Cum să vă construiți propriul anemometru folosind comutatoare Reed, senzor de efect Hall și câteva resturi pe Nodemcu. - Partea 1 - Hardware: 8 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Introducere

De când am început cu studiile Arduino și Maker Culture, mi-a plăcut să construiesc dispozitive utile folosind piese de gunoi și resturi, cum ar fi capace de sticle, bucăți de PVC, cutii de băuturi etc. Îmi place să dau o a doua viață oricărei piese sau oricărei material. O mare parte din materialele utilizate aici sunt resturi scoase din unele echipamente și reciclate

Când am început proiectul unei stații meteo, am realizat că măsurarea intensității și direcției vântului nu ar fi foarte ușoară sau ieftină. După câteva luni vă prezint acest proiect care folosește în mare parte materiale reciclate și piese electronice foarte ieftine ușor de găsit în orice magazin electronic.

Această postare are 2 părți.

Partea 1 - Construcția dispozitivelor Anemometru și direcția paletei.

Partea 2 - Schiță folosind Arduino IDE pentru Esp8266 Nodemcu și transmisie către ThingSpeak.

Vedeți videoclipul pentru a afla soluția finală.

Cum să vă construiți propriul anemometru folosind senzorul de efect Hall și comutatoarele Reed

Descrierea proiectului

Anemometrul este un dispozitiv capabil să măsoare viteza vântului și direcția acestuia. Folosind un senzor de efect Hall, vom putea număra câte rotații dau cupele într-o perioadă de timp. Intensitatea vântului este proporțională cu viteza de rotație a axei. Cu câteva ecuații fizice simple, puteți determina viteza liniară a vântului, în acel moment. Le vom explica pe toate în partea 2.

Și direcția vântului o vom măsura printr-un parbriz cu un magnet de neodim și întrerupătoare reed. Paleta indică direcția vântului și magnetul atașat la acesta va conecta întrerupătoarele reed permițând curentului electric să treacă prin conexiune (sau conexiuni). Circuitele care au curent pozitiv indică direcția vântului, ca o busolă.

Avem 8 circuite care vor emula 16 direcții: 4 puncte cardinale și 4 puncte colaterale atunci când este activat 1 comutator (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW) și când 2 comutatoare sunt activate simultan avem 8 sub colateral puncte (NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW).

Viteza și direcția vântului vor fi calculate și determinate printr-o schiță în nodemcu. Dar acest lucru va fi explicat în partea 2. Acum să mergem la ansamblul hardware.

Declinare de responsabilitate: Acest anemometru nu trebuie utilizat în scopuri profesionale. Este doar pentru uz academic sau casnic.

Notă: Engleza nu este limba mea naturală. Dacă găsiți erori gramaticale care vă împiedică să înțelegeți proiectul, vă rugăm să ne anunțați pentru a le corecta. Mulțumesc mult.

Pasul 1: Lista materialelor

Pală de vânt

8 x comutatoare Reed

Rezistențe de 8 x 10 k ohmi

Țeavă din PVC de 10 cm

2 capace din PVC cu diametrul de 5 cm

1 capac din PVC diametru 2,5 cm

1 CD4051 Multiplexor analogic

1 disc din plastic

20 x 20 bucată din plastic puternic

1 magnet de neodim (Dimensiunile magnetului trebuie să permită conectarea simultană a două comutatoare. Al meu are 0,5 x 0,5 cm și merge bine.)

10 fire de culori diferite

1 PCB generic

1 rulment cu bile cu același diametru al tuburilor din aluminiu

1 tub de aluminiu de aproximativ 20 cm

1 tub de aluminiu de aproximativ 10 cm

1 clemă pentru furtun

Masa epoxidică

Lipici instant - cianoacrilat și bicarbonat de sodiu

Anemometru

2 mingi de ping pong

4 bastoane de lemn sau aluminiu de aproximativ 12 cm

1 rulment cu bile

1 tub de aluminiu de aproximativ 5 cm

3 bucăți de fire de culori diferite

1 senzor hol SS49E

1 magnet de neodim

Masă epoxidică și lipici instant - cianoacrilat și bicarbonat de sodiu

2 robinete din plastic cu diametrul de aproximativ 3-5 cm

1 capac din PVC și țeavă din PVC de 5 cm

1 capac din PVC cu diametrul de 2,5 cm

• Nodemcu
• Cutie din plastic pentru proiecte electronice
• Ciocan de lipit
• 1 țeavă din PVC aproximativ 2 metri și conector din PVC "T"
• 1 conexiune PVC 90 grade
• Alimentare 5V (folosesc panou solar)

