Anemometer Pembalakan Data Sendiri: 11 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:07

Saya suka mengumpul dan menganalisis data. Saya juga gemar membina alat elektronik. Setahun yang lalu ketika saya menemui produk Arduino, saya segera berfikir, "Saya ingin mengumpulkan data persekitaran." Hari yang berangin di Portland, OR, jadi saya memutuskan untuk menangkap data angin. Saya melihat beberapa instruksi untuk anemometer dan mendapati ia sangat berguna, tetapi perlu membuat beberapa perubahan kejuruteraan. Mula-mula, saya mahukan peranti ini berjalan sendiri, di luar rumah selama seminggu. Kedua, saya mahu ia dapat merakam hembusan angin yang sangat kecil, beberapa reka bentuk di sini memerlukan angin yang agak kuat untuk bergerak. Terakhir, saya ingin merakam data. Saya memutuskan untuk memilih reka bentuk rotor yang sangat ringan dengan sedikit inersia dan rintangan yang mungkin. Untuk mencapai ini, saya menggunakan semua bahagian plastik (termasuk batang vinil berulir), tali galas bebola, dan sensor optik. Reka bentuk lain menggunakan sensor magnetik atau motor DC sebenar, tetapi kedua-duanya melambatkan pemutar ke bawah, optik menggunakan sedikit tenaga tetapi tidak memberikan ketahanan mekanikal. Pencatat data hanyalah Atmega328P dengan cip kilat 8 mbit. Saya berfikir untuk pergi ke SD, tetapi saya mahu kos, penggunaan kuasa, dan kerumitan tetap rendah. Saya menulis program sederhana yang mencatat jumlah putaran dua byte setiap saat. Dengan 8 megabit saya fikir saya dapat mengumpulkan data sekitar seminggu. Dalam reka bentuk asal saya, saya fikir saya memerlukan 4 sel C, tetapi setelah seminggu ia masih diisi penuh sehingga saya pasti tidak mempunyai pesanan besar dalam penggunaan kuasa. Saya tidak menggunakan pengatur linier, saya mendorong semua rel voltan ke 6V (walaupun beberapa bahagian dinilai 3.3V. Reka bentuk berlebihan Yay!). Untuk memuat turun data, saya mempunyai sistem yang kompleks yang membaca flash dan membuangnya ke monitor bersiri arduino, dan saya memotong dan menempelkannya ke Excel. Saya tidak meluangkan masa untuk mencari tahu bagaimana menulis aplikasi USB baris perintah untuk membuang lampu kilat ke standard, tetapi pada satu ketika saya perlu memikirkannya. Hasilnya agak mengejutkan, saya dapat melihat beberapa tren yang sangat menarik, yang saya simpan untuk laporan lain. Semoga berjaya!

Langkah 1: Bina Rotor

Saya mencuba beberapa idea yang berbeza untuk cawan rotor: telur paskah, bola ping pong, cawan plastik, dan bola hiasan pokok Krismas yang kosong. Saya membina beberapa rotor dan mengujinya dengan pengering rambut, yang memberikan pelbagai kelajuan angin. Dari empat prototaip, cangkang hiasan berfungsi dengan baik. Mereka juga mempunyai tab kecil yang lebih mudah dilekatkan, dan dibuat dari plastik tegar yang berfungsi dengan baik dengan simen polikarbonat. Saya mencuba beberapa panjang poros yang berbeza, kecil, sederhana dan besar (kira-kira 1 "hingga sekitar 6") dan mendapati bahawa saiz yang lebih besar menyiku terlalu banyak dan tidak bertindak balas dengan baik pada kelajuan angin yang rendah, jadi saya pergi dengan poros bersaiz kecil. Oleh kerana semuanya berwarna plastik jernih, saya membuat cetakan kecil yang berguna untuk menolong ketiga-tiga bilah. Bahan: Hiasan berasal dari Syarikat Perdagangan Oriental, item "48/6300 DYO CLEAR ORNAMENT", $ 6 ditambah $ 3 penghantaran. Poros plastik dan cakera struktur berasal dari kedai Plastik TAP tempatan, kira-kira $ 4 lebih banyak.

