Isang May-sariling Nilalaman na Pag-log ng Anemometer: 11 Mga Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Gustung-gusto ko ang pagkolekta at pag-aaral ng data. Gusto ko rin ang pagbuo ng mga elektronikong gadget. Isang taon na ang nakalilipas nang matuklasan ko ang mga produktong Arduino, naisip ko kaagad, "Gusto kong mangolekta ng data sa kapaligiran." Isang mahangin na araw sa Portland, O, kaya't nagpasya akong makuha ang data ng hangin. Tiningnan ko ang ilan sa mga itinuturo para sa mga anemometers at nahanap ko ang mga ito na lubos na kapaki-pakinabang, ngunit kailangan upang gumawa ng ilang mga pagbabago sa engineering. Una, nais kong patakbuhin ng aparato ang sarili, sa labas, sa loob ng isang linggo. Pangalawa, nais kong makapag-record ng napakaliit na pag-agos ng hangin, ilan sa mga disenyo dito ay nangangailangan ng malakas na hangin upang makapunta. Panghuli, nais kong itala ang data. Nagpasya akong pumunta para sa isang talagang magaan na disenyo ng rotor na may kaunting pagkawalang-galaw at paglaban hangga't maaari. Upang magawa ito, ginamit ko ang lahat ng mga bahagi ng plastik (kasama ang sinulid na mga vinyl rod), mga link ng ball bearing, at mga optical sensor. Ang iba pang mga disenyo ay gumamit ng mga magnetic sensor o tunay na DC motor, ngunit pareho sa mga nagpapabagal ng rotor, ang mga optika ay gumagamit ng kaunting lakas ngunit hindi nag-aalok ng paglaban ng mekanikal. Ang data logger ay simpleng isang Atmega328P na may 8 mbit flash chip. Naisip ko ang pagpunta sa SD, ngunit nais kong panatilihing mababa ang gastos, pagkonsumo ng kuryente, at pagiging kumplikado. Sumulat ako ng isang simpleng programa na nag-log ng dalawang-byte na pag-ikot ng bilang bawat segundo. Sa 8 megabits naisip ko na makakolekta ako ng halos isang linggong halaga ng data. Sa aking orihinal na disenyo, naisip ko na kakailanganin ko ang 4 C cells, ngunit makalipas ang isang linggo ay buong singil pa rin sila kaya't dapat ay na-off ako ng isang order ng magnitude sa pagkonsumo ng kuryente. Hindi ako gumamit ng mga linear na regulator, hinatid ko ang lahat ng mga riles ng boltahe sa 6V (kahit na ang ilan sa mga bahagi ay na-rate na 3.3V. Yay overdesign!). Upang ma-download ang data, mayroon akong isang kumplikadong sistema na binasa ang flash at itinapon ito sa arduino serial monitor, at pinutol ko at na-paste sa Excel. Hindi ako gumugol ng oras sa pagsubok upang malaman kung paano magsulat ng isang linya ng utos na USB app upang itapon ang flash sa pamantayan, ngunit sa ilang mga punto kakailanganin kong malaman ito. Ang resulta ay nakakagulat, napagmasdan ko ang ilang mga kagiliw-giliw na kalakaran, na nai-save ko para sa isa pang ulat. Good luck!

Hakbang 1: Buuin ang Rotor

Sinubukan ko ang isang bilang ng iba't ibang mga ideya para sa mga tasa ng rotor: mga itlog ng Easter, mga bola ng ping pong, mga plastik na tasa, at walang laman na mga Christmas ornament ball na bola. Nagtayo ako ng maraming rotors at sinubukan ang lahat ng ito gamit ang isang hair dryer, na nagbibigay ng isang saklaw ng bilis ng hangin. Sa apat na mga prototype, ang mga shell ng ornament ay pinakamahusay na nagtrabaho. Mayroon din silang maliit na mga tab na ito na ginagawang mas madali ang pagkakabit, at ginawa mula sa isang matibay na plastik na mahusay na gumana sa polycarbonate semento. Sinubukan ko ang ilang magkakaibang haba ng baras, maliit, katamtaman at malaki (mga 1 "hanggang sa 6") at nalaman na ang mas malalaking sukat ay labis na nag-torch at hindi tumugon nang maayos sa mababang bilis ng hangin, kaya't sumama ako sa maliit na sukat. Dahil ang lahat ay malinaw na plastik, gumawa ako ng isang madaling gamiting maliit na printout upang matulungan ang pagbaba ng tatlong talim. Mga Kagamitan: Ang mga burloloy ay nagmula sa Oriental Trading Company, item na "48/6300 DYO CLEAR ORNAMENT", $ 6 plus $ 3 na pagpapadala. Ang mga plastik na shaft at ang struktural disk ay nagmula sa isang lokal na tindahan ng TAP Plastics, mga $ 4 pa sa mga bahagi.

