สถานีตรวจอากาศพร้อมการบันทึกข้อมูล: 7 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

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

ในคำแนะนำนี้ฉันจะแสดงวิธีสร้างระบบสถานีตรวจอากาศด้วยตัวเอง สิ่งที่คุณต้องมีคือความรู้พื้นฐานด้านอิเล็กทรอนิกส์ การเขียนโปรแกรม และเวลาเพียงเล็กน้อย

โครงการนี้ยังอยู่ระหว่างการทำ นี่เป็นเพียงส่วนแรกเท่านั้น การอัปเกรดจะถูกอัปโหลดในอีกหนึ่งหรือสองเดือนข้างหน้า

หากคุณมีคำถามหรือปัญหาใด ๆ คุณสามารถติดต่อฉันได้ที่อีเมลของฉัน: [email protected]. Components โดย DFRobot

มาเริ่มกันเลย

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุ

เกือบทุกวัสดุที่จำเป็นสำหรับโครงการนี้สามารถซื้อได้ที่ร้านค้าออนไลน์: DFRobot

สำหรับโครงการนี้เราต้องการ:

- ชุดสถานีตรวจอากาศ

-โมดูลการ์ด SD ของ Arduino

-การ์ด SD

-ผู้จัดการพลังงานแสงอาทิตย์

-5V 1A แผงโซลาร์เซลล์

- สายรัดไนลอนบางตัว

-ชุดติดตั้ง

-จอLCD

-เขียงหั่นขนม

- แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (ฉันใช้แบตเตอรี่ Sanyo 3.7V 2250mAh)

-กล่องแยกพลาสติกกันน้ำ

-สายบางๆ

- ตัวต้านทาน (2x 10kOhm)

ขั้นตอนที่ 2: โมดูล

สำหรับโครงการนี้ ฉันใช้สองโมดูลที่แตกต่างกัน

ผู้จัดการพลังงานแสงอาทิตย์

โมดูลนี้สามารถขับเคลื่อนด้วยแหล่งจ่ายไฟสองแบบ ได้แก่ แบตเตอรี่ 3.7V แผงโซลาร์เซลล์ 4.5V - 6V หรือสาย USB

มีเอาต์พุตที่แตกต่างกันสองแบบ เอาต์พุต USB 5V ซึ่งสามารถใช้สำหรับจัดหา Arduino หรือคอนโทรลเลอร์อื่น ๆ และพิน 5V สำหรับจ่ายไฟให้กับโมดูลและเซ็นเซอร์ต่างๆ

ข้อมูลจำเพาะ:

• แรงดันไฟฟ้าขาเข้าพลังงานแสงอาทิตย์ (SOLAR IN): 4.5V ~ 6V
• อินพุตแบตเตอรี่ (BAT IN): 3.7V Li-polymer เซลล์เดียว/Li-ion
• BatteryCharge Current (USB/SOLAR IN): 900mA การชาร์จแบบหยดสูงสุด, กระแสไฟคงที่, แรงดันคงที่สามเฟสการชาร์จ
• แรงดันตัดการชาร์จ (USB/SOLAR IN): 4.2V±1%
• แหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุม: 5V 1A
• ควบคุมประสิทธิภาพการจ่ายไฟ (3.7V BAT IN): 86%@50%Load
• USB/ประสิทธิภาพการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์: 73%@3.7V 900mA BAT IN

โมดูล SD

โมดูลนี้เข้ากันได้กับ Arduino อย่างสมบูรณ์ ช่วยให้คุณเพิ่มที่เก็บข้อมูลขนาดใหญ่และการบันทึกข้อมูลในโครงการของคุณ

ฉันใช้มันเพื่อรวบรวมข้อมูลจากสถานีตรวจอากาศด้วยการ์ด SD ขนาด 16GB

ข้อมูลจำเพาะ:

• แยกบอร์ดสำหรับการ์ด SD มาตรฐานและการ์ด Micro SD (TF)
• ประกอบด้วยสวิตช์เลือกช่องเสียบแฟลชการ์ด
• นั่งบน Arduino. โดยตรง
• ใช้กับไมโครคอนโทรลเลอร์อื่นๆ ได้ด้วย

ขั้นตอนที่ 3: ชุดสถานีตรวจอากาศ

องค์ประกอบหลักสำหรับโครงการนี้คือชุดสถานีตรวจอากาศ ขับเคลื่อนโดย 5V จาก Arduino หรือคุณสามารถใช้แหล่งจ่ายไฟ 5V ภายนอกได้

มี 4 พิน (5V, GND, TX, RX) พอร์ตข้อมูล TXD ใช้ 9600bps

ชุดสถานีตรวจอากาศประกอบด้วย:

• เครื่องวัดความเร็วลม
• กังหันลม
• ถังฝน
• บอร์ดเซนเซอร์
• หมุดสแตนเลส (30CM)(11.81")
• แพ็คเกจส่วนประกอบ

สามารถใช้ในการวัด:

• ความเร็วลม
• ทิศทางลม
• ปริมาณน้ำฝน

มีเซ็นเซอร์ความชื้นและอุณหภูมิซึ่งสามารถวัดความดันบรรยากาศได้

เครื่องวัดความเร็วลมสามารถวัดความเร็วลมได้ถึง 25 m/s ทิศทางลมจะแสดงเป็นองศา

ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับชุดนี้และโค้ดตัวอย่างสามารถพบได้ที่: DFRobot wiki

ขั้นตอนที่ 4: วิธีการประกอบชุดสถานีตรวจอากาศ

การประกอบชุดอุปกรณ์นี้ค่อนข้างง่าย แต่สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการประกอบ โปรดดูบทแนะนำเกี่ยวกับวิธีการประกอบชุดอุปกรณ์นี้

บทช่วยสอน: วิธีประกอบชุดสถานีตรวจอากาศ

ขั้นตอนที่ 5: การจัดหาและการเคหะ

แบตเตอรี่:

สำหรับโครงการนี้ ฉันใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 3.7 โวลต์ ฉันสร้างก้อนแบตเตอรี่จากแบตเตอรี่นี้ 5 เท่า แบตเตอรี่ทุกก้อนมีประมาณ 2250 mAh ดังนั้นแพ็ค 5x จะให้ประมาณ 11250 mAh เมื่อเชื่อมต่อแบบขนาน

การเชื่อมต่อ: ดังที่ฉันได้กล่าวไปแล้ว ฉันเชื่อมต่อแบตเตอรี่แบบขนาน เพราะคุณยังคงรักษาแรงดันไฟฟ้าเดิมไว้ แต่จะเพิ่มความจุของแบตเตอรี่ให้มากขึ้น ตัวอย่างเช่น: หากคุณมีแบตเตอรี่ 3.7V 2000 mAh สองก้อน และเชื่อมต่อแบบขนาน คุณจะได้รับ 3.7V และ 4000 mAh

หากคุณต้องการได้รับแรงดันไฟฟ้าที่มากขึ้น คุณต้องเชื่อมต่อพวกมันเป็นอนุกรม ตัวอย่างเช่น หากคุณเชื่อมต่อแบตเตอรี่ 3.7V 2000 mAh สองก้อนเป็นอนุกรม คุณจะได้รับ 7, 4V และ 2000 mAh

แผงเซลล์แสงอาทิตย์:

ฉันใช้แผงโซลาร์เซลล์ 5V 1A แผงนี้มีกำลังขับสูงสุดประมาณ 5W แรงดันขาออกสูงถึง 6V เมื่อฉันทดสอบแผงควบคุมในสภาพอากาศที่มีเมฆมาก แรงดันเอาต์พุตจะอยู่ที่ประมาณ 5.8-5.9V

แต่ถ้าคุณต้องการจัดหาพลังงานแสงอาทิตย์ให้สถานีตรวจอากาศนี้อย่างเต็มที่ คุณต้องเพิ่มแผงโซลาร์เซลล์ 1 หรือ 2 แผงและแบตเตอรี่ตะกั่วกรดหรืออย่างอื่นเพื่อเก็บพลังงานและจัดหาสถานีเมื่อไม่มีแสงแดด

ที่อยู่อาศัย:

ดูเหมือนไม่ แต่ที่อยู่อาศัยเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของระบบนี้ เนื่องจากจะปกป้องส่วนประกอบที่สำคัญจากองค์ประกอบภายนอก

เลยเลือกกล่องแยกพลาสติกกันน้ำ มีขนาดใหญ่พอที่จะใส่ส่วนประกอบทั้งหมดภายในได้ ขนาดประมาณ 19x15 ซม.

ขั้นตอนที่ 6: การเดินสายไฟและรหัส

Arduino:

ส่วนประกอบทั้งหมดเชื่อมต่อกับ Arduino

-SD โมดูล:

• 5V -> 5V
• GND -> GND
• MOSI -> พินดิจิตอล 9
• มิโซะ -> พินดิจิตอล 11
• SCK -> พินดิจิตอล 12
• SS -> พินดิจิตอล 10

คณะกรรมการสถานีตรวจอากาศ:

• 5V -> 5V
• GND -> GND
• TX -> RX บน Arduino
• RX -> TX บน Arduino

ก้อนแบตเตอรี่เชื่อมต่อโดยตรงกับตัวจัดการพลังงาน (อินพุตแบตเตอรี่ 3.7V) ฉันยังทำการเชื่อมต่อจากแบตเตอรี่กับพินอะนาล็อก A0 บน Arduino สำหรับการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า