Langkah 2: Bina Pangkalan Atas

Untuk mengurangkan inersia putaran, saya menggunakan batang nilon berulir dari McMaster Karr. Saya mahu menggunakan galas, tetapi galas mesin dibungkus dengan gris pelambat pemutar, jadi saya membeli beberapa galas papan selaju murah yang tidak ada. Kebetulan dipasang di dalam penyesuai paip diameter 3/4 "CPVC dalaman. Baru saya memasang struktur bahawa saya menyedari galas skate menangani beban satah, dan saya menggunakan beban menegak, jadi saya semestinya menggunakan bantalan pendorong, tetapi mereka bekerja dengan baik, dan mungkin membantu menguruskan geseran dari torsi presesi. Saya merancang untuk memasang sensor optik ke bahagian bawah poros, jadi saya memasang gandingan CPVC ke pangkalan yang lebih besar. Depot Rumah adalah tempat yang menyeronokkan untuk mencampur dan padankan kelengkapan CPVC / PVC. Akhirnya saya dapat memasukkan gandingan CPVC berulir 3/4 "ke dalam pengurang PVC 3/4" hingga 1-1 / 2 ". Diperlukan banyak permainan untuk membuat semuanya sesuai, tetapi meninggalkan ruang yang cukup untuk elektronik. Bahan: 98743A235 - Batang Nilon Berulir Hitam (benang 5/16 "-18) 94900A030 - Nut Hex Nuts Hitam (benang 5/16" -18) Galas papan selaju murah 3/4 "penyesuai CPVC berulir 3/4" hingga 1 -1/2 "Pengurang PVC ke paip berulir 3/4" Catatan: Dimensi gandingan PVC dan CPVC tidak sama, mungkin untuk mengelakkan penyalahgunaan secara tidak sengaja; jadi menukar penyesuai biasa PVC 3/4 "tidak akan berfungsi, namun, KEPERCAYAAN penyesuai berulir adalah sama, yang benar-benar pelik. Gandingan CPVC memasuki benang penyesuai PVC. Adaptor … bushing … gandingan … Saya mungkin mencampuradukkan semua syarat ini, tetapi 15 minit di lorong paip Home Depot akan membuat anda lurus.

Langkah 3: Pengganggu Optik

Semasa pemutar berpusing, putarannya dikira oleh interrupter optik. Saya terfikir untuk menggunakan cakera, tetapi itu bermaksud saya harus melampirkan sumber pencahayaan dan pengesan secara menegak, yang sangat sukar untuk dipasang. Sebagai gantinya, saya memilih pemasangan mendatar dan menemui beberapa cawan kecil yang terletak di bahagian bawah kerusi untuk melindungi lantai kayu keras. Saya melukis dan mencetak enam segmen, yang akan memberi saya dua belas (hampir) tepi seragam, atau 12 kutu setiap revolusi pemutar. Saya berfikir untuk melakukan lebih banyak tetapi tidak begitu biasa dengan kelajuan pengesan, atau pandangan optiknya. Maksudnya, jika saya terlalu sempit, LED mungkin merayap di sekitar tepi dan mengaktifkan sensor. Ini adalah satu lagi bidang penyelidikan yang tidak saya jalani, tetapi bagus untuk diterokai. Saya menempelkan cawan yang dicat ke kacang dan mengikatnya ke hujung batang. Bahan: Cawan pelindung kaki kerusi dari cat Home Depot Black

Langkah 4: Pasang Rotor

Pada ketika ini ia mula kelihatan cukup keren. Kacang nilon benar-benar licin, jadi saya terpaksa menggunakan banyak kunci (sekiranya anda tidak melihat dari gambar sebelumnya). Saya juga harus membuat sepana rata khas untuk dimasukkan ke dalam penutup di bawah pemutar sehingga saya dapat mengunci kedua kacang.