Pasul 2: Asamblarea paletei de vânt Rosetta

Comutatoare și rezistențe Reed montate pe PCB

Tăiați PCB-ul generic sub formă de cerc cu un diametru puțin mai mic decât capacul din PVC, deoarece atunci când este gata se va încadra în el.

Îndoiți picioarele comutatorului de stuf în 90 de grade pentru a le încadra în PCB cu grijă, astfel încât să nu rupeți sticla de protecție. Idealul este la 3 mm distanță de sticlă. Montați fiecare comutator de reed conform schemei. Numerați fiecare de la 0 la 7 ca diagramă. Identificarea corectă va fi importantă atunci când conectați terminalele la multiplexor. Folosiți fierul de lipit pentru a le lipi pe farfurie.

Poziționați fiecare rezistor ca diagramă în care unul dintre terminale este lipit într-unul dintre terminalele comutatorului reed și celălalt va fi comun tuturor rezistențelor, poziționate în centrul PCB-ului.

Lipiți un cablu de cupru care conectează toate terminalele externe ale comutatoarelor reed, lăsând ultimele două fără conexiune. Ca un inel. Ordinea de sudare nu contează.

La joncțiunea fiecărui rezistor și a firului de lipire a comutatorului de stuf de fiecare culoare. Sunt 8 diferite. Lipiți un fir roșu la inelul de cupru al trestiei comută ca un pozitiv și un fir negru la joncțiunea tuturor rezistențelor din centrul „rosetei”, ca negativ.

Uitați-vă la diagrame și aveți grijă să păstrați numerotarea cablurilor pentru conectarea la multiplexor.

Testați conexiunile înainte de asamblare

Înainte de a continua asamblarea, vă sugerez să testați conexiunile. Folosiți un led, orice baterie 18650 de 3,7 V, un magnet de neodim și cabluri cu gheare de crocodil. Conectați bateria la bornele VCC și GND și cablul de crocodil din GND cu celălalt capăt în negativul ledului (utilizați unul albastru care nu are nevoie de rezistor). Conectați celălalt cablu la pozitivul ledului și celălalt la fiecare cablu conectat la comutatoare. Acum treceți magnetul prin marginea exterioară a comutatorului conectat. Dacă ledul se aprinde, este în regulă. Dacă nu pornește, verificați sudurile. Pentru a testa două conexiuni în același timp, utilizați simultan un alt cablu și un alt led. La trecerea magnetului între două comutatoare, cele două LED-uri ar trebui să se aprindă. Este esențial ca ambele LED-uri să se aprindă în același timp, astfel încât semnalul electric să poată reprezenta puncte secundare ale busolei, cum ar fi ENE, ESE, SSW, NNW etc.

Pasul 3: Conexiuni la și de la CD4051 Multiplexer

CD4051 Multiplexor analogic

Multiplexerele sunt circuite combinaționale cu mai multe intrări și o singură ieșire de date. Acestea sunt echipate cu intrări de control capabile să selecteze una și numai una dintre intrările de date pentru a permite transmiterea lor de la intrarea selectată la ieșirea menționată.

Dacă nu cunoașteți funcționarea CD4051, vă recomand să citiți fișa tehnică pe care o puteți găsi pe web. În rezumat, 4051 are 8 intrări analogice numerotate de la 0 la 7, 3 și pinii A, B și C care, combinate, permit citirea intrărilor și definirea ieșirii analogice care este conectată. La fiecare citire, software-ul analizează ce conexiuni sunt cu curent pozitiv și va indica direcția corespunzătoare a vântului. Acest lucru va fi explicat în detaliu în partea 2 a postării. Uită-te la diagramă pentru a vedea cum este conectată rozeta la multiplexor.

Conexiuni cu Nodemcu

Vom avea nevoie de 8 cabluri pentru a conecta Nodemcu. Vezi diagrama.

