תחנת מזג אוויר עם צריכת חשמל נמוכה: 6 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

עכשיו בגרסה השלישית שלה ולאחר שנבדק במשך למעלה משנתיים, תחנת מזג האוויר שלי משתדרגת לביצועי הספק נמוך ואמינות העברת נתונים.

צריכת חשמל - אין בעיה בחודשים אחרים מלבד דצמבר וינואר, אך בחודשים כהים אלה, הפאנל הסולארי, למרות שהוא מדורג ב -40 וואט, לא הצליח לעמוד בקצב הביקוש של המערכת … ורוב הביקוש הגיע מ מודול 2G FONA GPRS המעביר את הנתונים ישירות לרשתות הביניים.

הבעיה הבאה הייתה במודול FONA GPRS עצמו, או יותר כנראה ברשת הטלפונים הסלולריים. המכשיר יעבוד בצורה מושלמת במשך שבועות / חודשים, אך לפתע נעצר ללא סיבה נראית לעין. כנראה שהרשת אכן מנסה לשלוח איזשהו 'מידע על עדכוני מערכת' שאם לא מתקבל גורם למכשיר לאתחל מהרשת, כך ש- GPRS אינו באמת פתרון ללא תחזוקה להעברת נתונים. חבל, כי כשזה אכן עבד, זה עבד ממש יפה.

שדרוג זה משתמש בפרוטוקול ה- LoRa בעל הספק נמוך כדי לשלוח את הנתונים לשרת מקומי של Raspberry Pi, ולאחר מכן ישלח אותם לאתרי האינטרנט. בדרך זו, תחנת מזג האוויר עצמה יכולה להיות בעלת הספק נמוך על פאנל סולארי וחלק ה'הרמה כבדה 'בתהליך, הנעשה איפשהו בטווח WIFI על חשמל. כמובן, אם יש לך שער LoRa ציבורי בטווח, ה- Raspberry Pi לא היה נדרש.

בניית תחנת מזג האוויר PCB קלה מכיוון שרכיבי ה- SMD כולם די גדולים (1206) והכל על הלוח עובד 100%. חלק מהרכיבים, כלומר כלי הנשיפה, הם די יקרים אבל לפעמים אפשר למצוא אותם יד שנייה ב- eBay.

שלב 1: רכיבים

Arduino MKR1300 LORAWAN ……………………………………………………………………. 1 מתוך

פטל פטל (אופציונלי תלוי בזמינות שער LoRa המקומי) ………… 1 מתוך

BME280 ללחץ, לחות, טמפרטורה וגובה ………………………….. 1 מתוך

מחבר RJ 25 477-387 …………………………………………………………………………… 1 מתוך

L7S505 ……………………………………………………………………………………………………. 1 מתוך

ביפר 754-2053 ……………………………… 1 מתוך

דיודת שוטקי (1206) …………………………………… 2 מתוך

R1K משחזר …………………………………… 3 מתוך

נגד R4.7K ………………………………… 1 מתוך

קבל C100nF …………………………….. 3 מתוך

R100K ………………………………………………… 1 מתוך

R10K …………………………………………….. 4 מתוך

C1uF ……………………………………………… 1 מתוך

C0.33uF ………………………………………… 1 מתוך

R100 …………………………………………….. 1 מתוך

R0 ……………………………………………….. 1 מתוך

בדיקת טמפרטורה של דאלאס DS18B20 ………… 1 מתוך

PCB …………………………………………………………… 1 מתוך

מד גשם ……………………………………………. 1 מתוך

בדיקת קרקע …………………………

מד 100 מ מ A100LK ………………………….. 1 מתוך

שבב רוח W200P ………………………………..1 מתוך

שלב 2: איך זה עובד

קל מספיק לגרום לחיישנים לפעול לדברים כמו טמפרטורה, לחות ולחץ, אך חלק מהאחרים די מסובכים, למרות שכל הקוד כלול בבלוג הזה.

1. מד הגשם נמצא ב'הפרעה 'ועובד כאשר מתגלה שינוי. הגשם נכנס למכשיר ומטפטף מטה על נדנדה מנופרת המתנדנדת כאשר קצה אחד מלא, ומפעיל חיישן מגנטי פעמיים כשהוא עובר. חיישן הגשם עדיף על הכל ועובד גם אם מועברים נתונים.

2. מד הרוח פועל על ידי שליחת דופק הספק נמוך, שתדירותו תלויה במהירותו. זה פשוט מאוד לקודד ומשתמש במעט מאוד חשמל למרות שהוא צריך להקליט בערך אחת לשנייה כדי לתפוס את המשבים החמורים ביותר. הקוד שומר הערת ריצה של מהירות הרוח הממוצעת והמשב המרבי במהלך הפעלת ההקלטה.

