วิธีสร้างเครื่องวัดความเร็วลมของคุณเองโดยใช้ Reed Switches, Hall Effect Sensor และบางส่วนใน Nodemcu - ส่วนที่ 2 - ซอฟต์แวร์: 5 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

บทนำ

นี่เป็นภาคต่อของโพสต์แรก "วิธีสร้างเครื่องวัดความเร็วลมของคุณเองโดยใช้ Reed Switches, Hall Effect Sensor และบางส่วนใน Nodemcu - ตอนที่ 1 - ฮาร์ดแวร์" - ที่ฉันแสดงวิธีการประกอบอุปกรณ์วัดความเร็วลมและทิศทาง ที่นี่ เราจะใช้ประโยชน์จากซอฟต์แวร์ควบคุมการวัดที่ออกแบบมาเพื่อใช้ใน Nodemcu โดยใช้ Arduino IDE

รายละเอียดโครงการ

ในโพสต์ที่แล้ว อุปกรณ์ติดอาวุธและเชื่อมต่อกับ Nodemcu สามารถวัดความเร็วและทิศทางของลมได้ ซอฟต์แวร์ควบคุมได้รับการออกแบบให้อ่านการหมุนของเครื่องวัดความเร็วลมเป็นระยะเวลาหนึ่ง คำนวณความเร็วเชิงเส้น อ่านทิศทางที่ใบพัดอยู่ แสดงผลใน OLED เผยแพร่ผลลัพธ์ใน ThingSpeak และนอนหลับเป็นเวลา 15 นาที การวัดครั้งต่อไป

คำเตือน: เครื่องวัดความเร็วลมนี้ไม่ควรใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางวิชาชีพ ใช้สำหรับการศึกษาหรือที่บ้านเท่านั้น

หมายเหตุ: ภาษาอังกฤษไม่ใช่ภาษาธรรมชาติของฉัน หากคุณพบข้อผิดพลาดทางไวยากรณ์ที่ขัดขวางไม่ให้คุณเข้าใจโครงการ โปรดแจ้งให้เราทราบเพื่อแก้ไข ขอบคุณมาก.

ขั้นตอนที่ 1: การติดตั้ง Arduino IDE, บอร์ด ESP8266 และไลบรารี่และบัญชี ThingSpeak ของคุณ

การติดตั้ง Arduino IDE และ Nodemcu

หากคุณไม่เคยติดตั้ง IDE Arduino โปรดอ่านบทช่วยสอนในลิงค์ - วิธีติดตั้ง Arduino IDE - ซึ่งคุณจะพบคำแนะนำทั้งหมด

ขั้นตอนต่อไป ในการติดตั้งบอร์ด Nodemcu ให้ใช้บทช่วยสอนนี้จากคำสั่งสอนของ Magesh Jayakumar ซึ่งสมบูรณ์มาก วิธีการติดตั้ง Nodemcu no Arduino IDE

การติดตั้งไลบรารี

ขั้นตอนต่อไป คุณต้องติดตั้งไลบรารีที่ร่างใช้ เป็นเรื่องปกติและคุณสามารถทำตามขั้นตอนที่แสดงด้านล่าง

ห้องสมุด ThingSpeak -

ห้องสมุด ESP8266 -

การสร้างบัญชี ThingSpeak

ในการใช้ ThingSpeak (https://thingspeak.com/) คุณต้องสร้างบัญชี (ยังคงฟรีสำหรับการโต้ตอบจำนวนหนึ่ง) ซึ่งคุณสามารถบันทึกข้อมูลที่วัดในเครื่องวัดความเร็วลมของคุณและตรวจสอบสภาพลมในบ้านของคุณ แม้กระทั่งผ่านมือถือ เมื่อใช้ ThingSpeak คุณสามารถให้สิทธิ์การเข้าถึงข้อมูลที่คุณรวบรวมแก่สาธารณะแก่ผู้ที่สนใจได้ นั่นเป็นข้อได้เปรียบที่ดีของ ThingSpeak เข้าสู่หน้าแรกและทำตามขั้นตอนเพื่อสร้างบัญชีของคุณ

เมื่อสร้างบัญชีแล้ว ให้เข้าสู่บทช่วยสอนนี้ - ThingSpeak Getting Started - เพื่อสร้างช่องของคุณ มันค่อนข้างอธิบายได้ดี โดยสรุป คุณต้องสร้างช่องทางที่จะเก็บข้อมูล ช่องนี้มี ID และ Key API ที่ควรอ้างอิงในแบบร่างทุกครั้งที่คุณต้องการบันทึกข้อมูล ThingSpeak จะจัดเก็บข้อมูลทั้งหมดในธนาคารและจะแสดงทุกครั้งที่คุณเข้าถึงบัญชีของคุณตามวิธีที่คุณกำหนดค่าไว้

