หอดูดาวในร่มที่เรียบง่าย: 9 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

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

โครงงานนี้จะแสดงให้คุณเห็นถึงวิธีการสร้างหอดูดาวอย่างง่ายด้วยเซ็นเซอร์ที่มีอยู่และได้มาซึ่งง่ายบางตัว อันที่จริง ฉันสร้างสิ่งนี้ให้กับนักเรียนคนหนึ่งของฉัน นักเรียนอยากทราบว่าแสงแดดมีผลต่ออุณหภูมิและความชื้นในห้องอย่างไร ปริมาณทางกายภาพที่น่าสนใจในโครงการนี้คือ (1) ความเข้มของแสง (2) ความชื้น (3) อุณหภูมิและ (4) ความกดอากาศ ด้วยข้อมูลเหล่านี้ คุณจะสามารถสร้างระบบหรืออุปกรณ์อื่นๆ เพื่อควบคุมเครื่องปรับอากาศ เครื่องเพิ่มความชื้นในอากาศ หรือเครื่องทำความร้อนเพื่อสร้างสภาพแวดล้อมในห้องที่สะดวกสบาย

ขั้นตอนที่ 1: การเตรียมเซ็นเซอร์

คุณสามารถสร้างวงจรด้วยเซ็นเซอร์ต่อไปนี้ หรือเพียงซื้อแผงโมดูลของเซ็นเซอร์หรือแผงโมดูลเหล่านั้น

1. Ambient Light Sensor TEMT6000 (เอกสารข้อมูล PDF)

2. ความดันและอุณหภูมิ BMP085 หรือ BMP180 (*เป็นสินค้าเก่า อาจต้องหาทางเลือกอื่น) (เอกสารการเรียนรู้จากอดาฟรุต)

3. Temperature and Humidity Sensor DHT11 (เอกสารการเรียนรู้จากอดาฟรุต)

4. เซ็นเซอร์วัดแสงยูวี GUVA-S12SD (เอกสารข้อมูล PDF)

สำหรับการใช้งานเซ็นเซอร์ ฉันได้แนบลิงค์อ้างอิงมาด้วย คุณอาจพบบทช่วยสอนและข้อมูลอ้างอิงที่เป็นประโยชน์บนอินเทอร์เน็ต

ขั้นตอนที่ 2: การเตรียมตัวประมวลผลหลัก

ฉันเลือกบอร์ด Arduino Uno เพื่อทดสอบระบบและการเข้ารหัส อย่างไรก็ตาม ฉันพบว่า atmega328P มีหน่วยความจำไม่เพียงพอที่จะจัดเก็บและเรียกใช้โค้ด หากมีการเพิ่มเซ็นเซอร์เพิ่มเติม ดังนั้น ผมขอแนะนำให้คุณใช้บอร์ด atmega2560 Arduino เมื่อคุณต้องการเซนเซอร์มากกว่า 4 ตัว

ไมโครคอนโทรลเลอร์ (MCU):

· บอร์ด Atmega328P สำหรับ Arduino

· หรือบอร์ด Atmega2560 สำหรับ Arduino

ขั้นตอนที่ 3: การเตรียมระบบ

ฉันต้องการวัดลักษณะทางกายภาพบางอย่างที่กลางแจ้งและในร่ม ในที่สุด ฉันเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ต่อไปนี้กับบอร์ด Atmega2560

สภาพแวดล้อมในร่ม:

1. แรงดันและอุณหภูมิ BMP180 x 1 ชิ้น

2. เซนเซอร์วัดอุณหภูมิและความชื้น DHT11 x 1 ชิ้น

สภาพแวดล้อมกลางแจ้ง:

