מד מד עצם לרישום נתונים: 11 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

אני אוהב לאסוף ולנתח נתונים. אני גם אוהב לבנות גאדג'טים אלקטרוניים. לפני שנה כשגיליתי את מוצרי Arduino, חשבתי מיד: "אני רוצה לאסוף נתונים סביבתיים". זה היה יום סוער בפורטלנד, OR, אז החלטתי לצלם נתוני רוח. הסתכלתי על כמה מדריכי הרוח ומדדי שהן שימושיות למדי, אך הייתי צריך לבצע כמה שינויים הנדסיים. ראשית, רציתי שהמכשיר יפעל עצמאי, בחוץ, למשך שבוע. שנית, רציתי שהוא יצליח לתעד משבי רוח קטנים מאוד, כמה מהעיצובים כאן דרשו רוחות די חזקות כדי לצאת לדרך. לבסוף, רציתי לרשום את הנתונים. החלטתי ללכת על עיצוב רוטור ממש קל עם פחות אינרציה והתנגדות. לשם כך השתמשתי בכל חלקי הפלסטיק (כולל מוטות ויניל מושחלים), הצמדות נושאות כדורים וחיישנים אופטיים. עיצובים אחרים השתמשו בחיישנים מגנטיים או במנועי DC בפועל, אך שניהם מאטים את הרוטור, אופטיקה משתמשת במעט יותר כוח אך אינה מציעה התנגדות מכנית. כונן הנתונים הוא פשוט Atmega328P עם שבב פלאש של 8 מגה -ביט. חשבתי ללכת על SD, אבל רציתי לשמור על עלות, צריכת חשמל ומורכבות נמוכים. כתבתי תוכנית פשוטה שרשמה ספירת סיבוב של שני בתים בכל שנייה. עם 8 מגה -ביט חשבתי שאני יכול לאסוף נתונים בערך כשבוע. בעיצוב המקורי שלי, הנחתי שאזדקק ל -4 תאי C, אך לאחר שבוע הם עדיין טעונים במלואם אז כנראה שהייתי במצב של צריכת החשמל. לא השתמשתי בווסתים ליניאריים, הסעתי את כל מסילות המתח ל -6 וולט (למרות שחלק מהחלקים קיבלו דירוג של 3.3 וולט. עיצוב יתר!). כדי להוריד את הנתונים, הייתה לי מערכת מורכבת שקראה את הפלאש וזרקה אותם לצג הטורי של הארדואינו, וחתכתי והדבקתי באקסל. לא השקעתי זמן בניסיון להבין כיצד לכתוב אפליקציית USB של שורת הפקודה כדי לזרוק את הפלאש לתקן, אך בשלב מסוים אצטרך להבין זאת. התוצאה הייתה די מפתיעה, הצלחתי לצפות בכמה מגמות מעניינות מאוד, אותן אני שומר לדו"ח אחר. בהצלחה!

שלב 1: בנה את הרוטור

ניסיתי מספר רעיונות שונים לכוסות הרוטור: ביצי פסחא, כדורי פינג פונג, כוסות פלסטיק וכדורי קישוט לעץ חג המולד ריקים. בניתי כמה רוטורים ובדקתי את כולם עם מייבש שיער, שסיפק מגוון טווח של מהירויות רוח. מתוך ארבעת האבטיפוס, פגזי הקישוט עבדו הכי טוב. היו להם גם כרטיסיות קטנות אלה שהקלו על ההדבקה והיו עשויות פלסטיק קשיח שעבד היטב עם מלט פוליקרבונט. ניסיתי כמה אורכי פיר שונים, קטנים, בינוניים וגדולים (בערך 1 "עד בערך 6") ומצאתי שהגדלים הגדולים יותר הדליקו יותר מדי ולא הגיבו היטב למהירויות רוח נמוכות, אז הלכתי עם הפירים בגודל קטן. מכיוון שהכל היה מפלסטיק שקוף, עשיתי תדפיס קטן ונוח שיעזור להדליק את שלושת הלהבים. חומרים: הקישוטים הגיעו מחברת המסחר המזרחי, פריט "48/6300 DYO CLEAR ORNAMENT", 6 $ בתוספת 3 $ משלוח. פיר הפלסטיק והדיסק המבני הגיעו מחנות TAP Plastics מקומית, כ -4 $ נוספים בחלקים.

