Деректерді тіркеу анемометрі: 11 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

Мен деректерді жинауды және талдауды жақсы көремін. Мен сондай -ақ электронды гаджеттер жасағанды жақсы көремін. Бір жыл бұрын Arduino өнімдерін тапқан кезде мен бірден: «Мен экологиялық деректерді жинағым келеді» деп ойладым. Портлендте (ОР) желді күн болды, сондықтан мен жел туралы мәліметтерді түсіруге шешім қабылдадым. Мен анемометрлерге арналған кейбір нұсқауларды қарадым және оларды өте пайдалы деп таптым, бірақ кейбір инженерлік өзгерістер енгізу қажет болды. Біріншіден, мен құрылғы бір апта бойы ашық ауада жұмыс істейтінін қаладым. Екіншіден, мен бұл желдің өте кішкентай екпінін жазуды қаладым, мұнда бірнеше конструкциялар өте күшті желді қажет етеді. Ақырында, мен деректерді жазғым келді. Мен мүмкіндігінше аз инерция мен қарсылықпен ротордың жеңіл дизайнына баруды шештім. Мұны істеу үшін мен барлық пластикалық бөлшектерді (бұрандалы винил шыбықтарды қоса), шарикті тіректерді және оптикалық сенсорларды қолдандым. Басқа конструкцияларда магниттік сенсорлар немесе нақты тұрақты ток қозғалтқыштары қолданылған, бірақ екеуі де роторды баяулатады, оптика сәл көбірек қуат жұмсайды, бірақ механикалық қарсылық көрсетпейді. Деректерді тіркеуші - бұл 8 мбит флэш -чипі бар Atmega328P. Мен SD -ге өту туралы ойладым, бірақ мен шығындарды, энергияны тұтынуды және күрделілікті төмендетуді қаладым. Мен әр секунд сайын екі байтты айналуды есептейтін қарапайым бағдарлама жаздым. Мен 8 мегабитпен бір аптаға жуық деректерді жинай аламын деп ойладым. Түпнұсқалық дизайнда маған 4 С ұяшықтары қажет деп ойладым, бірақ бір аптадан кейін олар әлі де толық зарядталған, сондықтан мен энергияны тұтынудың шамасы бойынша өшіруім керек. Мен сызықтық реттегіштерді қолданған жоқпын, мен барлық кернеу рельстерін 6 В -қа дейін жеткіздім (кейбір бөлшектер 3,3 В деп бағаланса да. Ия артық дизайн!). Деректерді жүктеу үшін менде флешті оқитын және оны arduino сериялық мониторына жіберетін күрделі жүйе болды, мен Excel -ге қиып қойдым. Мен жарқылды стандартты күйге келтіру үшін USB -командалық жолды қалай жазу керектігін білуге уақыт жұмсамадым, бірақ бір сәтте мен мұны түсінуім керек. Нәтиже өте таңқаларлық болды, мен басқа есепке сақтайтын өте қызықты үрдістерді байқадым. Іске сәт!

1 -қадам: Роторды жасаңыз

Мен роторлы шыныаяқтар үшін әр түрлі идеяларды сынап көрдім: пасха жұмыртқалары, теннис шарлары, пластикалық шыныаяқтар және жаңа жылдық шырша безендіру шарлары. Мен бірнеше ротор жасап, олардың барлығын шаш кептіргішпен сынап көрдім, ол желдің жылдамдығының диапазонын қамтамасыз етті. Төрт прототиптің ішінде ою -өрнек қабықтары ең жақсы жұмыс жасады. Олар сондай -ақ бекітуді жеңілдететін және пластиктен жасалған поликарбонат цементпен жақсы жұмыс жасайтын шағын табақшаларға ие болды. Мен кішкене, орташа және үлкен біліктердің ұзындығын сынап көрдім (шамамен 1 «-ден 6» -ға дейін), үлкен өлшемдер тым көп бұралғанын және желдің төмен жылдамдығына жақсы жауап бермейтінін білдім, сондықтан мен кіші біліктермен жүрдім.. Барлығы таза пластик болғандықтан, мен үш пышақты түсіруге көмектесу үшін ыңғайлы шағын басып шығаруды жасадым. Материалдар: әшекейлер «48/6300 DYO CLEAR ORNAMENT» тауарлық шығыс сауда компаниясынан, $ 6 плюс 3 долларлық жеткізу. Пластикалық біліктер мен құрылымдық диск жергілікті TAP Plastics дүкенінен келді, бөлшектері шамамен 4 доллар.