1. Ambient Light Sensor TEMT6000 x 1 ชิ้น

2. แรงดันและอุณหภูมิ BMP085 x 1 ชิ้น

3. อุณหภูมิและความชื้นเซนเซอร์ DHT11 x 1 ชิ้น

4. เซ็นเซอร์วัดแสงยูวี GUVA-S12SD x 1 ชิ้น

คุณอาจพบว่าฉันใช้เซ็นเซอร์ต่างๆ ในการวัดความดัน เพียงเพราะฉันไม่มีบอร์ดโมดูล BMP180 เมื่อฉันสร้างวงจร ฉันแนะนำว่าคุณควรใช้เซ็นเซอร์ตัวเดียวกัน หากคุณต้องการมีการวัดที่แม่นยำและการเปรียบเทียบที่ยุติธรรม

ขั้นตอนที่ 4: การเตรียมการบันทึกข้อมูล

นอกจากนี้ฉันต้องการให้อุปกรณ์เก็บข้อมูลโดยไม่ต้องเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ ฉันเพิ่มโมดูลการบันทึกข้อมูลด้วยนาฬิกาตามเวลาจริง ต่อไปนี้เป็นรายการสำหรับการบันทึกข้อมูลและการเชื่อมต่อสายไฟ

·การ์ด SD

· แบตเตอรี่แบบเหรียญ CR1220

· โมดูลบันทึกข้อมูลสำหรับ Arduino (เอกสารการเรียนรู้จาก Adafruit)

ขั้นตอนที่ 5: การเตรียมเครื่องมือ

ต่อไปนี้เป็นเครื่องมือหรืออุปกรณ์บางอย่างที่จำเป็นสำหรับการสร้างวงจร

• เครื่องมือห่อ 30AWG
• หัวแร้ง
• ลวดบัดกรี (ไม่มีตะกั่ว)
• เขียงหั่นขนม
• ส่วนหัว 2.54 มม.
• สายจัมเปอร์
• ลวดพันสายไฟ (30AWG)
• กาวร้อน
• การพิมพ์ 3 มิติ (หากคุณต้องการเคสสำหรับอุปกรณ์ของคุณ)
• Arduino IDE (เราต้องการสิ่งนี้เพื่อตั้งโปรแกรมบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์)

ขั้นตอนที่ 6: รีเซ็ต DS1307 Real Time Clock (RTC) บน Data Logging Module

ฉันต้องการใช้ข้อมูลสำหรับการทดลองทางวิทยาศาสตร์ ดังนั้น เวลาในการวัดที่ถูกต้องจึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการวิเคราะห์ข้อมูล การใช้ฟังก์ชัน delay() ในการเขียนโปรแกรมจะทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดในเวลาที่เปลี่ยนไป ในทางตรงกันข้าม ฉันไม่รู้วิธีการวัดแบบเรียลไทม์ที่แม่นยำบนแพลตฟอร์ม Arduino เท่านั้น เพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดของเวลาในการสุ่มตัวอย่างหรือลดข้อผิดพลาดในการวัดให้เหลือน้อยที่สุด ฉันต้องการเก็บตัวอย่างการวัดทั้งหมดพร้อมบันทึกเวลา โชคดีที่โมดูลการบันทึกข้อมูลมีนาฬิกาตามเวลาจริง (RTC) เราสามารถใช้เพื่อส่งออกเวลาสำหรับการสุ่มตัวอย่างข้อมูล

หากต้องการใช้ RTC ฉันทำตามคำแนะนำ (ลิงก์) เพื่อรีเซ็ต RTC ฉันแนะนำให้ทำเช่นนี้กับบอร์ด Arduino Uno ก่อน เนื่องจากต้องปรับเปลี่ยนวงจรเมื่อใช้บอร์ด Atmega2560 (การเชื่อมต่อ I2C ต่างกัน) หลังจากที่คุณตั้งค่า RTC แล้ว คุณไม่ควรถอดแบตเตอรี่ cr1220 โปรดตรวจสอบสภาพของแบตเตอรี่ก่อนทำการบันทึกข้อมูล

