Stesen Cuaca Daya Rendah: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Sekarang dalam versi ketiga dan telah diuji selama lebih dari dua tahun, stesen cuaca saya ditingkatkan untuk prestasi kuasa rendah dan kebolehpercayaan pemindahan data yang lebih baik.

Penggunaan tenaga - tidak menjadi masalah pada bulan-bulan selain bulan Disember dan Januari, tetapi pada bulan-bulan yang sangat gelap ini panel solar, walaupun dinilai pada 40 Watt, tidak dapat memenuhi permintaan sistem … dan kebanyakan permintaan berasal dari modul 2G FONA GPRS yang menghantar data terus ke interweb.

Masalah seterusnya adalah dengan modul FONA GPRS itu sendiri, atau lebih mungkin rangkaian telefon bimbit. Peranti akan berfungsi dengan sempurna selama berminggu-minggu / bulan, tetapi kemudian tiba-tiba berhenti tanpa sebab yang jelas. Rupa-rupanya rangkaian cuba menghantar semacam 'maklumat kemas kini sistem' yang, jika tidak diterima, menyebabkan peranti dimatikan dari rangkaian, jadi GPRS sebenarnya bukanlah penyelesaian bebas penyelenggaraan untuk penghantaran data. Ia memalukan kerana ketika bekerja, ia berfungsi dengan baik.

Peningkatan ini menggunakan protokol LoRa berkuasa rendah untuk menghantar data ke pelayan tempatan Raspberry Pi, yang kemudian akan mengirimkannya ke interweb. Dengan cara ini, stesen cuaca itu sendiri boleh menjadi tenaga rendah pada panel suria dan bahagian 'pengangkat berat' dari proses, yang dilakukan di suatu tempat dalam jangkauan WIFI pada kuasa utama. Sudah tentu, jika anda mempunyai gateway LoRa awam dalam jangkauan, Raspberry Pi tidak diperlukan.

Membangun PCB stesen cuaca mudah kerana komponen SMD semuanya cukup besar (1206) dan semua yang ada di PCB berfungsi 100%. Sebilangan komponennya, iaitu alat angin, agak mahal tetapi kadang-kadang boleh didapati di Ebay.

Langkah 1: Komponen

Arduino MKR1300 LORAWAN ………………………………………………………………. 1 daripada

Raspberry Pi (pilihan bergantung pada ketersediaan gerbang LoRa tempatan) ………… 1 dari

BME280 untuk tekanan, kelembapan, suhu dan ketinggian ………………………….. 1 dari

Penyambung RJ 25 477-387 ……………………………………………………………………… 1 dari

L7S505 ………………………………………………………………………………………………. 1 daripada

Beeper 754-2053 ……………………………… 1 dari

Dioda Shottky (1206) …………………………………… 2 dari

Pemulihan R1K …………………………………… 3 dari

Perintang R4.7K ………………………………… 1 dari

Kapasitor C100nF …………………………….. 3 dari

R100K …………………………………………… 1 dari

R10K …………………………………………….. 4 dari

C1uF ……………………………………………… 1 dari

C0.33uF ………………………………………… 1 dari

R100 …………………………………………….. 1 daripada

R0 ……………………………………………….. 1 daripada

Siasatan suhu Dallas DS18B20 ………… 1 daripada

PCB ……………………………………………………… 1 dari

Tolok hujan ……………………………………………. 1 daripada

Penyelidikan tanah ……………………………………… 1 dari (lihat langkah 6 untuk penyelidikan DIY)

Anemometer A100LK ………………………….. 1 daripada

Baling-baling angin W200P ………………………………..1 dari

Langkah 2: Bagaimana Ia Berfungsi

Cukup mudah untuk membuat sensor berfungsi untuk perkara seperti suhu, kelembapan dan tekanan tetapi beberapa yang lain agak rumit, walaupun semua kodnya disertakan dalam blog ini.

1. Alat pengukur hujan di 'interrupt' dan berfungsi apabila perubahan dikesan. Hujan memasuki instrumen dan meneteskan pada rocker gergaji yang menggegarkan sekali satu hujungnya penuh, memicu sensor magnet dua kali ketika bergerak. Sensor hujan mendahului segala-galanya dan berfungsi walaupun data sedang dihantar.