שלב 2: בנה את הבסיס העליון

כדי להפחית את האינרציה הסיבובית, השתמשתי במוט ניילון מושחל של מקמאסטר קאר. רציתי להשתמש במיסבים, אבל מסבי מכונה ארוזים בשומן המאט את הרוטור, אז קניתי כמה מיסבי סקייטבורד זולים שאין להם. במקרה הם התאימו למתאם צינור בקוטר פנימי בגודל 3/4 אינץ '. רק כשהרכבתי את המבנה, הבנתי שמסבי החלקה מתמודדים עם עומס מישורי, והפעלתי עומס אנכי, כך שהייתי צריך להשתמש במסב דחף., אבל הם עבדו בסדר גמור, וכנראה סייעו בניהול חיכוך ממומנט תקדים. תכננתי לחבר חיישן אופטי לתחתית הפיר, אז הרכבתי את צימוד ה- CPVC לבסיס גדול יותר. הום דיפו הוא מקום מהנה לערבב בו התאמת אביזרי CPVC/PVC. בסופו של דבר הצלחתי לדחוף את צימוד ה- CPVC המושחל בגודל 3/4 אינץ 'למפחית PVC 3/4 "עד 1-1/2". נדרש הרבה משחק כדי שהכול יתאים, אבל זה הותיר מספיק מקום לאלקטרוניקה. חומרים: 98743A235-מוט ניילון מושחל שחור (חוט 5/16 "-18) 94900A030-אגוזי משושה ניילון שחורים (5/16" -18 חוט) מיסבי סקייטבורד זולים 3/4 "מתאם CPVC מושחל 3/4" ל -1 -1/2 "מפחית PVC לצינור הברגה 3/4" הערה: ממדי צימוד PVC ו- CPVC אינם זהים, כנראה כדי למנוע שימוש לרעה בשוגג; כך שההחלפה במתאם רגיל של 3/4 אינץ 'PVC לא תעבוד, עם זאת, החוטים של מתאם הברגה זהים, וזה לגמרי מוזר. חוטי הצימוד של CPVC לתוך תותב המתאם PVC. מתאם … תותב … צימוד … אני כנראה מערבב בין כל המונחים האלה, אבל 15 דקות במעבר האינסטלציה של הום דיפו יעזבו אותך.

שלב 3: מפסק אופטי

כאשר הרוטור מסתובב, סיבובו נספר על ידי מפסק אופטי. חשבתי להשתמש בדיסק, אבל זה אומר שאצטרך לצרף את מקור התאורה ואת הגלאי אנכית, וזה יהיה מאתגר מאוד להרכיב. במקום זאת בחרתי בהרכבה אופקית ומצאתי כמה כוסות קטנות שמתנוססות על תחתית הכיסאות כדי להגן על רצפות עץ. ציירתי והדבקתי שישה קטעים, מה שיעניק לי שנים עשר קצוות אחידים (כמעט), או 12 קרציות לכל סיבוב של הרוטור. חשבתי לעשות יותר אבל לא הכרתי את מהירות הגלאי או את שדה הראייה של האופטיקה שלו. כלומר, אם אהיה צר מדי, הנורית עשויה לזחול מסביב לקצוות ולהפעיל את החיישן. זהו תחום מחקר אחר שלא עסקתי בו, אך טוב יהיה לחקור אותו. הדבקתי את הכוס הצבועה לאגוז והצמדתי אותה לקצה הפיר. חומרים: דבר כוס מגן רגליים מהצבע של הום דיפו שחור

שלב 4: חבר את הרוטור

בשלב זה זה התחיל להיראות די מגניב. אגוזי הניילון ממש חלקלקים, ולכן נאלצתי להשתמש באגוזים רבים (למקרה שלא שמתם לב מהתמונות הקודמות). כמו כן, נאלצתי ליצור מפתח שטוח מיוחד בכדי להתאים את המכסה מתחת לרוטור כדי שאוכל לנעול את שני האומים.