ขั้นตอนที่ 7: การเชื่อมต่อ

ได้แยกการวัดในร่มและกลางแจ้ง ดังนั้นฉันจึงสร้างส่วนหัวสองส่วนสำหรับเชื่อมต่อเซ็นเซอร์สองกลุ่มที่ต่างกัน ฉันใช้พื้นที่ว่างบนโมดูลการบันทึกข้อมูลเพื่อติดตั้งส่วนหัว ในการต่อวงจรให้สมบูรณ์ ฉันใช้ทั้งการบัดกรีและการพัน กระบวนการห่อนั้นสะอาดและสะดวก ในขณะที่ข้อต่อบัดกรีนั้นแข็งแรงและปลอดภัย คุณสามารถเลือกวิธีที่สะดวกสบายในการสร้างวงจร หากคุณกำลังใช้บอร์ด Atmega2560 ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณได้สร้างการเชื่อมต่อแบบกระโดดสำหรับพิน SDA และ SCL ต้องเชื่อมต่อ RTC บนโล่การบันทึกข้อมูลอีกครั้ง

ในการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ ฉันบัดกรีส่วนหัวของโมดูลเซ็นเซอร์ จากนั้นจึงใช้การพันลวดเพื่อเชื่อมโยงเซ็นเซอร์ทั้งหมดเข้ากับส่วนหัว เมื่อคุณใช้โมดูลเซ็นเซอร์ที่ออกจากระบบ เราขอแนะนำให้คุณตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานอย่างระมัดระวัง โมดูลเซ็นเซอร์บางตัวยอมรับอินพุตทั้ง 5V และ 3.3 V แต่บางโมดูลถูกจำกัดให้ใช้ 5V หรือ 3.3V เท่านั้น ตารางต่อไปนี้แสดงโมดูลเซ็นเซอร์ที่ใช้แล้วและแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน

ตาราง. โมดูลเซ็นเซอร์และแรงดันใช้งาน

ขั้นตอนที่ 8: การเขียนโปรแกรม MCU

โชคดีที่ฉันสามารถหาตัวอย่างการใช้งานสำหรับเซ็นเซอร์ทั้งหมดได้ หากคุณเพิ่งเริ่มใช้งาน คุณสามารถดาวน์โหลดบนอินเทอร์เน็ตหรือติดตั้งโดยใช้ตัวจัดการไลบรารีใน Arduino IDE

ฉันตั้งโปรแกรมระบบเอาท์พุตสตริงสำหรับแต่ละตัวอย่าง สตริงจะถูกส่งออกและเก็บไว้ในการ์ด SD ที่ต่อเชื่อม หากคุณต้องการดูข้อมูล ให้ปิดอุปกรณ์แล้วยกเลิกการต่อเชื่อมการ์ด SD จากนั้น คุณสามารถต่อเชื่อมการ์ด SD กับเครื่องอ่านการ์ด ไฟล์จะถูกจัดเก็บเป็นไฟล์ csv เมื่อคุณดาวน์โหลดไฟล์ข้อมูลลงในคอมพิวเตอร์แล้ว คุณสามารถดูได้ด้วยโปรแกรมข้อความหรือโปรแกรมเวิร์กชีต

(คุณสามารถดาวน์โหลดซอร์สโค้ดได้ในไฟล์แนบ)

ขั้นตอนที่ 9: ทดสอบและใช้งาน

เป็นสิ่งสำคัญที่คุณจะต้องเข้าใจความหมายของข้อมูล ความถี่ในการสุ่มตัวอย่างเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญ ช่วงเวลาการวัดปัจจุบันคือ 1 นาที คุณอาจต้องเปลี่ยน

นอกจากนี้ คุณจะพบว่าการวัดอุณหภูมิของ DHT11 นั้นไม่ถูกต้อง หากคุณต้องการค่าที่แม่นยำยิ่งขึ้น คุณสามารถใช้การอ่านค่าอุณหภูมิของเซ็นเซอร์ความดัน BMP ได้

ขอบคุณสำหรับการอ่านนี้!