ขั้นตอนที่ 2: สำรวจ Sketch

ผังงาน

ในแผนภาพ คุณสามารถเข้าใจฟลักซ์แกรมของภาพร่างได้ เมื่อคุณปลุก (ลิงก์) Nodemcu มันจะเชื่อมต่อกับเครือข่าย Wi-Fi ของคุณซึ่งมีพารามิเตอร์ที่คุณได้กำหนดค่าและเริ่มนับเวลา 1 นาทีเพื่อทำการวัด ขั้นแรกจะนับการหมุนของเครื่องวัดความเร็วลมเป็นเวลา 25 วินาที คำนวณ ความเร็วเชิงเส้นและอ่านทิศทางของลม ผลลัพธ์จะแสดงบน OLED ทำตามขั้นตอนเดิมอีกครั้ง และสำหรับการอ่านครั้งที่สองนี้ ข้อมูลจะส่งไปยัง ThingSpeak

จากนั้น Nodemcu จะเข้าสู่โหมดสลีปเป็นเวลา 15 นาทีเพื่อประหยัดแบตเตอรี่ เนื่องจากฉันใช้แผงโซลาร์เซลล์ขนาดเล็ก ฉันจึงจำเป็นต้องทำเช่นนั้น หากคุณใช้แหล่งสัญญาณ 5V คุณสามารถปรับเปลี่ยนโปรแกรมเพื่อไม่ให้โปรแกรมหลับและทำการวัดข้อมูลต่อไปได้

โครงสร้างโปรแกรม

ในไดอะแกรม คุณสามารถดูโครงสร้างของแบบร่างได้

เครื่องวัดความเร็วลม_Instructables

เป็นโปรแกรมหลักที่โหลดไลบรารี เริ่มตัวแปร ควบคุมการขัดจังหวะการแนบ เรียกใช้ฟังก์ชันทั้งหมด คำนวณความเร็วลม กำหนดทิศทาง และสั่งให้เข้าสู่โหมดสลีป

การสื่อสาร

เชื่อมต่อ WiFi และส่งข้อมูลไปยัง ThingSpeak

credentials.h

กุญแจของเครือข่าย WiFi ของคุณและตัวระบุบัญชีของคุณใน ThingSpeak นี่คือที่ที่คุณจะเปลี่ยนรหัสคีย์และ API ของคุณ

กำหนด.h

ประกอบด้วยตัวแปรทั้งหมดของโปรแกรม นี่คือที่ที่คุณสามารถเปลี่ยนเวลาในการอ่านหรือระยะเวลาที่ nodemcu ควรนอน

ฟังก์ชั่น

ประกอบด้วยฟังก์ชันในการรวมพารามิเตอร์และอ่านมัลติเพล็กเซอร์ รวมทั้งฟังก์ชันในการอ่านการหมุนของเครื่องวัดความเร็วลม

oledDisplay

แสดงผลความเร็วและทิศทางลมบนหน้าจอ

ขั้นตอนที่ 3: คำอธิบายเกี่ยวกับ …

แนบขัดจังหวะ

การหมุนของเครื่องวัดความเร็วลมวัดโดยฟังก์ชัน attachInterrupt () (และ detachInterrupt ()) ใน GPIO 12 (พิน D6) ของ Nodemcu (มีฟีเจอร์ขัดจังหวะบนพิน D0-D8)

การขัดจังหวะคือเหตุการณ์หรือเงื่อนไขที่ทำให้ไมโครคอนโทรลเลอร์หยุดการทำงานของงานที่กำลังทำ ทำงานในภารกิจอื่นชั่วคราว และกลับมาที่งานเริ่มต้น

คุณสามารถอ่านรายละเอียดของฟังก์ชันได้ในลิงค์สำหรับบทช่วยสอนของ Arduino ดูไฟล์แนบInterrupt()

ไวยากรณ์: attachInterrupt (พิน, ฟังก์ชันการโทรกลับ, ประเภท/โหมดอินเตอร์รัปต์);