แผงโซลาร์เซลล์เชื่อมต่อโดยตรงกับโมดูลนี้ (อินพุตพลังงานแสงอาทิตย์) แผงโซลาร์เซลล์เชื่อมต่อกับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าด้วย เอาต์พุตตัวแบ่งแรงดันเชื่อมต่อกับขาอะนาล็อก A1 บน Arduino

ฉันยังทำการเชื่อมต่อเพื่อให้คุณสามารถเชื่อมต่อจอ LCD เพื่อตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า ดังนั้น LCD จึงเชื่อมต่อกับ 5V, GND และ SDA จาก LCD ไปที่ SDA บน Arduino และเหมือนกันกับขา SCK

Arduino เชื่อมต่อกับโมดูลตัวจัดการพลังงานด้วยสาย USB

รหัส:

รหัสสำหรับสถานีตรวจอากาศนี้สามารถพบได้บน DFRobot wiki ฉันยังแนบรหัสของฉันพร้อมการอัปเกรดทั้งหมดด้วย

- หากคุณต้องการได้ทิศทางลมที่ถูกต้องสำหรับตำแหน่งของคุณ คุณต้องเปลี่ยนค่าระดับความลึกด้วยตนเองในโปรแกรม

ดังนั้นข้อมูลทั้งหมดจะถูกเก็บไว้ในไฟล์ txt ชื่อ test คุณสามารถเปลี่ยนชื่อไฟล์นี้ได้หากต้องการ ฉันเขียนค่าที่เป็นไปได้ทั้งหมดจากสถานีตรวจอากาศและเขียนด้วยแรงดันแบตเตอรี่และแรงดันพลังงานแสงอาทิตย์ เพื่อให้คุณเห็นว่าการสิ้นเปลืองแบตเตอรี่เป็นอย่างไร

ขั้นตอนที่ 7: การวัดแรงดันและการทดสอบ

ฉันจำเป็นต้องตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่และแผงโซลาร์เซลล์สำหรับโครงการของฉัน

ในการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ฉันใช้พินอะนาล็อก ฉันเชื่อมต่อ + จากแบตเตอรี่กับพินอะนาล็อก A0 และ - จากแบตเตอรี่ถึง GND บน Arduino ในโปรแกรมฉันใช้ฟังก์ชัน "analogRead" และ "lcd.print()" เพื่อแสดงค่าแรงดันไฟฟ้าบน LCD ภาพที่สามแสดงแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ ฉันวัดมันด้วย Arduino และด้วยมัลติมิเตอร์ด้วย เพื่อที่ฉันจะได้เปรียบเทียบค่าได้ ความแตกต่างระหว่างสองค่านี้คือประมาณ 0.04V

เนื่องจากแรงดันไฟขาออกจากแผงโซลาร์เซลล์มากกว่า 5V ฉันจึงต้องสร้างตัวแบ่งแรงดันไฟ อินพุตแบบอะนาล็อกสามารถรับแรงดันไฟฟ้าอินพุตได้สูงสุด 5V ฉันสร้างมันขึ้นมาด้วยตัวต้านทาน 10kOhm สองตัว ใช้ตัวต้านทานสองตัวที่มีค่าเท่ากัน แบ่งแรงดันออกเป็นครึ่งหนึ่ง ดังนั้นหากคุณเชื่อมต่อ 5V แรงดันเอาต์พุตจะอยู่ที่ประมาณ 2.5V ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้านี้อยู่ในภาพแรก ความแตกต่างระหว่างค่าแรงดันไฟบน LCD และมัลติมิเตอร์อยู่ที่ประมาณ 0.1-0.2V

สมการสำหรับเอาต์พุตตัวแบ่งแรงดันคือ: Vout=(Vcc*R2)/R1+R2

การทดสอบ

เมื่อฉันเชื่อมต่อทุกอย่างเข้าด้วยกันและบรรจุส่วนประกอบทั้งหมดลงในตัวเรือน ฉันจำเป็นต้องทำการทดสอบภายนอก ดังนั้นฉันจึงนำสถานีตรวจอากาศออกไปข้างนอกเพื่อดูว่ามันจะทำงานอย่างไรในสภาพภายนอกจริง จุดประสงค์หลักของการทดสอบนี้คือเพื่อดูว่าแบตเตอรี่ทำงานอย่างไรหรือแบตเตอรี่จะคายประจุออกมามากน้อยเพียงใดในระหว่างการทดสอบนี้ ในขณะที่ทำการทดสอบอุณหภูมิภายนอกอยู่ที่ประมาณ 1°C ภายนอก และประมาณ 4°C ภายในตัวเคส

แรงดันแบตเตอรี่ลดลงจาก 3.58 เป็น 3.47 ในห้าชั่วโมง