สถานีตรวจอากาศพลังงานต่ำ: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

ตอนนี้เป็นเวอร์ชันที่สามและได้รับการทดสอบมานานกว่าสองปี สถานีตรวจอากาศของฉันได้รับการอัปเกรดเพื่อประสิทธิภาพพลังงานต่ำที่ดีขึ้นและความน่าเชื่อถือในการถ่ายโอนข้อมูล

การใช้พลังงาน - ไม่ใช่ปัญหาในเดือนอื่นนอกจากเดือนธันวาคมและมกราคม แต่ในเดือนที่มืดมนนี้แผงโซลาร์เซลล์ถึงแม้จะได้รับการจัดอันดับที่ 40 วัตต์ แต่ก็ไม่สามารถตอบสนองความต้องการของระบบได้ … และความต้องการส่วนใหญ่มาจาก โมดูล 2G FONA GPRS ซึ่งส่งข้อมูลโดยตรงไปยังอินเตอร์เว็บ

ปัญหาต่อมาคือตัวโมดูล FONA GPRS เอง หรือมากกว่านั้นอาจเป็นเครือข่ายโทรศัพท์มือถือ อุปกรณ์จะทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบเป็นเวลาหลายสัปดาห์/เดือน แต่จู่ๆ ก็หยุดทำงานโดยไม่ทราบสาเหตุ เห็นได้ชัดว่าเครือข่ายพยายามส่ง 'ข้อมูลการอัปเดตระบบ' บางประเภท ซึ่งหากไม่ยอมรับ จะทำให้อุปกรณ์ถูกบูทจากเครือข่าย ดังนั้น GPRS จึงไม่ใช่โซลูชันที่ไม่ต้องบำรุงรักษาสำหรับการส่งข้อมูล เป็นเรื่องน่าละอายเพราะเมื่อมันทำงานได้ดีจริงๆ

การอัพเกรดนี้ใช้โปรโตคอล LoRa ที่ใช้พลังงานต่ำเพื่อส่งข้อมูลไปยังเซิร์ฟเวอร์ภายใน Raspberry Pi ซึ่งจะส่งข้อมูลไปยังอินเตอร์เว็บ ด้วยวิธีนี้ สถานีตรวจอากาศสามารถใช้พลังงานต่ำบนแผงโซลาร์เซลล์และส่วน 'การยกของหนัก' ของกระบวนการ ซึ่งทำที่ไหนสักแห่งภายในช่วง WIFI โดยใช้ไฟหลัก แน่นอน ถ้าคุณมีเกตเวย์ LoRa สาธารณะภายในระยะ ไม่จำเป็นต้องใช้ Raspberry Pi

การสร้าง PCB สถานีตรวจอากาศเป็นเรื่องง่าย เนื่องจากส่วนประกอบ SMD ทั้งหมดมีขนาดค่อนข้างใหญ่ (1206) และทุกอย่างบน PCB ทำงานได้ 100% ส่วนประกอบบางอย่าง เช่น เครื่องมือลม มีราคาค่อนข้างแพง แต่บางครั้งสามารถพบได้ในอีเบย์มือสอง

ขั้นตอนที่ 1: ส่วนประกอบ

Arduino MKR1300 ลอระวรรณ ………………………………………………………………. 1 จาก

Raspberry Pi (ตัวเลือกขึ้นอยู่กับความพร้อมใช้งานของเกตเวย์ LoRa ในพื้นที่) ………… 1 จาก

BME280 สำหรับความดัน ความชื้น อุณหภูมิ และระดับความสูง ………………………….. 1 จาก

ขั้วต่อ RJ 25 477-387 …………………………………………………………………… 1 ของ

L7S505 ………………………………………………………………………………………………. 1 จาก

Beeper 754-2053 ……………………………… 1 จาก

ไดโอด Shottky (1206) …………………………………… 2 จาก

R1K คืนค่า …………………………………… 3 จาก

ตัวต้านทาน R4.7K ………………………………… 1 จาก

ตัวเก็บประจุ C100nF …………………………….. 3 จาก

R100K …………………………………………… 1 จาก

R10K …………………………………………….. 4 จาก

C1uF ……………………………………………… 1 จาก

C0.33uF ………………………………………… 1 จาก

R100 ……………………………………………………….. 1 จาก

R0 ……………………………………………….. 1 จาก

หัววัดอุณหภูมิดัลลัส DS18B20 ………… 1 จาก

PCB …………………………………………………… 1 จาก

เครื่องวัดปริมาณน้ำฝน ……………………………………………. 1 จาก

โพรบดิน ……………………………………… 1 ของ (ดูขั้นตอนที่ 6 สำหรับโพรบ DIY)

