, bu yüzden CPVC kaplini daha büyük bir tabana monte ettim. Home Depot, karıştırmak için eğlenceli bir yer ve CPVC/PVC bağlantılarını eşleştirin. Sonunda 3/4" dişli CPVC kaplinini bir PVC 3/4" ila 1-1 / 2" redüktöre yerleştirebildim. Her şeyi yerine oturtmak için çok uğraştı ama elektronik için yeterli alan bıraktı. Malzemeler: 98743A235 -- Siyah Dişli Naylon Çubuk (5/16"-18 dişli) 94900A030 -- Siyah Naylon Altıgen Somunlar (5/16"-18 dişli) Ucuz kaykay yatakları 3/4" dişli CPVC adaptörü 3/4" ila 1 -1/2" PVC redüktörden dişli 3/4" boruya Not: PVC ve CPVC kaplin boyutları muhtemelen yanlışlıkla yanlış kullanımı önlemek için aynı değildir; bu nedenle düz bir PVC 3/4" normal adaptörle değiştirmek işe yaramaz, ancak dişli adaptörün DİŞLERİ aynıdır, bu tamamen garip. CPVC kaplin dişleri PVC adaptör burcuna geçer. Adaptör… burç… kaplin… Muhtemelen tüm bu terimleri karıştırıyorum, ancak Home Depot sıhhi tesisat koridorunda 15 dakika sizi haklı çıkaracak.

Adım 3: Optik Kesici

Rotor döndükçe, dönüşü optik bir kesici tarafından sayılır. Bir disk kullanmayı düşündüm ama bu, aydınlatma kaynağını ve dedektörü dikey olarak takmam gerektiği anlamına geliyordu, bu da montajı çok zor olurdu. Bunun yerine yatay montajı tercih ettim ve parke zeminleri korumak için sandalyelerin altına giden küçük bardaklar buldum. Altı parçayı boyadım ve bantladım, bu da bana on iki (neredeyse) tekdüze kenar veya rotorun devri başına 12 tik verecekti. Daha fazlasını yapmayı düşündüm ama dedektörün hızına veya optiklerinin görüş alanına pek aşina değildim. Yani çok daralırsam LED kenarlardan kayabilir ve sensörü etkinleştirebilir. Bu, takip etmediğim başka bir araştırma alanı, ancak keşfetmek iyi olurdu. Boyalı bardağı bir somuna yapıştırdım ve şaftın ucuna tutturdum. Malzemeler: Home Depot Black boyasından sandalye bacak koruyucu fincan şey

Adım 4: Rotoru Takın

Bu noktada oldukça havalı görünmeye başladı. Naylon somunlar gerçekten çok kaygan, bu yüzden birçok kilitli somun kullanmak zorunda kaldım (önceki resimlerden fark etmediyseniz). Ayrıca her iki somunu da kilitleyebilmem için rotorun altındaki kapağa sığacak özel bir düz anahtar yapmam gerekiyordu.

Adım 5: Alt Tabanı İnşa Edin

Alt taban pilleri barındırır ve bir destek yapısı sağlar. Polycase adlı bir şirketten internette oldukça havalı bir su geçirmez kutu buldum. Sıkıca kapanan gerçekten kaygan bir kasa ve vidalar tabanda daha geniştir, böylece kolayca üstten düşmezler. Üst PVC burç için bir PVC montaj elemanı kullandım. Bu alt taban arkadaşı sadece dişli 1-1 / 2" PVC kaplindir. Üst rotor taban basıncı bu kaplin aracılığıyla alt tabana oturur. Daha sonra göreceğiniz gibi, bu parçaları yapıştırmak istediğim için yapıştırmadım. açma ve gerekirse ayarlamalar yapabilme, ayrıca devre kartlarını takarken montaj daha kolay. Malzemeler: Polycase'den su geçirmez kutu, ürün # WP-23F, 12,50 $ Dişli 1-1 / 2" PVC kaplin