Langkah 5: Bina Pangkalan Bawah

Pangkalan bawah menempatkan bateri dan menyediakan struktur sokongan. Saya menjumpai kotak kalis air yang cukup sejuk dalam talian dari syarikat bernama Polycase. Ini adalah sarung yang sangat licin yang rapat, dan skru lebih lebar di pangkal sehingga tidak mudah jatuh dari atas. Saya menggunakan mate PVC untuk bushing PVC atas. Pasangan dasar bawah ini hanya gandingan PVC berulir 1-1 / 2 ". Tekanan dasar rotor atas sesuai dengan dasar bawah melalui gandingan ini. Seperti yang akan anda lihat kemudian, saya tidak melekatkan kepingan ini bersama kerana saya mahu dapat membukanya dan membuat penyesuaian jika perlu, ditambah pemasangan lebih mudah semasa memasang papan litar. Bahan: Kotak kalis air dari Polycase, item # WP-23F, $ 12.50 Gandingan PVC berulir 1-1 / 2"

Langkah 6: Bina Sensor Optik

Mekanisme sensor adalah LED 940nm dan penerima pencetus Schmitt. Saya suka cinta cinta litar pencetus Schmitt, ia mengurus semua keperluan saya yang tidak berfungsi dan menghantar isyarat yang sesuai dengan CMOS / TTL. Satu-satunya kelemahan? Operasi 5V. Ya, saya melonjakkan keseluruhan reka bentuk menjadi 6V, tetapi saya boleh pergi ke 3.3V jika bukan untuk bahagian ini. Ideanya adalah bahawa litar ini dipasang di bawah cawan pemutar, yang mengganggu rasuk semasa berpusing, menghasilkan peralihan logik untuk setiap tepi. Saya tidak mempunyai gambaran yang baik tentang bagaimana ini dipasang. Pada dasarnya saya menempelkan dua offset plastik ke gandingan PVC asas bawah, dan memasukkannya dari atas. Saya terpaksa mengisar tepi papan agar sesuai dengan kemas. Saya tidak mempunyai skema untuk ini, sangat mudah: jalankan perintang 1k dari Vin dan pasangkannya supaya LED sentiasa menyala dan output pengesan berada pada pinnya. Bahan: 1 940nm LED 1k perintang 1 OPTEK OPL550 sensor 1 palam tiga pin (wanita) 1 papan litar 1.5 "x1.5" Pelbagai panjang wayar Tiub pengecutan panas jika anda suka kabel anda digabungkan

Langkah 7: Bina Data Logger

Papan prototaip Arduino sangat sesuai untuk dimasukkan ke dalam casis. Saya menggunakan EagleCAD untuk meletakkan papan litar yang lebih kecil, dan hilang dari satu lapisan … ada empat wayar jelek yang saya perlukan untuk merapatkan beberapa jurang.

(Saya fikir saya mengukur ini pada ~ 50mW kuasa operasi, dan berdasarkan Watt-Jam bateri, saya fikir saya akan turun di bawah 5V dalam seminggu, tetapi sama ada pengukuran kuasa saya atau matematik saya salah kerana 4 sel C disimpan untuk jangka masa yang lama.) Susun atur yang cukup mudah: hanya resonator, ATmega328, cip kilat, pelompat debug, LED debug, penutup bekalan kuasa, dan itu sahaja. Ada sesuatu yang disebut DorkBoard yang boleh saya gunakan juga, pada dasarnya semua yang diperlukan untuk papan pemuka ATMega328 dalam ukuran soket DIP. Saya mempertimbangkan untuk membeli satu tetapi pendekatan diskrit saya lebih murah sekitar 50%. Berikut adalah pautan dorkboard:

Inilah idea asas (kod sumber akan disertakan kemudian) bagaimana papan berfungsi: Jumper diatur ke mod "debug": pasang gangguan perubahan nilai ke output sensor optik, dan nyalakan LED uji secara serentak dengan pengesan. Ini sangat berguna untuk penyahpepijatan. Jumper ditetapkan ke mod "rakam": pasang gangguan yang sama ke kaunter, dan dalam gelung utama, tunda 1000 msec. Pada akhir 1000 msec, tuliskan bilangan kiraan tepi ke halaman kilat 256-bait, dan apabila halaman penuh, tuliskan dan tetapkan semula kiraannya. Ringkas, bukan? Agak banyak. Saya sangat suka peranti flash Winbond, saya biasa merancang flash pada tahun 90-an, jadi seronok memprogramnya semula. Antara muka SPI cemerlang. Begitu mudah digunakan. Saya akan membiarkan skema dan kod sumber bercakap untuk diri mereka sendiri. Adakah saya menyebut EagleCAD hebat? Ia betul-betul. Terdapat beberapa tutorial hebat di YouTube.