1 pereche de fire pozitive (roșu) și de masă (negru) care furnizează curent rosetei

1 pereche de cabluri pozitive (roșu) și de masă (negru) care furnizează curent CD4051

1 cablu pentru ieșire analogică A0 (gri)

1 cablu pentru intrarea digitală a pinului A = D5 (albastru)

1 cablu pentru intrarea digitală a pinului B = D4 (verde)

1 cablu pentru intrarea digitală a pinului C = D3 (galben)

Am folosit un cablu telefonic cu 10 fire de diferite culori pentru a facilita asamblarea finală.

Identificați fiecare cablu cu adresa corespunzătoare pentru a facilita asamblarea finală.

Pasul 4: Montați totul în suportul din PVC

Montarea suportului

Luați capacul de 5 cm diametru din PVC, o bucată de tub din PVC și capacul de 2,5 cm în diametru și lipiți-le pe toate cu lipici instant conform fotografiei. De asemenea, puteți face o gaură cu diametrul tubului pentru a îmbunătăți conexiunea dintre piese. După ce toate piesele sunt lipite, aplicați mai mult adeziv pe marginile lipite ale fiecărei piese și acoperiți imediat cu bicarbonat de sodiu. La uscarea lipiciului veți avea o duritate foarte bună.

De asemenea, ar trebui să lipiți siliconul pe marginea capacului, care va permite etanșarea uniunii dintre cele 2 capace și va facilita montarea rozetei. Lasă-le să se usuce înainte de a continua.

Introduceți cu grijă rozeta deja montată pe piesa de susținere și să se potrivească perfect cu marginea capacului. Amintiți-vă că vom monta un al doilea CAP deasupra acestuia. Uită-te la fotografie cu soluția finală. Și vă rugăm să identificați fiecare dintre cabluri pentru a facilita conexiunile cu nodemcu.

Pasul 5: Montarea paletei

Montarea structurii paletei

Faceți un indicator cu masă epoxidică cu forma prezentată în fotografie. Când este bine uscat, cântăriți piesa și salvați valoarea.

Luați bucata de plastic și tăiați-o simetric pentru partea din spate a paletei care servește la direcționarea vântului. Cântăriți și salvați valoarea.

Luați unul dintre tuburile de aluminiu și lipiți indicatorul și paleta cu lipici instant, cu toate piesele aliniate în mijloc. Faceți la fel ca înainte cu bicarbonat de sodiu pentru a crește duritatea fiecărei părți lipite.

Luați al doilea tub de aluminiu și să stabilim unde va fi blocat în celălalt tub. Pentru a menține echilibrul piesei, distanța cu greutatea spatelui ar trebui să fie egală cu distanța cu greutatea indicatorului. (Vedeți calculele care sunt prezentate în diagramă.) Măsurările distanței trebuie făcute mai mult sau mai puțin până la centrul de masă al fiecărei piese. Folosiți lipici instant și bicarbonat de sodiu.

Faceți o gaură în centrul capacului cu diametrul rulmentului cu bile. Folosiți lipici instant pentru a-l lipi pe capac. Important este să alegeți rulmentul cu bile care are același diametru interior al tubului vertical din aluminiu al paletei.

În cele din urmă, luați discul de plastic cu un diametru aproximativ de 4,5 cm și lipiți o mică bucată de metal pe margine. Vedeți fotografia În acest fel veți putea „lipi” magnetul de neodim și îl puteți regla atunci când calibrați instrumentul. Poate fi deplasat în mai multe direcții pentru a ghici citirile măsurătorilor.

Poziționați discul de plastic cu partea metalică blocată în aceeași direcție ca indicatorul orizontal al tubului de aluminiu. Acest lucru este important pentru ca magnetul să indice aceeași direcție ca paleta.

Pentru a facilita asamblarea finală a anemometrului și a alinia nordul paletei cu geografia nordică, imprimați o trandafir de vânt și lipiți pe capacul superior al CAP. Discul va fi blocat în tubul de aluminiu, dar mai întâi introduceți tubul de aluminiu în rulmentul cu bile și introduceți tubul de aluminiu în disc. Reglați înălțimea astfel încât distanța dintre magnet și marginea capacului să fie între 1 și 1,5 cm. Acest lucru trebuie să fie suficient pentru ca magnetul să conecteze corect comutatorul reed. Lipiți discul cu lipici instant și bicarbonat de calciu cât mai orizontal posibil.

