Low Power Weather Station: 6 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Nu i den tredje versionen och efter att ha testats i över två år, uppgraderas min väderstation för bättre lågeffektprestanda och dataöverföringssäkerhet.

Strömförbrukning - inte ett problem under andra månader än december och januari, men under dessa mycket mörka månader kunde solpanelen, även om den var rankad till 40 watt, inte hålla jämna steg med systemets efterfrågan … och det mesta av efterfrågan kom från 2G FONA GPRS -modulen som överför data direkt till interwebben.

Nästa problem var själva FONA GPRS -modulen, eller troligen mobiltelefonnätet. Enheten skulle fungera perfekt i veckor / månader, men stannade plötsligt utan någon uppenbar anledning. Tydligen försöker nätverket skicka någon form av "systemuppdateringsinformation" som, om den inte accepteras, får enheten att startas upp från nätverket, så GPRS är egentligen inte en underhållsfri lösning för dataöverföring. Det är synd för när det fungerade fungerade det riktigt bra.

Denna uppgradering använder LoRa -protokollet med låg effekt för att skicka data till en lokal Raspberry Pi -server, som sedan skickar den till interwebben. På detta sätt kan väderstationen i sig vara låg effekt på en solpanel och den "tunga lyft" -delen av processen, som görs någonstans inom WIFI -området på nätström. Naturligtvis, om du har en offentlig LoRa -gateway inom räckvidd, skulle Raspberry Pi inte krävas.

Att bygga upp väderstationens kretskort är enkelt eftersom SMD -komponenterna är alla ganska stora (1206) och allt på kretskortet fungerar 100%. Några av komponenterna, nämligen blåsinstrumenten, är ganska dyra men kan ibland hittas begagnat på Ebay.

Steg 1: Komponenter

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

Raspberry Pi (valfritt beroende på lokal LoRa -gateway -tillgänglighet) ………… 1 av

BME280 för tryck, luftfuktighet, temperatur och höjd ………………………….. 1 av

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

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

Ljudsignal 754-2053 ……………………………… 1 av

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

R1K restaurerar …………………………………… 3 av

R4.7K -motstånd ………………………………… 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 temperatursond ………… 1 av

PCB …………………………………………………………… 1 av

Regnmätare ……………………………………………. 1 av

Jordprob ……………………………………… 1 av (se steg 6 för DIY -sond)

A100LK vindmätare ………………………….. 1 av

W200P vindskovel ………………………………..1 av

Steg 2: Hur det fungerar

Det är lätt nog att få sensorer att fungera för saker som temperatur, luftfuktighet och tryck, men några av de andra är ganska knepiga, även om all kod ingår i den här bloggen.

1. Regnmätaren är på ett "avbrott" och fungerar när en förändring detekteras. Regnet kommer in i instrumentet och droppar ner på en vippvippare som gungar över när ena änden är full och utlöser en magnetisk sensor två gånger när den går över. Regnsensorn har företräde framför allt och fungerar även om data överförs.

2. Vindmätaren fungerar genom att skicka en låg effektpuls, vars frekvens är beroende av dess hastighet. Det är väldigt enkelt att koda och använder väldigt lite ström trots att det måste spela in ungefär en gång varannan sekund för att fånga de allvarligaste vindbyarna. Koden håller en löpande notering av den genomsnittliga vindhastigheten och den maximala vindkastningen under inspelningssessionen.

3. Även om vindskoveln vid första tankarna skulle vara lätt att koda, är det mycket mer komplicerat när krångligheterna har utforskats. I huvudsak är det bara en mycket låg vridmomentpotentiometer, men problemet med att få avläsningar från den förvärras av det faktum att den har en kort "död zon" runt norrriktningen. Det måste dra ned motstånd och kondensatorer för att förhindra konstiga avläsningar nära norr som sedan orsakar icke -linearitet i avläsningarna. Eftersom avläsningarna är polära är normala medelvärdesberäkningar inte möjliga och därför måste det mer komplicerade läget beräknas vilket innebär att man skapar en massiv uppsättning med cirka 360 nummer! …. Och det är inte slutet på det …. Särskild hänsyn måste tas till vilken kvadrant sensorn pekar in som om den befinner sig i kvadranten på vardera sidan av norr, läget måste behandlas annorlunda.

4. Jordfuktigheten är en enkel konduktivitetsprob, men för att spara energi och förhindra korrosion pulserar den mycket snabbt med en av Arduinos extra digitala stift.

5. Systemet skickar data från Arduino till Raspberry Pi (eller LoRa gateway) men behöver också ett "återuppringning" från mottagaren för att bekräfta att det faktiskt har tagit emot data korrekt innan alla olika räknare och medelvärden återställs och tar ett ny uppsättning avläsningar. En inspelningssession kan vara cirka 5 minuter vardera, varefter Arduino försöker skicka data. Om datan är skadad eller det inte finns någon internetanslutning förlängs inspelningssessionen tills återuppringningen indikerar framgång. På detta sätt kommer ingen maximal vindstöt eller regnmätning att missas.

6. Även om det inte är omfattande för denna blogg, en gång på internetservern (det är en stor dator i Ipswich, Storbritannien), samlas data sedan in i en MySQL -databas som kan nås med enkla PHP -skript. Slutanvändaren kan också se data som visas med snygga urtavlor och grafer tack vare proprietär Java -programvara från Amcharts. Då kan 'slutresultat' ses här:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

Steg 3: Filer

Alla Arduino-, Raspberry Pi -kodfiler och filen för att skapa kretskortet på 'Design Spark' -programvara slängs i Github -förvaret här:

github.com/paddygoat/Weather-Station

Steg 4: Befolkning av kretskortet

Ingen stencil krävs för lödning av SMD -komponenterna - bara bada lite löd på PCB -plattorna och placera komponenterna med en pincett. Komponenterna är tillräckligt stora för att göra allt för ögat och det spelar ingen roll om lödet ser rörigt ut eller om komponenterna är lite utanför mitten.

Placera kretskortet i en brödrostugn och värm till 240 grader C med en termometerprob av K -typ för att övervaka temperaturer. Vänta i 30 sekunder vid 240 grader och stäng sedan av ugnen och öppna luckan för att släppa ut värmen.

Nu kan resten av komponenterna lödas för hand.

Om du vill köpa ett kretskort, ladda ner de zippade gerberfilerna här:

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

och ladda upp dem till JLC här:

Välj kartongstorleken 100 x 100 mm och använd alla standardinställningar. Kostnaden är $ 2 + porto för 10 tavlor.

Steg 5: Distribution

Väderstationen är utplacerad mitt på ett fält med blåsinstrumenten på en hög stolpe med killar. Detaljer om distributionen ges här:

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

Steg 6: Tidigare arbete

Detta instruerbara är det senaste steget i pågående projekt som har sin utvecklingshistoria i sju andra tidigare projekt:

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…