שלב 5: בנה את הבסיס התחתון

הבסיס התחתון מכיל את הסוללות ומספק מבנה תמיכה. מצאתי באינטרנט קופסה עמידה למדי למים מחברה בשם Polycase. זה מארז ממש חלקלק שחותם היטב, והברגים רחבים יותר בבסיס כך שהם לא נופלים בקלות מהחלק העליון. השתמשתי בבן זוג PVC לתות ה- PVC העליון. חבר הבסיס התחתון הזה הוא רק צימוד PVC בעל 1-1/2 אינץ '. לחץ בסיס הרוטור העליון נכנס לבסיס התחתון באמצעות צימוד זה. כפי שתראו מאוחר יותר, לא הדבקתי את החלקים האלה כי רציתי להיות מסוגל לפתוח אותו ולבצע התאמות במידת הצורך, ובנוסף הרכבה קלה יותר בעת חיבור הלוחות. חומרים: קופסא עמידה למים מפוליקאז, פריט # WP-23F, צימוד PVC משורשר בגובה 1-1/2 אינץ '

שלב 6: בנה את החיישן האופטי

מנגנון החיישנים הוא LED 940nm ומקלט מפעיל שמיט. אני אוהב אהבה אוהב את מעגל ההדק של שמיט, הוא דואג לכל צרכי ההתנתקות שלי ושולח אות תואם CMOS/TTL. החיסרון היחיד? הפעלה 5V. כן, הגזמתי את כל העיצוב ל -6 וולט, אבל יכולתי לעבור ל -3.3 וולט אלמלא החלק הזה. הרעיון הוא שמעגל זה יעלה מתחת לכוס הרוטור, אשר קוטע את הקורה כשהוא מסתובב, ומייצר מעברים הגיוניים לכל קצה. אין לי תמונה טובה איך זה הותקן. בעצם הדבקתי שני קיזוזים מפלסטיק לתוך צימוד ה- PVC הבסיסי התחתון, והברגתי אותם מלמעלה. הייתי צריך לטחון את הקצוות של הלוח כדי שיתאים בצורה מסודרת. אין לי אפילו סכמטי לכך, זה ממש קל: פשוט להריץ נגד 1k מווין ולחבר אותו כך שהנורית תמיד דולקת והפלט של הגלאי על הסיכה שלו. חומרים: 1 940nm LED 1k נגד 1 חיישן OPTEK OPL550 1 תקע פיני (נקבה) 1 מעגל 1.5 "x1.5" אורכים שונים של חוט צינורות לכווץ חום אם אתה אוהב את החוטים שלך מצורפים

שלב 7: בנה את לוגר הנתונים

לוח האבטיפוס של Arduino היה גדול מדי כדי להתאים לשלדה. השתמשתי ב- EagleCAD כדי לפרוס לוח מעגלים קטן יותר, והפסדתי משכבה אחת … יש ארבעה חוטים מכוערים שהייתי צריך כדי לגשר על כמה פערים.

(חשבתי שמדדתי את זה בעוצמת הפעלה של ~ 50mW, ובהתבסס על שעות הוואט של הסוללות, חשבתי שאוריד שבוע מתחת ל- 5V, אבל או שמדידת ההספק שלי או המתמטיקה שלי היו שגויות כי 4 תאי C נשמרו הולך הרבה זמן.) פריסה די פשוטה: רק מהוד, ה- ATmega328, שבב הבזק, מגשר באגים, נורית איתור באגים, מכסה אספקת חשמל וזהו. יש משהו שנקרא DorkBoard שגם בו יכולתי להשתמש, זה בעצם כל מה שצריך ללוח ATMega328 בגודל שקע DIP. שקלתי לקנות אחד אבל הגישה הדיסקרטית שלי הייתה זולה בכ -50%. להלן הקישור של dorkboard:

להלן הרעיון הבסיסי (קוד המקור יכלול בהמשך) כיצד לוח הלוח פועל: מגשר מוגדר למצב "איתור באגים": צרף פסק ערך-שינוי לפלט החיישן האופטי והבהב את נורית הבדיקה במשותף עם הגלאי. זה עזר מאוד לניפוי באגים. מגשר מוגדר למצב "הקלטה": צרף את אותו הפרעה לדלפק, ובלולאה הראשית, עיכוב 1000 אלפיות השנייה. בסוף 1000 אלפיות השנייה, כתוב את מספר ספירות הקצוות לדף פלאש של 256 בתים, וכשהדף מלא, כתוב אותו ואפס את הספירה. פשוט, נכון? די. אני מאוד אוהב את מכשירי הפלאש Winbond, בעבר עיצבתי פלאש בשנות ה -90, אז היה כיף לתכנת אותם שוב. ממשק SPI מבריק. כל כך פשוט לשימוש. אני אתן לסכימות ולקוד המקור לדבר בעד עצמן. האם ציינתי ש- EagleCAD מדהים? זה באמת כך. יש כמה הדרכות נהדרות ביוטיוב.