2 -қадам: Жоғарғы негізді жасаңыз

Айналмалы инерцияны азайту үшін мен McMaster Karr бұрандалы нейлон таяқшасын қолдандым. Мен подшипниктерді қолданғым келді, бірақ машина мойынтіректері роторды баяулататын майға толы, сондықтан мен скейтбордта мойынтіректері жоқ арзан бағаны сатып алдым. Олар CPVC ішкі диаметрі 3/4 дюймдік құбыр адаптерінің ішіне кірді. Мен конструкцияны құрастырғанға дейін, мен коньки подшипниктерінің жазықтық жүктемені көтеретінін түсіндім, мен тік жүктемені қолдандым, сондықтан мен көтергіш мойынтіректі қолдануым керек еді., бірақ олар өте жақсы жұмыс істеді, және, мүмкін, прецессия моментінен үйкелісті басқаруға көмектесті. Мен біліктің түбіне оптикалық сенсорды бекітуді жоспарладым, сондықтан мен CPVC муфтасын үлкенірек негізге орнаттым. ПВХ/ПВХ фитингтеріне сәйкес келеді. Сайып келгенде, мен 3/4 «бұрандалы CPVC муфтасын ПВХ 3/4» 1-1/2 «редукторға енгізе алдым. Барлығын ыңғайлы ету үшін көп ойнау қажет болды, бірақ электроникаға жеткілікті орын қалды. Материалдар: 98743A235-Қара бұрандалы нейлон таяқшасы (5/16 «-18 жіп) 94900A030-Қара нейлон алты бұрышты гайкалар (5/16» -18 жіп) Арзан скейтборд мойынтіректері 3/4 «бұрандалы CPVC адаптері 3/4» -тен 1-ге дейін -1/2 «3/4 бұрандалы бұрандалы құбырға ПВХ редукторы Ескертпе: ПВХ мен CPVC муфтасының өлшемдері бірдей емес, мүмкін кездейсоқ дұрыс пайдаланбау үшін; қарапайым ПВХ 3/4 дюймдік кәдімгі адаптерді ауыстыру жұмыс істемейді, алайда бұрандалы адаптердің ЖІБЕРЛЕРІ бірдей, бұл мүлдем таңқаларлық. ПВХ адаптерінің втулкасына CPVC байланыстырушы жіптері. Адаптер… втулка… муфталар… Мен бұл терминдердің барлығын араластырып жатқан шығармын, бірақ Home Depot сантехникалық дәлізінде 15 минут тұру сізді түзетеді.

3 -қадам: оптикалық үзгіш

Ротор айналған кезде оның айналуы оптикалық үзгішпен есептеледі. Мен дискіні пайдалану туралы ойладым, бірақ бұл жарықтандыру көзі мен детекторды тігінен бекіту керек болатынын білдіреді, оны жинау өте қиын болады. Мен керісінше көлденең қондыруды таңдадым және қатты ағаш едендерді қорғау үшін орындықтардың түбінде орналасқан кішкене шыныаяқтарды таптым. Мен алты сегментті боядым және таспаладым, бұл маған он екі (шамамен) біркелкі жиектерді немесе ротордың айналуына 12 кенені береді. Мен көп нәрсе жасауды ойладым, бірақ детектордың жылдамдығымен немесе оның оптика көрінісімен таныс емес едім. Яғни, егер мен тым тар болсам, жарық диоды жиектерді айналып өтіп, сенсорды іске қосуы мүмкін. Бұл мен зерттемеген тағы бір зерттеу саласы, бірақ оны зерттеу жақсы болар еді. Боялған шыныаяқты гайкаға жапсырып, біліктің ұшына бекітіп қойдым. Материалдар: Home Depot қара орындық креслолардың аяқтарын қорғайтын шыныаяқ

4 -қадам: Роторды бекітіңіз

Осы кезде ол өте керемет көріне бастады. Нейлон жаңғақтары шынымен тайғақ, сондықтан мен көптеген ілмектерді қолдануға тура келді (егер сіз алдыңғы суреттерден байқамасаңыз). Мен сондай -ақ ротордың астындағы қақпақшаға кіретін арнайы жалпақ кілтті жасауым керек болды, сонда мен екі гайканы құлыптай аламын.

