Stație meteo cu putere redusă: 6 pași (cu imagini)

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

Acum, în cea de-a treia versiune și testată de mai bine de doi ani, stația meteo a fost îmbunătățită pentru o performanță mai redusă a puterii și o fiabilitate a transferului de date.

Consumul de energie - nu este o problemă în alte luni decât decembrie și ianuarie, dar în aceste luni foarte întunecate, panoul solar, deși evaluat la 40 de wați, nu a reușit să țină pasul cu cererea sistemului … și cea mai mare parte a cererii a venit din modulul 2G FONA GPRS care transmite datele direct către interwebs.

Următoarea problemă a fost cu modulul FONA GPRS în sine sau, mai probabil, cu rețeaua de telefonie mobilă. Dispozitivul ar funcționa perfect săptămâni / luni, dar apoi se va opri brusc fără niciun motiv aparent. Se pare că rețeaua încearcă să trimită un fel de „informații de actualizare a sistemului” care, dacă nu sunt acceptate, determină pornirea dispozitivului din rețea, astfel încât GPRS nu este într-adevăr o soluție fără întreținere pentru transmiterea datelor. Este păcat pentru că atunci când a funcționat, a funcționat foarte frumos.

Această actualizare folosește protocolul LoRa de consum redus pentru a trimite datele către un server local Raspberry Pi, care apoi le va trimite pe interwebs. În acest fel, stația meteo în sine poate avea o putere redusă pe un panou solar și partea de „ridicare grea” a procesului, realizată undeva în intervalul WIFI la rețeaua electrică. Desigur, dacă aveți un gateway LoRa public în raza de acțiune, Raspberry Pi nu ar fi necesar.

Construirea PCB-ului stației meteo este ușoară, deoarece componentele SMD sunt destul de mari (1206) și totul de pe PCB funcționează 100%. Unele componente, și anume instrumentele de suflat, sunt destul de scumpe, dar uneori pot fi găsite la mâna a doua pe Ebay.

Pasul 1: Componente

Arduino MKR1300 LORAWAN ………………………………………………………………. 1 din

Raspberry Pi (opțional în funcție de disponibilitatea gateway-ului LoRa local) ………… 1 din

BME280 pentru presiune, umiditate, temperatură și altitudine ………………………….. 1 din

Conector RJ 25 477-387 ………………………………………………………………………… 1 din

L7S505 ………………………………………………………………………………………………. 1 din

Beeper 754-2053 ……………………………… 1 din

Shottky diode (1206) …………………………………… 2 din

Restaurează R1K …………………………………… 3 din

Rezistor R4.7K ………………………………… 1 din

Condensator C100nF …………………………….. 3 din

R100K …………………………………………… 1 din

R10K …………………………………………….. 4 din

C1uF ……………………………………………… 1 din

C0.33uF ………………………………………… 1 din

R100 …………………………………………….. 1 din

R0 ……………………………………………….. 1 din

Sonda de temperatură Dallas DS18B20 ………… 1 din

PCB ……………………………………………………… 1 din

Pluviometru ……………………………………………. 1 din

Sonda solului ……………………………………… 1 din (a se vedea pasul 6 pentru sonda DIY)

Anemometru A100LK ………………………….. 1 din

Pală de vânt W200P ………………………………..1 din

Pasul 2: Cum funcționează

Este destul de ușor să obțineți senzori care funcționează pentru lucruri precum temperatura, umiditatea și presiunea, dar unele dintre celelalte sunt destul de complicate, deși tot codul este inclus în acest blog.

1. Pluviometrul este pe o „întrerupere” și funcționează la detectarea unei modificări. Ploaia pătrunde în instrument și picură pe un balansoar care se deplasează după ce un capăt este plin, declanșând un senzor magnetic de două ori pe măsură ce trece. Senzorul de ploaie are prioritate peste orice și funcționează chiar dacă datele sunt transmise.

2. Anemometrul funcționează prin trimiterea unui impuls de putere redusă, a cărui frecvență este dependentă de viteza sa. Este foarte simplu de codificat și folosește foarte puțină energie, chiar dacă trebuie să înregistreze o dată pe secundă pentru a prinde cea mai severă rafală. Codul păstrează o notă de funcționare a vitezei medii a vântului și a rafalei maxime în timpul sesiunii de înregistrare.