Langkah 8: Pasang Elektronik

Sekali lagi, saya tidak mempunyai banyak gambar yang bagus di sini, tetapi jika anda membayangkan dua penutup plastik terpaku di bahagian dalam PVC, kedua-dua papan dipasang ke dalamnya. Inilah tangkapan papan penebang yang disambungkan ke bahagian bawah. Papan pengesan berada di dalam perumahan.

Langkah 9: Penentukuran

Saya membuat rig ujian untuk mengkalibrasi binatang supaya saya dapat menukar kiraan rotor mentah menjadi MPH. Ya, itu adalah 2x4. Saya melekatkan anemometer ke satu hujung, dan Arduio debug ke ujung yang lain. LCD memaparkan jumlah pemutar. Prosesnya berjalan seperti ini: 1) Cari jalan lurus yang panjang tanpa lalu lintas. 2) Pegang 2x4 sehingga menjulurkan tetingkap sejauh mungkin 3) Hidupkan rakaman suara pada iPhone atau Android anda 4) Hidupkan speedometer GPS digital pada peranti genggam pilihan anda 5) Pandu dengan perlahan pada beberapa kelajuan dan umumkan kepada perekam anda kelajuan dan purata rotor dikira 6) Jangan terhempas 7)? 8) Kemudian, apabila tidak memandu, mainkan semula mesej telefon anda dan masukkan data ke excel dan harap linear atau eksponensial atau polinomial sesuai dengan nilai R-kuadrat lebih besar dari 99% Penukaran ini # akan digunakan di kemudian hari. Peranti hanya menangkap data mentah, saya mengolahnya ke MPH (atau KPH) di Excel. (Adakah saya menyebut bahawa saya menggunakan cat badass dari cat zaitun? Saya akan menyebutnya sebagai "Anemometer Pembalakan Data Taktikal", tetapi kemudian saya teringat bahawa "Taktikal" bermaksud "hitam".)

Langkah 10: Pergi Kumpulkan Beberapa Data Angin

Itu cukup banyak. Saya rasa beberapa gambar hilang, mis. tidak ditunjukkan adalah empat sel C yang dijejalkan ke pangkal bawah. Saya tidak dapat memuatkan pemegang pegas yang dimuatkan sehingga akhirnya saya memateri plumbum ke bateri sendiri. Saya menulis arahan ini setahun setelah saya membuatnya, dan dalam semakan # 2, saya menggunakan bateri AA kerana saya terlalu banyak menilai penggunaan kuasa. Dengan menggunakan AA membolehkan saya menambah suis on-off dan benar-benar membebaskan beberapa ruang di dalamnya, jika tidak, ia cukup ketat. Secara keseluruhan saya cukup berpuas hati dengan reka bentuknya. Grafik di bawah menunjukkan data purata selama satu minggu. Bateri mula mati pada hari ke tujuh. Saya boleh meningkatkan hayat bateri dengan menjalankan LED pada kitaran tugas yang lebih rendah pada kira-kira 1kHz dan saya tidak akan kehilangan tepi kerana halaju sudut pemutar yang relatif rendah.

Berseronok! Beritahu saya jika anda melihat ruang untuk penambahbaikan!

Langkah 11: Kod Sumber

Dilampirkan adalah fail sumber Arduino tunggal. Saya GPL kerana, hei, GPL.

EDIT: Saya ingin menunjukkan bahawa pelaksanaan saya menggunakan kelewatan 1s () adalah idea yang mengerikan dan dalam h Jumlah masa yang diperlukan untuk menulis ke lampu kilat dan membaca sensor mungkin kelihatan kecil, tetapi selama 7 -10s ia menambah beberapa drift yang ketara. Sebaliknya, gunakan pemasa pemasa 1Hz (Pemasa # 1 pada 328P dapat dikalibrasi menjadi 1Hz dengan sempurna). Untuk selamat, anda harus membuat kod di pagar sekiranya penulisan halaman & sensor dibaca untuk beberapa sebab memerlukan masa lebih dari 1 saat (menangani sampel yang dijatuhkan), tetapi gangguan pemasa adalah cara untuk melakukan perkara yang perlu, baik, masa- tepat. Ceria!