Iseseisev andmete registreerimise anemomeeter: 11 sammu (koos piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Mulle meeldib andmeid koguda ja analüüsida. Armastan ka elektrooniliste vidinate ehitamist. Aasta tagasi Arduino tooteid avastades mõtlesin kohe: "Ma tahaksin koguda keskkonnaandmeid." Portlandis, OR, oli tuuline päev, seega otsustasin tuuleandmed jäädvustada. Vaatasin mõnda anemomeetrite juhendit ja leidsin, et need on üsna kasulikud, kuid vajasid mõningaid tehnilisi muudatusi. Esiteks tahtsin, et seade töötaks nädala jooksul iseseisvalt õues. Teiseks, ma tahtsin, et see saaks salvestada väga väikeseid tuulepuhanguid, mitmed siinsed kujundused nõudsid liikumiseks üsna tugevat tuult. Lõpuks tahtsin andmed salvestada. Otsustasin valida tõeliselt kerge rootorikujunduse, millel on võimalikult väike inerts ja vastupidavus. Selle saavutamiseks kasutasin kõiki plastosi (sealhulgas keermestatud vinüülvardaid), kuullaagrite sidemeid ja optilisi andureid. Teistes konstruktsioonides kasutati magnetandureid või tegelikke alalisvoolumootoreid, kuid mõlemad aeglustavad rootorit, optika kasutab natuke rohkem energiat, kuid ei paku mehaanilist takistust. Andmekoguja on lihtsalt Atmega328P, millel on 8 -bitine välklamp. Mõtlesin minna SD -le, kuid tahtsin hoida kulud, energiatarbimise ja keerukuse madalal. Kirjutasin lihtsa programmi, mis logis kahebaidiseid pöörlemisi iga sekund. 8 megabiti abil arvasin, et suudan koguda umbes nädala väärtuses andmeid. Algses disainis arvasin, et vajan 4 C -elementi, kuid nädala pärast olid need endiselt täielikult laetud, nii et ma olin tõenäoliselt energiatarbimise suurusjärgu võrra välja lülitatud. Ma ei kasutanud lineaarseid regulaatoreid, ajasin kõik pingerööpad 6V -le (kuigi mõned osad olid hinnatud 3,3 V -ni. Yay overdesign!). Andmete allalaadimiseks oli mul keeruline süsteem, mis luges välklampi ja viskas selle arduino seeriamonitorile ning lõikasin ja kleepisin Excelisse. Ma ei kulutanud aega sellele, et välja mõelda, kuidas kirjutada käsurea USB -rakendus, et välklamp standardseks muuta, kuid ühel hetkel pean ma selle välja mõtlema. Tulemus oli üsna üllatav, sain jälgida mõningaid väga huvitavaid suundumusi, mille säästan teise raporti jaoks. Edu!

Samm: ehitage rootor

Proovisin rootorkuppide jaoks mitmeid erinevaid ideid: lihavõttemunad, pingpongi pallid, plasttopsid ja tühjad jõulupuu ehted. Ehitasin mitu rootorit ja katsetasin neid kõiki koos fööniga, mis pakkus erinevaid tuulekiirusi. Neljast prototüübist töötasid kõige paremini ornamentide kestad. Neil olid ka need väikesed sakid, mis hõlbustasid kinnitamist, ja need olid valmistatud jäigast plastikust, mis töötas hästi koos polükarbonaattsemendiga. Proovisin mõnda erinevat võlli pikkust, väikest, keskmist ja suurt (umbes 1 "kuni umbes 6"), ja leidsin, et suuremad suurused pingutavad liiga palju ja ei reageeri hästi madalale tuulekiirusele, seega läksin väikese suurusega võllidega. Kuna kõik oli läbipaistvast plastikust, tegin käepärase väikese väljatrüki, mis aitas kolme tera välja lasta. Materjalid: Kaunistused tulid firmalt Oriental Trading Company, kirje "48/6300 DYO CLEAR ORNAMENT", 6 dollarit pluss 3 dollarit saatmine. Plastvõllid ja konstruktsiooniketas pärinesid kohalikust TAP Plastics poest, umbes 4 dollarit osade kaupa rohkem.