พิน = D6

ฟังก์ชันเรียกกลับ = rpm_anemometer - นับแต่ละพัลส์บนตัวแปร

ประเภท/โหมดขัดจังหวะ = เพิ่มขึ้น - ขัดจังหวะเมื่อพินเปลี่ยนจากต่ำไปสูง

ในแต่ละพัลส์ที่สร้างโดยแมกนีโตในเซ็นเซอร์ฮอลล์ พินจะเปลี่ยนจากต่ำไปสูง และฟังก์ชันการนับจะเปิดใช้งานและรวมพัลส์ในตัวแปรหนึ่งๆ ในช่วง 25 วินาทีที่สร้าง เมื่อหมดเวลา ตัวนับจะถูกตัดการเชื่อมต่อ (detachInterrupt ()) และกิจวัตรจะคำนวณความเร็วขณะตัดการเชื่อมต่อ

การคำนวณความเร็วลม

เมื่อกำหนดจำนวนรอบการหมุนของเครื่องวัดความเร็วลมใน 25 วินาที เราจะคำนวณความเร็ว

• RADIO คือการวัดจากแกนกลางของเครื่องวัดความเร็วลมถึงปลายลูกปิงปอง คุณต้องวัดได้ดีมาก - (ดูในแผนภาพที่ระบุว่า 10 ซม.)
• RPS (หมุนต่อวินาที) = หมุน / 25 วินาที
• RPM (การหมุนต่อนาที) = RPS * 60
• OMEGA (ความเร็วเชิงมุม - เรเดียนต่อวินาที) = 2 * PI * RPS
• Linear_Velocity (เมตรต่อวินาที) = OMEGA * RADIO
• Linear_Velocity_kmh (Km ต่อชั่วโมง) = 3.6 * Linear_Velocity และนี่คือสิ่งที่จะถูกส่งไปยัง ThingSpeak

อ่านทิศทางกังหันลม

เพื่ออ่านตำแหน่งของกังหันลมเพื่อกำหนดทิศทางของลม โปรแกรมจะส่งสัญญาณต่ำและสูงไปยังมัลติเพล็กเซอร์พร้อมพารามิเตอร์ A, B, C รวมกันทั้งหมด (muxABC matrix) และรอรับที่พิน A0 ผลลัพธ์ ที่สามารถเป็นแรงดันไฟฟ้าใดๆ ระหว่าง 0 ถึง 3.3V ชุดค่าผสมจะแสดงในแผนภาพ

ตัวอย่างเช่น เมื่อ C = 0 (ต่ำ) B = 0 (ต่ำ) A = 0 (ต่ำ) มัลติเพล็กเซอร์จะให้ข้อมูลของพิน 0 และส่งสัญญาณไปยัง A0 ที่ Nodemcu อ่าน ถ้า C = 0 (ต่ำ), B = 0 (ต่ำ), A = 1 (สูง) มัลติเพล็กเซอร์จะส่งข้อมูลของพิน 1 และอื่นๆ ให้คุณ จนกว่าการอ่าน 8 ช่องสัญญาณจะเสร็จสิ้น

เนื่องจากสัญญาณเป็นแบบแอนะล็อก โปรแกรมจะเปลี่ยนเป็นดิจิตอล (0 หรือ 1) หากแรงดันไฟฟ้าน้อยกว่าหรือเท่ากับ 1.3V สัญญาณจะเป็น 0 ถ้ามันมากกว่า 1.3V สัญญาณคือ 1 ค่า 1.3V นั้นเป็นสิ่งที่ไม่แน่นอนและสำหรับฉัน มันใช้งานได้ดีมาก มีการรั่วไหลของกระแสเล็กน้อยอยู่เสมอและสิ่งนี้จะช่วยป้องกันว่าไม่มีผลบวกที่ผิดพลาด

ข้อมูลนี้ถูกเก็บไว้ใน vector val [8] ที่จะเปรียบเทียบกับอาร์เรย์ที่อยู่เป็นเข็มทิศ ดูเมทริกซ์ในแผนภาพ ตัวอย่างเช่น ถ้าเวกเตอร์ที่ได้รับคือ [0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0] มันบ่งชี้ในเมทริกซ์ถึงทิศทาง E และสอดคล้องกับมุม 90 องศา; ถ้า [0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1] ระบุในเมทริกซ์ที่อยู่ WNW และสอดคล้องกับมุม 292.5 องศา N สอดคล้องกับ [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0] และมุม 0 องศา

สิ่งที่จะส่งไปให้ ThingSpeak อยู่ที่มุม เพราะรับเฉพาะตัวเลข

ขั้นตอนที่ 4: การสื่อสาร

วิธีส่งข้อมูลไปยัง ThingSpeak

ฟังก์ชัน thingspeaksenddata () มีหน้าที่ในการส่งข้อมูล

ThingSpeak.setField (1, float (linear_velocity_kmh)) - ส่งข้อมูลความเร็วไปยัง field1 ของช่องของฉัน