5 -қадам: Төменгі базаны жасаңыз

Төменгі негізде батареялар орналасқан және тірек құрылымын қамтамасыз етеді. Мен Polycase деп аталатын компаниядан керемет су өткізбейтін қорапты таптым. Бұл тығыз жабылатын шынымен тегіс корпус, ал бұрандалар негізде кеңірек, сондықтан олар жоғарыдан құлап кетпейді. Мен ПВХ -ның жоғарғы втулкасына ПВХ жұбын қолдандым. Бұл төменгі негіздегі жұп-бұл бұрандалы 1-1/2 дюймдік ПВХ муфтасы. Ротордың жоғарғы қысымының астыңғы қысымы осы муфтаның көмегімен сәйкес келеді. Кейінірек көріп отырғаныңыздай, мен бұл бөлшектерді желімдемедім, себебі оны ашуға және қажет болған жағдайда түзетулер енгізуге қабілетті болыңыз, сонымен қатар тақталарды бекіту кезінде құрастыру оңайырақ болады.

6 -қадам: Оптикалық сенсорды жасаңыз

Сенсор механизмі-940нм жарық диоды және Шмитт-триггер қабылдағышы. Мен Schmitt триггерлік схемасын жақсы көремін, ол менің барлық қажеттіліктерімді қанағаттандырады және CMOS/TTL үйлесімді сигналын жібереді. Жалғыз минус? 5В жұмыс. Иә, мен бүкіл дизайнды 6В-қа дейін жеткіздім, бірақ егер бұл бөлік болмаса, мен 3.3В-ке дейін барар едім. Идея - бұл схема ротордың шыныаяқының астына орнатылады, ол сәулені айналған кезде үзіп, әр жиектің логикалық ауысуын тудырады. Менде бұл қалай орнатылғандығы туралы жақсы сурет жоқ. Мен негізінен ПВХ -ның төменгі негізіндегі екі пластикалық ілмекті желімдеп, оларды жоғарыдан бұрап қойдым. Тақтаның ұқыпты болуы үшін оның шеттерін тегістеуге тура келді. Менде схема жоқ, бұл өте оңай: Vin -ден 1k резисторды іске қосыңыз және светодиоды үнемі қосылып тұруы үшін және детектордың шығысы істікшесінде болатындай етіп сыммен қосыңыз. Материалдар: 1 940нм жарықдиодты 1к резистор 1 OPTEK OPL550 сенсоры 1 үш істікшелі штепсель (әйел) 1 1,5 «x1,5» схемасы Әр түрлі ұзындықтағы сымдар Жылытқыш құбырлар, егер сізге сымдар жиналған болса

7 -қадам: Деректер тіркеушісін құрыңыз

Arduino прототиптеу тақтасы шассиге сәйкес келетін үлкен болды. Мен EagleCAD -ты кішірек тақтаны салу үшін қолдандым, ал бір қабатты жоғалттым … бірнеше саңылауды жою үшін маған қажет төрт сым бар.

(Мен мұны ~ 50 мВт жұмыс қуатымен өлшедім деп ойладым және аккумуляторлардың ватт-сағатына сүйене отырып, мен бір апта ішінде 5 В-тан төмен түсемін деп ойладым, бірақ менің қуат өлшеуім немесе математикам дұрыс емес, себебі 4 С-ұяшықтары сақталған Ұзақ уақытқа созылады.) Өте қарапайым орналасу: жай резонатор, ATmega328, флэш -чип, отладка секіргісі, отқа диодты жарықтандыру, қуат көзінің қақпағы және бұл туралы. DorkBoard деп аталатын нәрсе бар, оны мен де қолдана алар едім, бұл DIP ұясының өлшеміндегі ATMega328 dev тақтасына қажет нәрсенің бәрі. Мен біреуін сатып алуды ойладым, бірақ менің жеке көзқарасым шамамен 50% арзан болды. Міне, тақтаның сілтемесі:

Бұл тақтаның қалай жұмыс істейтіні туралы негізгі ой (бастапқы код кейінірек қосылады): Өткізгіш «отладка» режиміне орнатылған: оптикалық сенсордың шығысына өзгеріс мәнінің үзілуін қосыңыз және детектормен бір уақытта сынақ жарық диодын жыпылықтаңыз. Бұл түзету үшін өте пайдалы болды. Өткізгіш «жазу» режиміне қойылды: сол үзілісті есептегішке бекітіңіз, ал негізгі циклде 1000 мс кешіктіріңіз. 1000 мс секундтың соңында 256 байтты флэш-бетке жиектердің санын # жазыңыз, ал бет толған кезде оны жазып, санауды қалпына келтіріңіз. Қарапайым, дұрыс? Өте көп. Маған Winbond флеш -құрылғылары қатты ұнайды, мен 90 -жылдары флэш құрастыратынмын, сондықтан оларды қайтадан бағдарламалау қызықты болды. SPI интерфейсі керемет. Қолдану соншалықты қарапайым. Мен схемалар мен бастапқы кодты өздері туралы айтуға рұқсат етемін. Мен EagleCAD керемет екенін айттым ба? Бұл шынымен де. YouTube -те керемет оқулықтар бар.