2. samm: ehitage ülemine alus

Pöörleva inertsi vähendamiseks kasutasin McMaster Karri keermestatud nailonvarda. Tahtsin kasutada laagreid, kuid masinate laagrid on pakitud rootorit aeglustavasse määrdeainesse, nii et ostsin odavaid rulalaagreid, millel neid polnud. Need lihtsalt mahtusid CPVC siseläbimõõduga 3/4 "toruadapteri sisse. Alles pärast konstruktsiooni kokkupanekut sain aru, et rulluisulaagrid saavad hakkama tasapinnalise koormusega ja rakendasin vertikaalset koormust, seega oleksin pidanud kasutama tõukejõu laagrit, kuid need töötasid suurepäraselt ja aitasid ilmselt hallata pretsessioonimomendi hõõrdumist. Plaanisin kinnitada optilise anduri võlli põhja külge, nii et paigaldasin CPVC haakeseadise suuremasse alusse. Home Depot on lõbus koht segamiseks ja sobivad CPVC/PVC liitmikega. Lõpuks suutsin 3/4 "keermestatud CPVC siduri toppida PVC 3/4" kuni 1-1/2 "reduktorisse. Kõigi sobitamiseks kulus palju mängimist, kuid see jättis piisavalt ruumi elektroonikale. Materjalid: 98743A235-musta keermestatud nailonvarras (5/16 "-18 niit) 94900A030-mustad nailonist kuuskantmutrid (5/16" -18 niit) Odavad rulalaagrid 3/4 "keermestatud CPVC adapter 3/4" kuni 1 -1/2 "PVC reduktor keermestatud 3/4" torule Märkus: PVC ja CPVC haakeseadise mõõtmed ei ole samad, tõenäoliselt juhusliku väärkasutuse vältimiseks; nii et tavalise PVC 3/4 "tavalise adapteri vahetamine ei tööta, kuid keermestatud adapteri TEED on samad, mis on täiesti imelik. CPVC haakeseadise keermed PVC adapteri puksi sisse. Adapter … puks … ühendus … Tõenäoliselt aitan kõik need mõisted segi, kuid 15 minutit Home Depo veevärgi vahekäigus teeb teid selgeks.

Samm: optiline katkestaja

Rootori pöörlemisel loeb selle pöörlemist optiline katkestaja. Mõtlesin ketta kasutamisele, kuid see tähendas, et pean valgusallika ja anduri vertikaalselt kinnitama, mille kokkupanek oleks väga keeruline. Selle asemel valisin horisontaalse kinnituse ja leidsin mõned väikesed tassid, mis asuvad lehtede põrandate kaitsmiseks toolide põhjas. Värvisin ja teipisin ära kuus segmenti, mis annaks mulle kaksteist (peaaegu) ühtlast serva ehk 12 puuki rootori pöörde kohta. Mõtlesin rohkem teha, kuid ei tundnud eriti detektori kiirust ega selle optika vaatevälja. See tähendab, et kui läksin liiga kitsaks, võib valgusdiood servade ümber hiilida ja anduri aktiveerida. See on veel üks uurimisvaldkond, mida ma ei tegelenud, kuid oleks hea uurida. Liimisin maalitud tassi mutri külge ja kinnitasin võlli otsa. Materjalid: tooli jalakaitsekarpi asi Home Depot mustast värvist

Samm: kinnitage rootor

Sel hetkel hakkas päris lahe välja nägema. Nailonmutrid on tõesti libedad, nii et pidin kasutama palju lukustusmutreid (juhuks kui te eelmistelt piltidelt ei märganud). Pidin tegema ka spetsiaalse lameda mutrivõtme, mis sobiks rootori all oleva korgi sisse, et saaksin mõlemad mutrid alla lukustada.