3. Deși pe primele gânduri, paleta eoliană ar fi ușor de codat, odată explorate complexitățile, este mult mai complicat. În esență, este doar un potențiometru de cuplu foarte scăzut, dar problema obținerii de citiri de la acesta este agravată de faptul că are o „zonă moartă” scurtă în jurul direcției nord. Are nevoie de rezistențe și condensatori de tragere pentru a preveni citirile ciudate în apropierea nordului, care apoi provoacă neliniaritate în citiri. De asemenea, pentru că citirile sunt polare, calculele medii medii normale nu sunt posibile și deci trebuie calculat modul mai complicat care implică crearea unei matrice masive de aproximativ 360 de numere! …. Și nu acesta este sfârșitul … Trebuie să se acorde o atenție specială cu privire la ce cadran arată senzorul, ca și cum ar fi în cadranul de ambele părți ale nordului, modul trebuie tratat diferit.

4. Umiditatea solului este o sondă simplă de conductivitate, dar pentru a economisi energie și a preveni coroziunea, pulsează foarte repede cu unul dintre pinii digitali de rezervă ai Arduino.

5. Sistemul trimite date de la Arduino la Raspberry Pi (sau gateway LoRa), dar are nevoie și de un „apel înapoi” de la receptor pentru a confirma că a primit efectiv datele corect înainte de a reseta toate diferitele contoare și medii și de a lua un set proaspăt de lecturi. O sesiune de înregistrare poate dura aproximativ 5 minute fiecare, după care Arduino încearcă să trimită datele. Dacă datele sunt corupte sau nu există o conexiune la internet, sesiunea de înregistrare este prelungită până când apelul înapoi indică succesul. În acest fel, nu se va rata nici o rafală maximă de vânt și nici măsurarea ploii.

6. Deși este dincolo de sfera acestui blog, odată ajuns pe serverul de internet (este un computer mare situat în Ipswich, Marea Britanie), datele sunt apoi asamblate într-o bază de date MySQL care poate fi accesată folosind scripturi PHP simple. Utilizatorul final poate vedea, de asemenea, datele afișate în cadrane și grafice fantezie datorită software-ului proprietar Java de la Amcharts. Apoi, „rezultatul final” poate fi văzut aici:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

Pasul 3: Fișiere

Toate fișierele de cod Arduino, Raspberry Pi și fișierul pentru crearea PCB-ului pe software-ul „Design Spark” sunt închise în depozitul Github aici:

github.com/paddygoat/Weather-Station

Pasul 4: Popularea PCB-ului

Nu este necesar nici un șablon pentru lipirea componentelor SMD - doar tamponați puțin lipirea pe tampoanele PCB și așezați componentele cu niște pensete. Componentele sunt suficient de mari pentru a face totul cu ochii și nu contează dacă lipirea arată dezordonată sau componentele sunt puțin descentrate.

Așezați PCB-ul într-un cuptor cu prăjitor de pâine și încălziți la 240 de grade C folosind o sondă termometru tip K pentru a monitoriza temperaturile. Așteptați 30 de secunde la 240 de grade, apoi opriți cuptorul și deschideți ușa pentru a elibera căldura.

Acum, restul componentelor pot fi lipite manual.

Dacă doriți să cumpărați un PCB, descărcați aici fișierele gerber comprimate:

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

și încărcați-le în JLC aici:

Selectați dimensiunea plăcii de 100 x 100 mm și utilizați toate valorile implicite. Costul este de 2 USD + poștale pentru 10 panouri.

Pasul 5: implementare

Stația meteo este desfășurată în mijlocul unui câmp, cu instrumentele de suflat pe un stâlp înalt, cu cabluri tip. Detalii despre implementare sunt date aici:

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

Pasul 6: Lucrul anterior

Acest instructable este cea mai recentă etapă a proiectului în desfășurare care are istoricul dezvoltării sale în alte șapte proiecte anterioare:

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…