เครื่องวัดความเร็วลม A100LK ………………………….. 1 จาก

กังหันลม W200P ………………………………..1 จาก

ขั้นตอนที่ 2: มันทำงานอย่างไร

ง่ายพอที่จะทำให้เซ็นเซอร์ทำงาน เช่น อุณหภูมิ ความชื้น และความดัน แต่เซ็นเซอร์อื่นๆ บางส่วนนั้นค่อนข้างยุ่งยาก แม้ว่าโค้ดทั้งหมดจะรวมอยู่ในบล็อกนี้

1. มาตรวัดปริมาณน้ำฝนอยู่ใน 'ขัดจังหวะ' และทำงานเมื่อตรวจพบการเปลี่ยนแปลง ฝนจะตกลงมาบนเครื่องและหยดลงบนไม้กระดานหกที่โขดหินทับเมื่อปลายข้างหนึ่งเต็ม ซึ่งจะกระตุ้นเซ็นเซอร์แม่เหล็กสองครั้งเมื่อเคลื่อนผ่าน เซ็นเซอร์ปริมาณน้ำฝนมีความสำคัญเหนือทุกสิ่งและทำงานได้แม้ว่าจะมีการส่งข้อมูลก็ตาม

2. เครื่องวัดความเร็วลมทำงานโดยส่งพัลส์พลังงานต่ำ ซึ่งความถี่จะขึ้นอยู่กับความเร็วของมัน มันง่ายมากในการเขียนโค้ดและใช้พลังงานเพียงเล็กน้อย แม้ว่าจะต้องบันทึกทุกๆ วินาทีเพื่อรับมือกับกระแสลมกระโชกแรงที่รุนแรงที่สุด รหัสจะบันทึกความเร็วลมเฉลี่ยและลมกระโชกแรงสูงสุดในระหว่างการบันทึก

3. แม้ว่าในตอนแรก กังหันลมจะเขียนโค้ดได้ง่าย แต่เมื่อสำรวจความซับซ้อนแล้ว ก็ซับซ้อนมากขึ้น โดยพื้นฐานแล้วมันเป็นเพียงโพเทนชิออมิเตอร์แรงบิดที่ต่ำมาก แต่ปัญหาในการอ่านค่าจากโพเทนชิออมิเตอร์นั้นประกอบกับความจริงที่ว่ามันมี 'เขตตาย' สั้น ๆ รอบทิศทางเหนือ มันต้องการตัวต้านทานและตัวเก็บประจุแบบดึงลงเพื่อป้องกันการอ่านแปลก ๆ ใกล้ทิศเหนือซึ่งจะทำให้การอ่านไม่เป็นเชิงเส้น นอกจากนี้ เนื่องจากค่าที่อ่านได้นั้นเป็นแบบขั้ว จึงไม่สามารถคำนวณค่าเฉลี่ยแบบปกติได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องคำนวณโหมดที่ซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสร้างอาร์เรย์ขนาดใหญ่ที่มีตัวเลขประมาณ 360 ตัว! …. และนั่นไม่ใช่จุดจบของมัน…. ต้องมีการพิจารณาเป็นพิเศษเกี่ยวกับจตุภาคที่เซ็นเซอร์ชี้ไปราวกับว่ามันอยู่ในจตุภาคด้านใดด้านหนึ่งของทิศเหนือ โหมดจะต้องได้รับการปฏิบัติที่แตกต่างกัน

4. ความชื้นในดินเป็นหัววัดค่าการนำไฟฟ้าที่เรียบง่าย แต่เพื่อประหยัดพลังงานและป้องกันการกัดกร่อน เครื่องวัดความชื้นของดินจะเร่งจังหวะอย่างรวดเร็วด้วยหมุดดิจิทัลสำรองของ Arduino