Samm: ehitage alumine alus

Alumine alus sisaldab patareisid ja pakub tugistruktuuri. Leidsin Internetist päris laheda veekindla kasti firmalt nimega Polycase. See on tõesti libe ümbris, mis tihendab tihedalt ja kruvid on põhjas laiemad, nii et need ei kukuks kergesti ülevalt alla. Ülemise PVC -puksi jaoks kasutasin PVC -mate. See alumine alusmate on lihtsalt keermestatud 1-1/2 "PVC haakeseade. Ülemine rootori alussurve sobib selle siduri kaudu alumisse alusesse. Nagu hiljem näete, ei liiminud ma neid tükke kokku, sest tahtsin suutma seda avada ja vajadusel reguleerida, lisaks on trükkplaatide kinnitamisel lihtsam kokku panna. Materjalid: veekindel karp Polycase'ist, toode # WP-23F, 12,50 dollarit Keermestatud 1-1/2 "PVC-ühendus

6. samm: ehitage optiline andur

Andurimehhanism on 940 nm LED ja Schmitti päästikuga vastuvõtja. Ma armastan armastust, armastan Schmitti käivitusahelat, see hoolitseb kõigi minu tagasilöögivajaduste eest ja saadab välja CMOS/TTL -ga ühilduva signaali. Ainus miinus? 5V töö. Jah, ma sõitsin kogu disaini üle 6 V pingele, kuid ma oleks võinud minna 3,3 V pingele, kui seda osa poleks olnud. Idee on selles, et see vooluahel kinnitub rootori tassi alla, mis katkestab tala pöörde ajal, tekitades iga serva jaoks loogilised üleminekud. Mul pole head pilti selle paigaldamisest. Põhimõtteliselt liimisin alumise PVC haakeseadise külge kaks plastist nihet ja kruvisin selle ülalt sisse. Pidin laua servad maha lihvima, et see kenasti ära mahuks. Mul pole selle jaoks isegi skemaatikat, see on tõesti lihtne: lihtsalt käivitage Vinilt 1k takisti ja ühendage see juhtmega, nii et LED -tuli põleb alati ja detektori väljund on pin -peal. Materjalid: 1 940nm LED 1k takisti 1 OPTEK OPL550 andur 1 kolme kontaktiga pistik (emane) 1 1,5 "x1,5" trükkplaat Erineva pikkusega traadid Termokahanevad torud, kui teile meeldivad teie juhtmed

Samm: looge andmekoguja

Arduino prototüüpimisplaat oli šassii mahutamiseks nii suur. Ma kasutasin EagleCAD -i väiksema trükkplaadi paigutamiseks ja kaotasin ühe kihi maha … seal on neli koledat traati, mida mul oli vaja mõne lünga ületamiseks.

(Ma arvasin, et mõõtsin seda ~ 50 mW töövõimsusel ja patareide vatt-tundide põhjal arvasin, et langen nädalaga alla 5 V, kuid kas minu võimsuse mõõtmine või matemaatika oli vale, sest 4 C-elementi hoiti pikka aega.) Üsna lihtne paigutus: lihtsalt resonaator, ATmega328, välklamp, silumishüppaja, silumisdiood, toitekaas ja kõik. Seal oleks midagi nimega DorkBoard, mida oleksin võinud ka kasutada, see on põhimõtteliselt kõik vajalik DIP -pesa suuruse ATMega328 arendusplaadi jaoks. Kaalusin ühe ostmist, kuid minu diskreetne lähenemine oli umbes 50% odavam. Siin on dorkboardi link:

Siin on põhiidee (lähtekood lisatakse hiljem), kuidas plaat töötab: Jumper on seatud "silumisrežiimi": lisage optilise anduri väljundile muutusväärtuse katkestus ja vilgutage test-LED-i koos detektoriga. See oli silumiseks väga kasulik. Jumper seati "salvestusrežiimi": kinnitage sama katkestus loendurile ja põhiahelas viivitage 1000 ms. Kui kirjutate 1000 ms, kirjutage 256-baidisele välklehele servaarvu number ja kui leht on täis, kirjutage see välja ja lähtestage arv. Lihtne, eks? Enam vähem. Mulle väga meeldivad Winbondi välguseadmed, ma disainisin välklampi juba 90ndatel, seega oli neid lõbus uuesti programmeerida. SPI liides on suurepärane. Nii lihtne kasutada. Lasen skeemidel ja lähtekoodil enda eest rääkida. Kas ma mainisin, et EagleCAD on fantastiline? See on tõesti. YouTube'is on häid õpetusi.

