Hur man bygger en egen vindmätare med hjälp av Reed Switches, Hall Effect Sensor och några rester på Nodemcu. - Del 1 - Hårdvara: 8 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

Introduktion

Sedan jag började med studierna av Arduino and the Maker Culture har jag tyckt om att bygga användbara enheter med skräp- och skrotbitar som flaskhattar, bitar av PVC, dryckburkar, etc. Jag älskar att ge ett nytt liv åt vilken bit eller vilken som helst material. En stor del av materialet som används här är skrot som tas bort från viss utrustning och återvinns

När jag startade ett projekt med en egen väderstation insåg jag att mätningen av vindens intensitet och riktning inte skulle vara särskilt lätt eller billig. Efter flera månader presenterar jag för dig detta projekt som använder mestadels återvunnet material och mycket billiga elektroniska delar som lätt kan hittas i alla elektroniska butiker.

Det här inlägget har 2 delar.

Del 1 - Konstruktion av enheterna Vindmätare och vindrörsriktning.

Del 2 - Skissen med Arduino IDE för Esp8266 Nodemcu och överföring till ThingSpeak.

Se videon för att veta den slutliga lösningen.

Hur man bygger en egen vindmätare med hjälp av Hall Effect Sensor och Reed Switches

Projekt beskrivning

Vindmätaren är en enhet som kan mäta vindhastigheten och dess riktning. Med hjälp av en Hall Effect -sensor kan vi räkna hur många rotationer kopparna ger under en viss tid. Vindens intensitet är proportionell mot axelns rotationshastighet. Med några enkla fysikekvationer kan du bestämma vindens linjära hastighet i det ögonblicket. Vi kommer att förklara dem alla i del 2.

Och vindens riktning kommer vi att mäta genom en vindruta med en neodymiummagnet och vassströmställare. Skoveln pekar i vindens riktning och magneten fäst vid den kommer att ansluta vassomkopplarna så att den elektriska strömmen kan passera genom anslutningen (eller anslutningarna). Kretsar som har positiv ström indikerar vindens riktning, som en kompass.

Vi har 8 kretsar som kommer att emulera 16 riktningar: 4 kardinal- och 4 säkerhetspunkter när 1 switch är aktiverad (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW) och när 2 switchar aktiveras samtidigt har vi 8 sub -säkerhet poäng (NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW).

Vindens hastighet och riktning beräknas och bestäms av en skiss i nodemcu. Men detta kommer att förklaras i del 2. Låt oss nu gå till hårdvaruaggregatet.

Friskrivningsklausul: Denna vindmätare bör inte användas för professionella ändamål. Det är endast för akademiskt eller hemligt bruk.

Obs: Engelska är inte mitt naturliga språk. Om du hittar grammatiska fel som hindrar dig från att förstå projektet, vänligen meddela mig för att korrigera dem. Tack så mycket.

Steg 1: Materialförteckning

Vindfläkt

8 x Reed -omkopplare

8 x 10 k ohm motstånd

10 cm PVC -rör

2 PVC -lock 5 cm i diameter

1 PVC -lock 2,5 cm i diameter

1 CD4051 analog multiplexer

1 plastskiva

20 x 20 stark plastbit

1 Neodymiummagnet (Magnetens dimensioner måste göra det möjligt att ansluta två omkopplare samtidigt. Min är 0,5 x 0,5 cm och det går bra.)

10 trådar i olika färger

1 Generiskt kretskort

1 kullager med samma diameter på aluminiumrören

1 aluminiumrör ca 20 cm

1 aluminiumrör ca 10 cm

1 slangklämma

Epoximassa

Instant Lim - cyanoakrylat och natriumbikarbonat

Vindmätare

2 pingisbollar

4 trä- eller aluminiumpinnar ca 12 cm

1 kullager

1 aluminiumrör ca 5 cm

3 trådar i olika färger

1 hallsensor SS49E

1 neodymium magnet

Epoximassa och snabblim - cyanoakrylat och natriumbikarbonat

2 plastkranar ca 3 a 5 cm i diameter

1 PVC -lock och 5 cm PVC -rör

1 PVC -lock 2,5 cm i diameter

• Nodemcu
• Plastfodral för elektroniska projekt
• Lödkolv
• 1 PVC -rör ca 2 meter och "T" PVC -kontakt
• 1 PVC 90 graders anslutning
• 5V strömförsörjning (jag använder solpanel)

Steg 2: Montering av Wind Vane Rosetta

Reedbrytare och motstånd monterade på kretskort

Skär det generiska kretskortet i form av en cirkel med en något mindre diameter än PVC -locket, eftersom det kommer att passa in i det när det är klart.

Böj benen på vassströmställaren i 90 grader så att de försiktigt passar in i kretskortet för att inte bryta skyddsglaset. Idealet är 3 mm från glaset. Montera varje vassomkopplare enligt diagrammet. Siffer var och en från 0 till 7 som diagrammet. Korrekt identifiering kommer att vara viktigt vid anslutning av terminalerna till multiplexorn. Använd lödkolven för att lödda dem på tallriken.