8 -қадам: Электрониканы бекітіңіз

Тағы да, менде бұл жерде жақсы суреттер жоқ, бірақ егер сіз ПВХ -ның ішкі жағына желімделген екі пластикалық стоусты елестетсеңіз, оған екі тақтай да бекітілген. Міне, түбіне жалғанған ағаш кесу тақтасы. Детектор тақтасы корпустың ішінде орналасқан.

9 -қадам: калибрлеу

Мен ротордың шикі мөлшерін MPH -ге түрлендіру үшін жыртқышты калибрлеу үшін сынақ қондырғысын жасадым. Иә, бұл 2х4. Мен анемометрді бір ұшына, ал екінші жағына - Arduio отладкасын қостым. СКД ротордың санын көрсетеді. Процесс келесідей жүрді: 1) Қозғалыссыз ұзын түзу жолды табыңыз. 2) 2x4 мүмкіндігінше терезеден алыстап қалатындай етіп ұстаңыз 3) iPhone немесе Android телефонында дауысты жазуды қосыңыз 4) қолмен жұмыс істейтін құрылғыдағы цифрлық GPS спидометрін қосыңыз 5) бірнеше жылдамдықпен біркелкі жүріңіз және хабарлаңыз. сіздің магнитофонға жылдамдық пен орташа ротор есептеледі 6) Апатқа ұшырамаңыз 7)? 8) Кейінірек, көлік жүргізбегенде, телефон хабарын қайта ойнатыңыз және деректерді excel-ге енгізіңіз және сызықтық немесе экспоненциалды немесе полиномы R-квадрат мәні 99% -дан жоғары болады деп үміттенеміз Бұл конверсия # кейінірек қолданылады. Құрылғы тек шикі деректерді түсіреді, мен оны Excel-де MPH (немесе KPH) дейін өңдедім. (Мен зәйтүнге арналған бояуды қолданатынымды айттым ба? Мен мұны «Тактикалық деректерді тіркеу анемометрі» деп атаған болар едім, бірақ есімде «Тактикалық» «қара» дегенді білдіреді.)

10 -қадам: Жел туралы мәліметтерді жинаңыз

Бұл өте көп. Менің ойымша, бірнеше суреттер жоқ, мысалы. төменгі негізде орналасқан төрт С-жасушасы көрсетілмеген. Мен серіппелі ұстағышты сыйдыра алмадым, сондықтан мен аккумуляторлардың өздеріне дәнекерлеуді аяқтадым. Мен бұл нұсқаулықты оны салғаннан кейін бір жыл өткен соң жазып отырмын, және №2 түзетуде мен АА батареяларын қолдандым, себебі мен энергия шығынын шамадан тыс асырдым. АА қолдану маған қосқышты қосуға мүмкіндік берді және ішіндегі бос орынды босатты, әйтпесе ол өте тығыз болды. Жалпы алғанда, мен дизайнға қанағаттандым. Төмендегі графикте бір апталық орташа деректер көрсетілген. Батареялар жетінші күні өле бастады. Мен жарықдиодты шамамен 1 кГц төмен жұмыс циклінде қосу арқылы батареяның қызмет ету мерзімін жақсарта алар едім, мен ротордың бұрыштық жылдамдығының салыстырмалы түрде төмен болуына байланысты жиектерін жоғалтпас едім.

Масайрау! Егер сіз жақсартуға болатын орынды көрсеңіз, маған хабарлаңыз!

11 -қадам: бастапқы код

Жалғыз Arduino бастапқы файлы бекітілген. Мен мұны GPL жасадым, өйткені, эй, GPL.

EDIT: 1s delay () функциясын қолдану - бұл қорқынышты идея және сағат ішінде флэшке жазуға және сенсорды оқуға қажет уақыт аз болып көрінуі мүмкін, бірақ 7 уақыт ішінде -10s бұл айтарлықтай дрейфті қосады. Оның орнына 1 Гц таймерлік үзілісті қолданыңыз (328P -дегі №1 таймерді 1 Гц -ге дейін тамаша калибрлеуге болады). Қауіпсіз болу үшін бетті жазу мен сенсор қандай да бір себептермен оқуға 1 секундтан артық уақыт кетсе қоршауды кодтау керек (түсірілген үлгілерді өңдеңіз), бірақ таймердің үзілуі- бұл қажет нәрсені жасау әдісі. дәл Сәлем!