5. ระบบส่งข้อมูลจาก Arduino ไปยัง Raspberry Pi (หรือเกตเวย์ LoRa) แต่ยังต้องการ 'โทรกลับ' จากผู้รับเพื่อยืนยันว่าได้รับข้อมูลอย่างถูกต้องก่อนที่จะรีเซ็ตตัวนับและค่าเฉลี่ยต่าง ๆ ทั้งหมดและรับ ชุดการอ่านสด เซสชั่นการบันทึกแต่ละครั้งอาจใช้เวลาประมาณ 5 นาที หลังจากนั้น Arduino จะพยายามส่งข้อมูล หากข้อมูลเสียหายหรือไม่มีการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต เซสชันการบันทึกจะขยายออกไปจนกว่าการโทรกลับจะระบุว่าสำเร็จ ด้วยวิธีนี้จะไม่พลาดการวัดลมหรือฝนสูงสุด

6. แม้ว่าจะอยู่นอกเหนือขอบเขตของบล็อกนี้ แต่เมื่ออยู่ในอินเทอร์เน็ตเซิร์ฟเวอร์ (เป็นคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ที่ตั้งอยู่ในเมืองอิปสวิช สหราชอาณาจักร) ข้อมูลจะถูกรวบรวมเข้าในฐานข้อมูล MySQL ซึ่งสามารถเข้าถึงได้โดยใช้สคริปต์ PHP อย่างง่าย ผู้ใช้ปลายทางยังสามารถดูข้อมูลที่แสดงในหน้าปัดและกราฟที่สวยงามได้ด้วยซอฟต์แวร์ Java ที่เป็นกรรมสิทธิ์ของ Amcharts จากนั้น 'ผลลัพธ์สุดท้าย' สามารถดูได้ที่นี่:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

ขั้นตอนที่ 3: ไฟล์

ไฟล์โค้ด Arduino, Raspberry Pi ทั้งหมดและไฟล์สำหรับสร้าง PCB บนซอฟต์แวร์ 'Design Spark' ถูกเก็บไว้ในที่เก็บ Github ที่นี่:

github.com/paddygoat/Weather-Station

ขั้นตอนที่ 4: การเติม PCB

ไม่จำเป็นต้องใช้ลายฉลุสำหรับการบัดกรีส่วนประกอบ SMD - เพียงแค่ตบเบา ๆ บัดกรีบนแผ่น PCB และวางส่วนประกอบด้วยแหนบ ส่วนประกอบมีขนาดใหญ่พอที่จะทำทุกอย่างด้วยตาเปล่า และไม่สำคัญว่าบัดกรีจะดูยุ่งเหยิงหรือส่วนประกอบอยู่ตรงกลางเล็กน้อย

วาง PCB ในเตาอบเครื่องปิ้งขนมปังและให้ความร้อนถึง 240 องศาเซลเซียสโดยใช้เครื่องวัดอุณหภูมิแบบ K เพื่อตรวจสอบอุณหภูมิ รอ 30 วินาทีที่ 240 องศา จากนั้นปิดเตาอบและเปิดประตูเพื่อปล่อยความร้อน

ตอนนี้ส่วนประกอบที่เหลือสามารถบัดกรีด้วยมือได้

หากคุณต้องการซื้อ PCB ให้ดาวน์โหลดไฟล์ gerber ซิปที่นี่:

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

และอัปโหลดไปยัง JLC ที่นี่:

เลือกขนาดกระดาน 100 x 100 มม. และใช้ค่าเริ่มต้นทั้งหมด ราคา 2 เหรียญ + ค่าส่ง 10 แผ่น

ขั้นตอนที่ 5: การปรับใช้

มีการติดตั้งสถานีตรวจอากาศกลางทุ่งโดยมีเครื่องลมบนเสาสูงพร้อมสายเคเบิล รายละเอียดของการปรับใช้ได้รับที่นี่:

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

ขั้นตอนที่ 6: งานก่อนหน้า

คำแนะนำนี้เป็นขั้นตอนล่าสุดในโครงการที่กำลังดำเนินการซึ่งมีประวัติการพัฒนาในเจ็ดโครงการก่อนหน้านี้:

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/Analog-Sensors-…

www.instructables.com/id/Analog-Wind-Van…

www.instructables.com/id/Arduino-Soil-Prob…

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