2. Anemometer berfungsi dengan menghantar nadi daya rendah, frekuensi bergantung pada kelajuannya. Sangat mudah untuk dikod dan menggunakan kuasa yang sangat sedikit walaupun perlu mencatat sekitar sekali setiap detik untuk menangkap hembusan yang paling teruk. Kod ini menyimpan catatan tentang kelajuan angin rata-rata dan hembusan maksimum semasa sesi rakaman.

3. Walaupun pada fikiran pertama baling-baling angin mudah dikodkan, setelah selok-belok diterokai, ini jauh lebih rumit. Pada hakikatnya, itu hanya potensiometer tork yang sangat rendah, tetapi masalah untuk mendapatkan pembacaan dari itu diburukkan lagi oleh fakta bahawa ia mempunyai 'zon mati' pendek di sekitar arah utara. Ia memerlukan perintang tarik dan kapasitor untuk mengelakkan pembacaan pelik di utara yang kemudian menyebabkan bacaan tidak linear. Juga, kerana bacaannya polar, pengiraan rata-rata rata-rata normal tidak dapat dilakukan dan mod yang lebih rumit perlu dikira yang melibatkan membuat susunan besar-besaran sekitar 360 nombor! …. Dan itu bukan penghujungnya…. Pertimbangan khusus harus dibuat mengenai kuadran mana sensor menunjuk seolah-olah berada di kuadran di kedua sisi utara, modus harus diperlakukan secara berbeda.

4. Kelembapan tanah adalah penyias kekonduksian sederhana, tetapi untuk menjimatkan tenaga dan mencegah kakisan, ia cepat berdenyut dengan salah satu pin digital ganti Arduino.

5. Sistem menghantar data dari Arduino ke Raspberry Pi (atau LoRa gateway) tetapi juga memerlukan 'call back' dari penerima untuk mengesahkan bahawa ia benar-benar telah menerima data dengan betul sebelum menetapkan semula semua pelbagai kaunter dan rata-rata dan mengambil set bacaan segar. Sesi rakaman mungkin sekitar 5 minit setiap satu, setelah itu Arduino berusaha mengirim data. Sekiranya data rosak atau tidak ada sambungan internet, sesi rakaman dilanjutkan sehingga panggilan balik menunjukkan kejayaan. Dengan cara ini, tiupan angin dan hujan tidak akan terlepas.

6. Walaupun di luar ruang lingkup blog ini, pernah berada di pelayan internet (ini adalah komputer besar yang terletak di Ipswich, UK), data tersebut kemudian dikumpulkan ke dalam pangkalan data MySQL yang dapat diakses dengan menggunakan skrip PHP sederhana. Pengguna akhir juga dapat melihat data yang dipaparkan dalam panggilan dan grafik mewah berkat perisian Java milik Amcharts. Kemudian 'hasil akhir' dapat dilihat di sini:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

Langkah 3: Fail

Semua fail kod Arduino, Raspberry Pi dan fail untuk membuat PCB pada perisian 'Design Spark' disediakan di repositori Github di sini:

github.com/paddygoat/Weather-Station

Langkah 4: Mengisi PCB

Tidak diperlukan stensil untuk menyolder komponen SMD - hanya oleskan sedikit pateri pada pad PCB dan letakkan komponen dengan beberapa pinset. Komponennya cukup besar untuk melakukan semuanya dengan mata dan tidak menjadi masalah sama ada solder kelihatan tidak kemas atau komponennya agak jauh dari tengah.

Letakkan PCB di dalam oven pemanggang dan panaskan hingga 240 darjah C menggunakan probe termometer jenis K untuk memantau suhu. Tunggu selama 30 saat pada suhu 240 darjah dan kemudian matikan oven dan buka pintu untuk melepaskan panas.

Sekarang komponen yang lain boleh disolder dengan tangan.

Sekiranya anda ingin membeli PCB, muat turun fail gerber yang dizip di sini:

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

dan muat naik ke JLC di sini:

Pilih ukuran papan 100 x 100 mm dan gunakan semua lalai. Kos adalah $ 2 + wang pos untuk 10 papan.

Langkah 5: Penyebaran

Stesyen cuaca dikerahkan di tengah padang dengan instrumen angin di tiang tinggi dengan kabel lelaki. Perincian penggunaan diberikan di sini:

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

Langkah 6: Kerja Sebelumnya

Instruksional ini adalah tahap terbaru dalam projek yang sedang berjalan yang mempunyai sejarah pembangunannya dalam tujuh projek sebelumnya:

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…