Placera varje motstånd som diagrammet där en av terminalerna är lödda i en av terminalerna på vredströmställaren och den andra är gemensam för alla motstånd, placerade i mitten av kretskortet.

Löd en kopparkabel som ansluter alla externa terminaler på vibrytarna och lämnar de två sista utan anslutning. Som en ring. Svetsordningen spelar ingen roll.

Vid korsningen mellan varje motstånd och vassomkopplare lödtråd i varje färg. De är 8 olika. Löd en röd tråd till kopparringen på vassomkopplarna som en positiv och en svart tråd till korsningen av alla motstånd i mitten av "rosetta", som en negativ.

Titta på diagrammen och var noga med att behålla numreringen av kablarna för anslutning till multiplexern.

Testa anslutningarna före montering

Innan du fortsätter med monteringen föreslår jag att du testar anslutningarna. Använd en LED, vilket 18650 -batteri som helst 3,7 V, en neodymiummagnet och kablar med krokodilklor. Anslut batteriet till plintarna VCC och GND och krokodilkabeln i GND med den andra änden i minus på lysdioden (använd en blå som inte behöver ett motstånd). Anslut den andra kabeln till lysdiodens plus och den andra till varje kabel som är ansluten till omkopplarna. För nu magneten genom ytterkanten på den anslutna omkopplaren. Om lysdioden lyser är det ok. Kontrollera svetsarna om den inte slås på. För att testa två anslutningar samtidigt, använd en annan kabel och en annan LED samtidigt. När magneten passerar mellan två omkopplare bör de två lysdioderna lysa. Det är väsentligt att båda lysdioderna tänds samtidigt så att den elektriska signalen kan representera sub-säkerhetspunkter i kompassen som ENE, ESE, SSW, NNW, etc.

Steg 3: Anslutningar till och från CD4051 -multiplexer

CD4051 analog multiplexer

Multiplexorer är kombinationskretsar med flera ingångar och enstaka datautgångar. De är utrustade med kontrollingångar som kan välja en, och endast en, av dataingångarna för att tillåta deras överföring från den valda ingången till nämnda utgång.

Om du inte känner till hur CD4051 fungerar, rekommenderar jag att du läser databladet som du hittar på webben. Sammanfattningsvis har 4051 8 analoga ingångar numrerade från 0 till 7, 3 och stift A, B och C som tillsammans gör det möjligt att läsa ingångarna och definiera vilken analog utgång som ansluts. Vid varje avläsning analyserar programvaran vilka anslutningar som har positiv ström och indikerar vindens motsvarande riktning. Detta kommer att förklaras i detalj i del 2 av inlägget. Titta på diagrammet för att se hur rosettan är ansluten till multiplexern.

Anslutningar till Nodemcu

Vi behöver 8 kablar för att ansluta Nodemcu. Se diagrammet.

1 par positiva (röda) och jordade (svarta) ledningar som levererar ström till rosettan

1 par positiva (röda) och jordade (svarta) kablar som levererar ström till CD4051

1 kabel för analog utgång A0 (grå)

1 kabel för digital ingång på stift A = D5 (blå)

1 kabel för digital ingång på stift B = D4 (grön)

1 kabel för digital ingång på stift C = D3 (gul)

Jag använde en 10-trådig telefonkabel i olika färger för att underlätta slutmonteringen.

Identifiera var och en av kablarna med motsvarande adress för att underlätta slutmonteringen.

Steg 4: Montera allt i PVC -stativet

Montering av stödet

Ta locket med 5 cm diameter PVC, en bit PVC -rör och locket med 2,5 cm i diameter och limma dem alla med snabblim enligt bilden. Du kan också göra ett hål med rörets diameter för att förbättra anslutningen mellan bitarna. Efter att alla bitar har limmats applicera mer lim på de limmade kanterna på varje bit och täck omedelbart med bakpulver. När du torkar limmet har du mycket bra hårdhet.

Du bör också fästa silikon på kanten av locket som gör det möjligt att täta föreningen mellan de två locken och underlätta montering av rosetta. Låt dem torka innan du fortsätter.

För försiktigt in den rosetta som redan är monterad på stödstycket och att den sitter tätt mot kanten på locket. Kom ihåg att vi kommer att montera en andra CAP ovanför detta. Se bilden med den slutliga lösningen. Och identifiera var och en av kablarna för att underlätta anslutningar med nodemcu.

Steg 5: Montering av vanan

Montering av bladets struktur

Gör en pekare med epoximassa med formen som visas på bilden. När det är ordentligt torrt väger du biten och sparar värdet.

Ta plastbiten och skär den symmetriskt för den bakre delen av skoveln som tjänar till att styra vinden. Väg också och spara värdet.

Ta en av aluminiumrören och stick pekaren och vädervingan med omedelbart lim med alla bitar uppställda i mitten. Gör detsamma som du gjorde tidigare med bakpulver för att öka hårdheten hos var och en av de limmade delarna.