Adım 6: Optik Sensörü Oluşturun

Sensör mekanizması bir 940nm LED ve bir Schmitt tetikleyici alıcıdır. Aşkı seviyorum Schmitt tetik devresini seviyorum, tüm sıçrama ihtiyaçlarımı karşılıyor ve CMOS/TTL uyumlu bir sinyal gönderiyor. Tek dezavantajı? 5V çalışma. Evet, tüm tasarımı 6V'a fazla sürdüm, ancak bu kısım olmasaydı 3.3V'a gidebilirdim. Buradaki fikir, bu devrenin, dönerken ışını kesen ve her kenar için mantıksal geçişler üreten rotor kabının altına monte edilmesidir. Bunun nasıl monte edildiğine dair iyi bir resmim yok. Temel olarak iki plastik ofseti alt taban PVC kapline yapıştırdım ve yukarıdan vidaladım. Düzgün bir şekilde oturması için tahtanın kenarlarını zımparalamak zorunda kaldım. Bunun için bir şemam bile yok, gerçekten kolay: sadece Vin'den 1k direnç çalıştırın ve LED'in her zaman açık olması ve dedektörün çıkışının açık pininde olması için kablolayın. Malzemeler: 1 940nm LED 1k direnç 1 OPTEK OPL550 sensör 1 üç pinli fiş (dişi) 1 1,5"x1,5" devre kartı Çeşitli uzunluklarda kablolar Kablolarınızın bir arada olmasını isterseniz ısıyla daralan makaron

7. Adım: Veri Kaydediciyi Oluşturun

Arduino prototipleme panosu, kasaya sığacak kadar büyüktü. EagleCAD'i daha küçük bir devre kartı yerleştirmek için kullandım ve tek bir katmandan çekildim… birkaç boşluğu kapatmak için ihtiyaç duyduğum dört çirkin kablo var.

(Bunu ~ 50mW çalışma gücünde ölçtüğümü sanıyordum ve pillerin Watt-Saatlerine dayanarak, bir haftada 5V'nin altına düşeceğimi düşündüm, ancak 4 C-hücresi tutulduğu için ya güç ölçümüm ya da matematiğim yanlıştı. Oldukça basit bir düzen: sadece bir rezonatör, ATmega328, bir flaş çipi, bir hata ayıklama jumper'ı, bir hata ayıklama LED'i, güç kaynağı kapağı ve hepsi bu kadar. DorkBoard adında benim de kullanabileceğim bir şey var, temelde DIP soketi boyutunda bir ATMega328 geliştirme kartı için gereken her şey. Bir tane satın almayı düşündüm ama benim ayrık yaklaşımım yaklaşık %50 daha ucuzdu. İşte dorkboard bağlantısı:

İşte temel fikir (kaynak kodu daha sonra eklenecektir) kartın nasıl çalıştığı: Jumper "hata ayıklama" moduna ayarlı: optik sensör çıkışına bir değişim değeri kesintisi ekleyin ve test LED'ini dedektörle uyumlu olarak yakıp söndürün. Bu hata ayıklama için çok yardımcı oldu. Jumper "kayıt" moduna ayarlandı: aynı kesmeyi bir sayaca ekleyin ve ana döngüde 1000 ms geciktirin. 1000 msn sonunda 256 baytlık bir flash sayfaya kenar sayılarının sayısını yazın ve sayfa dolduğunda yazıp sayımı sıfırlayın. Basit, değil mi? Oldukça fazla. Winbond flash cihazlarını gerçekten çok seviyorum, 90'larda flash tasarlardım, bu yüzden onları tekrar programlamak eğlenceliydi. SPI arayüzü mükemmel. Kullanımı çok basit. Şemalar ve kaynak kodun kendileri için konuşmasına izin vereceğim. EagleCAD'in harika olduğunu söylemiş miydim? Gerçekten öyle. YouTube'da harika dersler var.