Samm: ühendage elektroonika

Jällegi ei ole mul siin palju häid pilte, aga kui kujutate ette kahte plastikust eraldusjoont, mis on liimitud PVC siseküljele, keeratakse mõlemad plaadid sinna sisse. Siin on kaader põhjaga ühendatud raielaudist. Anduriplaat on korpuse sees.

9. samm: kalibreerimine

Ma tegin metsalise kalibreerimiseks katseseadme, et saaksin toorrootorite arvu MPH -ks teisendada. Jah, see on 2x4. Ma kinnitasin ühe otsa anemomeetri ja teise silumise Arduio. Vedelkristallekraan näitas rootori arvu. Protsess kulges järgmiselt: 1) Leidke pikk sirge tee ilma liikluseta. 2) Hoidke 2x4 nii, et see torkaks aknast võimalikult kaugele välja salvestajale loeb kiirus ja keskmine rootor 6) kas ei jookse kokku 7)? 8) Hiljem, kui te ei sõida, esitage oma telefonisõnum uuesti ja sisestage andmed Excelisse ning loodame, et lineaarne või eksponentsiaalne või polünoom sobib R-ruudu väärtusega üle 99%. Seda konversiooni # kasutatakse hiljem. Seade salvestab ainult toorandmeid, ma töötlesin need Excelis MPH-ks (või KPH-ks). (Kas ma mainisin, et kandsin oliivivärvi paksu kihti? Oleksin seda nimetanud "Taktikaliste andmete registreerimise anemomeetriks", kuid siis meenus mulle, et "taktikaline" tähendab "musta".)

Samm: koguge tuuleandmeid

See on päris palju. Ma arvan, et paar pilti on puudu, nt. ei ole näidatud neli C-rakku, mis on kokku surutud alumisse alusse. Ma ei mahutanud vedruga hoidikut, nii et lõpuks jootsin juhtmed patareide juurde. Kirjutan selle juhendi aasta pärast selle ehitamist ja revisjonis nr 2 kasutasin AA patareisid, kuna hindasin energiatarbimist järsult üle. AA kasutamine võimaldas mul lisada sisse-välja lüliti ja vabastas tõesti ruumi, muidu oli see üsna kitsas. Kokkuvõttes jäin disainiga üsna rahule. Allolev graafik näitab ühe nädala keskmisi andmeid. Patareid hakkasid tühjenema seitsmendal päeval. Ma oleks võinud parandada aku kasutusaega, käivitades LED -i madalama töötsükliga umbes 1 kHz juures, ja ma poleks kaotanud ühtegi serva rootori suhteliselt väikese nurkkiiruse tõttu.

Lõbutse hästi! Andke teada, kui näete arenguruumi!

11. samm: lähtekood

Lisatud on üks Arduino lähtefail. Ma GPL seda, sest hei, GPL.

EDIT: Tahaksin märkida, et minu 1s viivituse () kasutamise rakendamine on kohutav mõte ja h Välgule kirjutamiseks ja anduri lugemiseks kuluv aeg võib tunduda väike, kuid 7 jooksul -10s lisab see märkimisväärse triivi. Selle asemel kasutage 1Hz taimerikatkestust (328P taimerit #1 saab ideaalselt kalibreerida 1 Hz -le). Turvalisuse huvides peaksite kodeerima aiaga juhuks, kui lehe kirjutamise ja anduri lugemine võtab mingil põhjusel kauem aega kui 1 sekund (käidelda mahalangenud proove), kuid taimeriga katkestamine on viis, kuidas teha asju, mis peavad olema, noh, aega täpne. Tervist!