Ta det andra aluminiumröret och låt oss avgöra var det kommer att fastna i det andra röret. För att bibehålla jämvikten i stycket bör avståndet med vikten av ryggen vara lika med avståndet med pekarens vikt. (Se beräkningar som visas i diagrammet.) Avståndsmätningar bör göras mer eller mindre till masscentret för varje bit. Använd omedelbart lim och bakpulver.

Gör ett hål i mitten av locket med kullagerets diameter. Använd omedelbart lim för att fästa det på locket. Viktigt att välja kullager som har samma innerdiameter som skovelns vertikala aluminiumrör.

Ta slutligen plastskivan med en ungefärlig diameter på 4,5 cm och stick en liten metallbit på kanten. Se bilden På detta sätt kommer du att kunna "sticka" neodymiummagneten och justera den när du kalibrerar instrumentet. Det kan flyttas i flera riktningar för att gissa avläsningarna av mätningarna.

Placera plastskivan med metalldelen fast i samma riktning som den horisontella aluminiumrörspekaren. Detta är viktigt för magneten att indikera samma riktning som skoveln.

För att underlätta den slutliga monteringen av vindmätaren och rikta in norr om skoveln mot norrgeografin, tryck en vindros och klistra på locket på locket. Skivan kommer att fastna i aluminiumröret, men först sätt in aluminiumröret i kullagret och sätt in aluminiumröret i skivan. Justera höjden så att avståndet mellan magneten och kanten på locket är mellan 1 och 1,5 cm. Det måste vara tillräckligt för att magneten ska ansluta reed -omkopplaren korrekt. Stick skivan med omedelbart lim och kalciumbikarbonat så horisontellt som möjligt.

Montera de två bitarna genom att rikta norr om vindrosen i linje med omkopplaren nummer 0 (representerar norr) och använd en klämma för att ansluta dem. Använd inte lim eftersom du måste passa och kalibrera många gånger innan du är helt redo.

Titta på bilderna för att se den slutliga lösningen.

Steg 6: Stoppa vindmätaren

Montering av stödet

Ta de två plastlocken och klistra fast med omedelbart lim. Borra 4 hål i locken enligt diagrammet. Stick trä- eller aluminiumstavar i varje hål. Skär de 2 pingisbollarna i mitten och stick var och en på stavarnas extremiteter, alla med den konkava delen på samma sida. De ungefärliga mätningarna visas i diagrammet.

Gör ett hål i mitten av locket 2,5 cm med kullagerets diameter. Använd omedelbart lim för att fästa det på locket. Använd också bakpulver mycket försiktigt.

För in aluminiumröret i kullagret på en kompatibel höjd (se bild). Om den inte är korrekt justerad, lägg en limdroppe försiktigt.

Montering av hallmodulen

Vid kanten av CAP, gör ett litet hål för att passera huvudet på hallsensorn.

Lim neodymmagneten på sidan av plastlocken enligt bilden.

Använd de tre olika färgade trådarna för att ansluta sensormodulen.

Sätt i Hall -modulen och rikta sensorn mot magneten på ett avstånd av 2 till 4 mm. Testa om axelns rotation inte träffar magneten med sensorn.

Använd ett 3,7 V batteri för att testa om modulen svarar på magnetens tillvägagångssätt genom att vrida lysdioden till varje kontakt. Om lysdioden tänds är allt ok. Om inte, flytta sensorn närmare magneten tills lysdioden tänds.

Om allt är ok, fixa modulen i stödet med en limdroppe.

Slutligen kommer den andra änden av staven att fastna i plastlocket med snabblim och bakpulver, justera rätt höjd.

Identifiera trådarna

Identifiera alla kablar - VCC, GND och Signal - för att underlätta anslutningen med nodemcu.

Steg 7: Att sätta ihop allt

Nu kan du montera de två enheterna tillsammans med "T" -anslutningen och en bit PVC -rör som visas på bilden. Använd inte lim eftersom det är omöjligt att justera eller underhålla det. Jag gjorde små hål och använde skruvar för att hålla dem täta. För kablarna till de 2 enheterna genom röret. Eftersom vindmätaren kommer att installeras på husets tak, gjorde jag också 3 meter kablar för att ansluta den till nodemcu som kommer att installeras inomhus.

Steg 8: Anslutning av Nodemcu och installation

Diagrammen visar korrekt anslutning av varje kabel. För att testa operationen använde jag en 0,96 OLED -skärm för att läsa mätningarna och verifiera att de är korrekta, anslut OLED på detta sätt:

D1 - SCL

D2 - SDA

VCC och GND

För att installera i taket är det bara att hålla hela enheten på rätt nivå. För det använder du en bubbelnivå och många stora skruvar. Och glöm inte att ta upp norr om din vindmätare för den geografiska norr om din kompass. Annars kommer vindens riktning inte att motsvara verkligheten.

Och det är allt. I nästa inlägg kommer jag att förklara skissen som ska laddas i nodemcu med Arduino IDE.

Om du är osäker, tveka inte att kontakta mig.

Hälsningar

Stora priset i IoT -utmaningen