Montați cele două piese direcționând nordul trandafirului vântului aliniat cu numărul comutatorului 0 (reprezentând nordul) și folosiți o clemă pentru a le uni. Nu utilizați lipici, deoarece va trebui să vă potriviți și să le calibrați de multe ori înainte de a fi complet gata.

Uită-te la fotografii pentru a vedea soluția finală.

Pasul 6: eliminarea anemometrului

Montarea suportului

Luați cele 2 capace de plastic și lipiți-le cu lipici instant. Găuriți 4 găuri în capace așa cum se arată în diagramă. Lipiți baghete din lemn sau aluminiu în fiecare gaură. Tăiați cele 2 bile de ping pong în mijloc și lipiți fiecare pe extremitățile tijelor, toate cu partea concavă pentru aceeași parte. Măsurătorile aproximative sunt prezentate în diagramă.

Faceți o gaură în centrul capacului 2,5 cm cu diametrul rulmentului cu bile. Folosiți lipici instant pentru a-l lipi pe capac. Folosiți și bicarbonat de sodiu foarte atent.

Introduceți tubul de aluminiu în rulmentul cu bile la o înălțime compatibilă (a se vedea fotografia). Dacă nu este reglat corect, puneți cu grijă o picătură de adeziv.

Montarea modulului Hall

La marginea capacului, faceți o gaură mică pentru a trece capul senzorului Hall.

Lipiți magnetul de neodim pe partea capacelor de plastic conform fotografiei.

Utilizați cele 3 fire colorate diferite pentru a conecta modulul senzorului.

Introduceți modulul Hall și îndreptați senzorul orientat spre magnet la o distanță de 2 până la 4 mm. Testați dacă rotația arborelui nu lovește magnetul cu senzorul.

Folosiți o baterie de 3,7 V pentru a testa dacă modulul răspunde la apropierea magnetului prin rotirea ledului la fiecare contact. Dacă ledul se aprinde, totul este în regulă. Dacă nu, apropiați senzorul de magnet până când LED-ul se aprinde.

Dacă totul este în regulă, fixați modulul în suport folosind o picătură de lipici.

În cele din urmă, celălalt capăt al tijei va fi blocat în capacul de plastic cu lipici instant și bicarbonat de sodiu, reglând înălțimea corectă.

Identificarea firelor

Identificați toate cablurile - VCC, GND și Signal - pentru a facilita conexiunea cu nodemcu.

Pasul 7: Asamblarea tuturor

Acum puteți monta cele două dispozitive împreună folosind conexiunea „T” și o bucată de tub din PVC așa cum se arată în fotografie. Nu utilizați lipici, deoarece dacă este nevoie de o anumită reglare sau întreținere, nu va fi posibil. Am făcut găuri mici și am folosit șuruburi pentru a le menține strânse. Treceți cablurile celor 2 dispozitive prin tub. Deoarece anemometrul va fi instalat pe acoperișul casei, am făcut și cabluri de 3 metri pentru a-l conecta la nodemcu care va fi instalat în interior.

Pasul 8: Conectarea Nodemcu și instalare

Diagramele arată conexiunea corectă a fiecărui cablu. Pentru a testa funcționarea, am folosit un ecran OLED de 0,96 pentru a citi măsurătorile și a verifica dacă acestea sunt corecte, conectați OLED în acest fel:

D1 - SCL

D2 - SDA

VCC și GND

Pentru a instala pe tavan, singura grijă este să mențineți întregul dispozitiv la nivelul corect. Pentru aceasta utilizați un nivel cu bule și multe șuruburi mari. Și nu uitați să vă adresați nordului anemometrului pentru nordul geografic al busolei. În caz contrar, direcția vântului nu va corespunde realității.

Și asta e tot. În următoarea postare, voi explica schița care trebuie încărcată în nodemcu folosind Arduino IDE.

Dacă aveți vreo îndoială, nu ezitați să mă contactați.

Salutari

Marele premiu la IoT Challenge