Adım 8: Elektroniği Takın

Yine, burada pek iyi resimlerim yok, ancak PVC'nin içine yapıştırılmış iki plastik ayırıcı hayal ederseniz, her iki levha da içine vidalanmıştır. İşte tabana bağlı kayıt panosunun bir görüntüsü. Dedektör panosu muhafazanın içindedir.

Adım 9: Kalibrasyon

Ham rotor sayılarını MPH'ye çevirebilmek için canavarı kalibre etmek için bir test düzeneği yaptım. Evet, bu bir 2x4. Anemometreyi bir uca, bir hata ayıklama Arduio'yu diğerine bağladım. LCD, rotor sayılarını gösterdi. Süreç şu şekilde ilerledi: 1) Trafiği olmayan uzun ve düz bir yol bulun. 2) 2x4'ü pencereden mümkün olduğunca dışarı çıkacak şekilde tutun 3) iPhone veya Android'inizde ses kaydını açın 4) Elde taşınır cihazınızda dijital bir GPS hız göstergesini açın 5) Sabit bir şekilde birkaç hızda sürün ve duyurun kayıt cihazınıza hız ve ortalama rotor sayar 6) Çarpmayın 7) ? 8) Daha sonra, araba kullanmadığınızda, telefon mesajınızı tekrar oynatın ve verileri excel'e girin ve bir lineer veya üstel veya bir polinomun %99'dan büyük bir R-kare değerine uymasını ümit edin. Bu dönüşüm # daha sonra kullanılacaktır. Cihaz yalnızca ham verileri yakalar, Excel'de MPH'ye (veya KPH'ye) sonradan işledim. (Zor bir kat zeytin rengi boya uyguladığımdan bahsetmiş miydim? Buna "Taktik Veri Kaydı Anemometresi" derdim ama sonra "Taktik"in "siyah" anlamına geldiğini hatırladım.)

Adım 10: Git Biraz Rüzgar Verisi Topla

Hepsi bukadar. Sanırım birkaç resim eksik, ör. Alt tabana sıkıştırılmış dört C-hücresi gösterilmemiştir. Yaylı bir tutucu takamadım, bu yüzden pillerin kendilerine lehimleme uçları verdim. Bu talimatı, oluşturduktan bir yıl sonra yazıyorum ve revizyon # 2'de AA piller kullandım çünkü güç tüketimini fazlasıyla abarttım. AA kullanmak, bir açma-kapama düğmesi eklememe izin verdi ve içeride gerçekten biraz yer açtı, aksi halde oldukça dardı. Genel olarak tasarımdan oldukça memnun kaldım. Aşağıdaki grafik, bir haftalık ortalama verileri göstermektedir. Piller yedinci günde ölmeye başladı. LED'i yaklaşık 1kHz'de daha düşük bir görev döngüsünde çalıştırarak pil ömrünü uzatabilirdim ve rotorun nispeten düşük açısal hızı nedeniyle herhangi bir kenar kaybetmezdim.

İyi eğlenceler! İyileştirme için herhangi bir yer görürseniz bana bildirin!

Adım 11: Kaynak Kodu

Ekli tek bir Arduino kaynak dosyasıdır. GPL yaptım çünkü, hey, GPL.

DÜZENLEME: 1s gecikme () kullanma uygulamamın korkunç bir fikir olduğunu ve h flaşa yazmak ve sensörü okumak için gereken sürenin küçük görünebileceğini, ancak 7 boyunca -10s, bazı önemli kaymalara katkıda bulunur. Bunun yerine, 1Hz zamanlayıcı kesmesi kullanın (328P'deki Zamanlayıcı #1, 1Hz'e mükemmel şekilde kalibre edilebilir). Güvende olmak için, sayfa yazma ve sensör okuma işleminin herhangi bir nedenle 1 saniyeden uzun sürmesi durumunda (düşürülmüş örnekleri ele alın), ancak bir zamanlayıcı kesintisi olması gereken şeyleri yapmanın yolu, bir çit içinde kodlamalısınız. kesin. Şerefe!