שלב 8: חבר את האלקטרוניקה

שוב, אין לי הרבה תמונות טובות כאן, אבל אם אתה מדמיין שתי עמידות מפלסטיק המודבקות על החלק הפנימי של ה- PVC, שני הלוחות מוברגים לתוכו. לפניכם צילום של לוח הלוגר המחובר לתחתית. לוח הגלאי נמצא בתוך הבית.

שלב 9: כיול

הכנתי מכשיר בדיקה לכיול החיה כדי שאוכל להמיר ספירות רוטור גולמיות ל- MPH. כן, זה 2x4. הצמדתי את מד הרוח לקצה האחד, ואת ניפוי Arduio לקצה השני. LCD מציג את ספירת הרוטור. התהליך הלך כך: 1) מצא כביש ישר ארוך ללא תנועה. 2) החזק את ה- 2x4 כך שינקה כמה שיותר מהחלון 3) הפעל הקלטה קולית באייפון או באנדרואיד 4) הפעל מד מהירות GPS דיגיטלי במכשיר כף היד הנבחר שלך 5) סע בהתמדה בכמה מהירויות והודיע למקליט שלך מהירות הרוטור הממוצעת 6) אל תתרסק 7)? 8) מאוחר יותר, כשאינך נוהג, הפעל שוב את הודעת הטלפון שלך והזן את הנתונים לאקסל ונקווה כי קו ליניארי או מעריכי או פולינום יתאים לערך R בריבוע העולה על 99% המרה זו תשמש בהמשך. המכשיר לוכד רק נתונים גולמיים, אני עיבדתי אותם לאחר מכן ל- MPH (או KPH) באקסל. (האם הזכרתי שהמרחתי שכבה של צבע משובש זית? הייתי קורא לזה "מד טומטם לרישום נתונים טקטי", אבל אז נזכרתי ש"טקטי "פירושו" שחור ".)

שלב 10: צא לאסוף כמה נתוני רוח

זה פחות או יותר זה. אני חושב שחסרות כמה תמונות, למשל. לא מוצגים ארבעת תאי ה- C הדחוסים לבסיס התחתון. לא יכולתי להתאים מחזיק בעל קפיצים אז בסופו של דבר הלכתי הלחמות לסוללות עצמן. אני כותב את זה להוראה שנה אחרי שבניתי אותו, ובגירסה מס '2 השתמשתי בסוללות AA מכיוון שהערכתי יתר על המידה את צריכת החשמל. השימוש ב- AA אפשר לי להוסיף מתג כיבוי ובאמת פיניתי קצת מקום בפנים, אחרת זה היה די הדוק. בסך הכל הייתי די מרוצה מהעיצוב. התרשים שלהלן מציג נתונים ממוצעים של שבוע אחד. הסוללות החלו למות ביום השביעי. יכולתי לשפר את חיי הסוללה על ידי הפעלת ה- LED במחזור עבודה נמוך יותר בכ -1 קילוהרץ ולא הייתי מאבדת קצוות בגלל המהירות הזוויתית הנמוכה של הרוטור.

תעשה חיים! הודע לי אם אתה רואה מקום לשיפור!

שלב 11: קוד המקור

מצורף קובץ מקור אחד של Arduino. עשיתי את זה בגלל, היי, GPL.

עריכה: אני רוצה לציין שהיישום שלי בשימוש בעיכוב של 1s () הוא רעיון נורא וב- h משך הזמן הנדרש בכדי לכתוב לפלאש ולקרוא את החיישן עשוי להיראות קטן, אך במהלך 7 -10s זה מוסיף לסחף משמעותי. במקום זאת, השתמש בהפסקה של טיימר של 1 הרץ (ניתן לכייל את טיימר מספר 1 ב- 328P ל -1 הרץ בצורה מושלמת). ליתר ביטחון, עליך לקודד בגדר למקרה שהכתיבה והקריאה של הדף מסיבה כלשהי לוקחת יותר משנייה אחת (לטפל בדגימות שנשמטו), אך הפסקת טיימר היא הדרך לעשות דברים שצריכים להיות, ובכן, זמן- מְדוּיָק. לחיים!