ThingSpeak.setField (2, float (wind_Direction_Angle)) - ส่งข้อมูลที่อยู่ไปยัง field2 ของช่องของฉัน

ThingSpeak.writeFields (myChannelNumber, myWriteAPIKey) - ส่งไปที่ช่องของฉัน myChannelNumber ด้วย myWriteAPIKey API ที่เขียนโดย TS ข้อมูลนี้สร้างขึ้นโดย TS เมื่อสร้างบัญชีและช่องของคุณ

ในภาพด้านบน คุณจะเห็นว่า ThingSpeak แสดงข้อมูลที่ได้รับอย่างไร

ในลิงก์นี้ คุณสามารถเข้าถึงข้อมูลของโครงการของฉันได้ในช่องสาธารณะของ ThingSpeak

ขั้นตอนที่ 5: ตัวแปรหลัก

พารามิเตอร์ของกังหันลม

• MUX_A D5 - mux pi A ถึง Nodemcu พิน D5
• MUX_B D4 - mux pin B ถึง Nodemcu pin D4
• MUX_C D3 - mux pin C ถึง Nodemcu pin D3
• READPIN 0 - อินพุตแบบอะนาล็อกบน NodeMcu = A0
• NO_PINS 8 - จำนวนหมุด mux
• val[NO_PINS] - พอร์ต 0 ถึง 7 ของ mux
• wind_Direction_Angle - มุมของทิศทางลม
• สตริง windRose [16] = {"N", "NNE", "NE", "ENE", "E", "ESE", "SE", "SSE", "S", "SSW", "SW", "WSW", "W", "WNW", "NW", "NNW"} - cardenals หลักประกันและหลักประกันย่อย
• windAng [16] = {0, 22.5, 45, 67.5, 90, 112.5, 135, 157.5, 180, 202.5, 225, 247.5, 270, 292.5, 315, 337.5} - มุมของแต่ละทิศทาง
• ตัวเลข [16] [NO_PINS] - เมทริกซ์ทิศทาง
• muxABC[8] [3] - ชุดค่าผสม mux ABC

พารามิเตอร์เครื่องวัดความเร็วลม

• rpmcount - นับจำนวนรอบของเครื่องวัดความเร็วลมที่หมุนเต็มที่ในเวลาที่กำหนด
• timemeasure = 25.00 - ระยะเวลาในการวัดเป็นวินาที
• timetoSleep = 1 - เวลาตื่นของ Nodemcu เป็นนาที
• sleepTime = 15 - เวลานอนต่อเป็นนาที
• rpm, rps - ความถี่การหมุน (รอบต่อนาที รอบต่อวินาที)
• รัศมี - เมตร - การวัดความยาวของปีกเครื่องวัดความเร็วลม
• linear_velocity - ความเร็วเชิงเส้นในหน่วย m/seg
• linear_velocity_kmh - ความเร็วเชิงเส้นเป็น km/h
• โอเมก้า - ความเร็วเรเดียลใน rad/seg

ด้านล่างนี้คุณจะพบภาพร่างที่สมบูรณ์ สร้างโฟลเดอร์ใหม่ในโฟลเดอร์ Arduino ของคอมพิวเตอร์ของคุณด้วยชื่อเดียวกับโปรแกรมหลัก (Anemometer_Instructables) และรวมเข้าด้วยกัน

ป้อนข้อมูลของเครือข่าย wifi และ ThingSpeak ID และ API Writer Key ในส่วน Credentials.h แล้วบันทึก อัปโหลดไปที่ Nodemcu และนั่นคือทั้งหมด

เพื่อทดสอบการทำงานของระบบ ผมขอแนะนำพัดลมหมุนที่ดี

หากต้องการเข้าถึงข้อมูลทางโทรศัพท์มือถือ ให้ดาวน์โหลดแอปพลิเคชันสำหรับ IOS หรือ Android ชื่อ ThingView ซึ่งโชคดีที่ยังคงฟรีอยู่

กำหนดการตั้งค่าบัญชีของคุณและคุณจะพร้อมที่จะดูสภาพลมในบ้านของคุณได้ทุกที่

หากคุณมีความสนใจ เข้าไปที่ช่อง ID ThingSpeak Channel ID ของฉัน: 438851 ซึ่งเป็นที่สาธารณะ และคุณจะพบการวัดลมและทิศทางในบ้านของฉัน

ฉันหวังว่าคุณจะสนุก

หากคุณมีข้อสงสัยอย่าลังเลที่จะติดต่อฉัน

ความนับถือ