3. למרות שבמחשבות ראשונות קל יהיה לקודד את שבב הרוח, אך ברגע שנבדקים המורכבות, זה הרבה יותר מסובך. בעיקרו של דבר, זהו פוטנציומטר של מומנט נמוך מאוד, אך הבעיה של קבלת קריאות מתווספת לכך שיש לו 'אזור מת' קצר סביב הכיוון הצפוני. הוא צריך להוריד נגדים וקבלים כדי למנוע קריאות מוזרות ליד הצפון, מה שאחר כך גורם לאי לינאריות בקריאות. כמו כן, מכיוון שהקריאות הן קוטביות, חישובים ממוצעים ממוצעים אינם אפשריים ולכן צריך לחשב את המצב המסובך יותר הכולל יצירת מערך עצום של כ -360 מספרים! …. וזה לא הסוף…. יש להתייחס במיוחד לאיזה רבע החיישן מצביע כאילו הוא נמצא ברבע משני צדי הצפון, יש להתייחס למצב שונה.

4. לחות הקרקע היא בדיקת מוליכות פשוטה, אך כדי לחסוך באנרגיה ולמנוע קורוזיה, היא פועמת במהירות רבה עם אחד מהסיכות הדיגיטליות החסרות של הארדואינו.

5. המערכת שולחת נתונים מהארדואינו ל- Raspberry Pi (או שער LoRa) אך גם זקוקה ל'חזרה 'מהמקלט כדי לאשר שהיא אכן קיבלה את הנתונים כראוי לפני איפוס כל המונים והממוצעים השונים ולקיחת סט קריאות טרי. מפגש הקלטה עשוי להימשך כ -5 דקות כל אחד, ולאחר מכן הארדואינו מנסה לשלוח את הנתונים. אם הנתונים פגומים או שאין חיבור לאינטרנט, הפעלת ההקלטה מוארכת עד שהשיחה חזרה מצביעה על הצלחה. באופן זה לא יחמיצו משבי רוח מקסימליים או מדידות גשם.

6. למרות שמעבר להיקפו של בלוג זה, פעם בשרת האינטרנט (זהו מחשב גדול הממוקם באיפסוויץ ', בריטניה), הנתונים נאספים לאחר מכן למסד נתונים של MySQL שניתן לגשת אליו באמצעות סקריפטים פשוטים של PHP. משתמש הקצה יכול גם לראות את הנתונים המוצגים בחוגים וגרפים מפוארים הודות לתוכנת Java קניינית של Amcharts. ואז ניתן לראות את 'התוצאה הסופית' כאן:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

שלב 3: קבצים

כל קבצי הקוד של Arduino, Raspberry Pi והקובץ ליצירת ה- PCB בתוכנת 'Design Spark' נבצרים במאגר Github כאן:

github.com/paddygoat/Weather-Station

שלב 4: אכלוס ה- PCB

אין צורך בשבלונה להלחמת רכיבי ה- SMD - רק טפחו מעט הלחמה על כריות ה- PCB והניחו את הרכיבים בעזרת כמה פינצטות. הרכיבים גדולים מספיק בכדי לעשות הכל בעין ואין זה משנה אם הלחמה נראית מבולגנת או שהמרכיבים מעט מחוץ למרכז.

מכניסים את הלוח לתנור וטוסטר ומחממים ל 240 מעלות צלזיוס בעזרת בדיקת מד חום מסוג K כדי לעקוב אחר הטמפרטורות. המתן 30 שניות ב -240 מעלות ולאחר מכן כבה את התנור ופתח את הדלת לשחרור החום.

כעת ניתן להלחם את שאר הרכיבים ביד.

אם אתה רוצה לקנות PCB, הורד את קבצי הגרבר המכווצים כאן:

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

והעלה אותם ל- JLC כאן:

בחר את גודל הלוח בגודל 100 x 100 מ מ והשתמש בכל ברירות המחדל. המחיר הוא 2 $ + דמי משלוח עבור 10 לוחות.

שלב 5: פריסה

תחנת מזג האוויר נפרסת באמצע שדה עם כלי הנשיפה על מוט גבוה עם כבלי בחור. פרטי הפריסה ניתנים כאן:

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

שלב 6: עבודה קודמת

ההנחיה היא השלב האחרון בפרויקט המתמשך שיש לו את היסטוריית הפיתוח שלו בשבעה פרויקטים קודמים אחרים:

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…