Hakbang 2: Buuin ang Itaas na Batayan

Upang mabawasan ang paikot na pagkawalang-kilos, gumamit ako ng sinulid na baras ng naylon mula sa McMaster Karr. Nais kong gumamit ng mga bearings, ngunit ang mga bearings ng makina ay naka-pack sa marahang pagbagal ng rotor, kaya bumili ako ng ilang murang mga skateboard bearings na wala. Nagkataon lamang silang magkasya sa loob ng panloob na lapad ng CPVC na 3/4 "pipe adapter.. Hanggang sa natipon ko ang istraktura na napagtanto ko ang mga bearings ng skate na hawakan ang planar load, at naglalagay ako ng patayong pag-load, kaya dapat gumamit ako ng thruster bear, ngunit gumana lamang sila, at marahil ay nakatulong sa pamamahala ng alitan mula sa precession torque. Plano kong mag-attach ng isang optical sensor sa ilalim ng poste, kaya't na-mount ko ang pagkabit ng CPVC sa isang mas malaking base. Ang Home Depot ay isang masayang lugar upang ihalo at tugma sa mga kabit na CPVC / PVC. Sa huli ay napuno ko ang 3/4 na "sinulid na CPVC na pagkabit sa isang PVC 3/4" hanggang sa 1-1 / 2 "na reducer. Ito ay tumagal ng maraming paglalaro sa paligid upang gawing magkasya ang lahat, ngunit nag-iwan ito ng sapat na silid para sa electronics. Mga Kagamitan: 98743A235 - Itim na Threaded Nylon Rod (5/16 "-18 thread) 94900A030 - Black Nylon Hex Nuts (5/16" -18 thread) Murang skateboard bearings 3/4 "sinulid na CPVC adapter 3/4" hanggang 1 -1/2 "PVC reducer to threaded 3/4" pipe Tandaan: Ang mga sukat ng pagkabit ng PVC at CPVC ay hindi pareho, marahil upang maiwasan ang hindi sinasadyang maling paggamit; kaya ang pagpapalit sa isang simpleng PVC 3/4 "regular na adapter ay hindi gagana, gayunpaman, ang THREADS ng isang sinulid na adapter ay pareho, na kung saan ay lubos na kakaiba. Ang mga pagsasama ng CPVC na mga thread sa PVC adapter bushing. Adapter… bushing… pagkabit … Marahil ay pinaghahalo ko ang lahat ng mga term na ito, ngunit 15 minuto sa Home Depot plumbing aisle ay magtatakda sa iyo.

Hakbang 3: Optical Interrupter

Habang ang rotor ay lumiliko, ang pag-ikot nito ay binibilang ng isang optical interrupter. Naisip ko ang tungkol sa paggamit ng isang disk, ngunit nangangahulugan ito na kailangan kong ikabit ang mapagkukunan ng pag-iilaw at patayo ng detektor, na kung saan ay magiging isang mahirap na magtipun-tipon. Sa halip ay pinili ko ang pahalang na pag-mount at natagpuan ang ilang maliliit na tasa na pupunta sa ilalim ng mga upuan upang maprotektahan ang mga sahig na kahoy. Nagpinta ako at nag-tape ng anim na mga segment, na magbibigay sa akin ng labindalawang (halos) pare-parehong mga gilid, o 12 ticks bawat rebolusyon ng rotor. Naisip ko ang tungkol sa paggawa ng higit pa ngunit hindi masyadong pamilyar sa bilis ng detector, o sa field-of-view ng mga optika nito. Iyon ay, kung napakaliit ko, maaaring gumapang ang LED sa paligid ng mga gilid at buhayin ang sensor. Ito ay isa pang larangan ng pagsasaliksik na hindi ko tinuloy, ngunit mahusay na tuklasin. Idinikit ko ang ipininta na tasa sa isang kulay ng nuwes at itinali ito sa dulo ng baras. Mga Kagamitan: bagay sa tasa ng tagapagtanggol ng paa ng bagay mula sa pintura ng Home Depot Itim

Hakbang 4: Ikabit ang Rotor

Sa puntong ito nagsisimula nang magmukhang cool. Ang mga naylon nut ay madulas talaga, kaya kailangan kong gumamit ng maraming mga locknuts (kung hindi mo napansin mula sa mga nakaraang larawan). Kailangan ko ring gumawa ng isang espesyal na flat wrench upang magkasya sa takip sa ilalim ng rotor upang ma-lock ko ang parehong mga mani.

Hakbang 5: Buuin ang Mas Mababang Base

Ang mas mababang base ay matatagpuan ang mga baterya at nagbibigay ng isang istraktura ng suporta. Natagpuan ko ang isang medyo cool na waterproof box sa online mula sa isang kumpanya na tinatawag na Polycase. Ito ay isang talagang makinis na kaso na selyadong selyo, at ang mga turnilyo ay mas malawak sa base upang hindi sila madaling mahulog sa tuktok. Gumamit ako ng isang mate sa PVC sa itaas na bushing ng PVC. Ang mas mababang base mate ay isang may sinulid na 1-1 / 2 "pagkabit ng PVC. Ang itaas na presyon ng base ng rotor ay umaangkop sa mas mababang base sa pamamagitan ng pagkabit na ito. Tulad ng makikita mo sa paglaon, hindi ko naidikit ang mga piraso na ito dahil nais kong magagawang buksan ito at gumawa ng mga pagsasaayos kung kinakailangan, kasama ang pagpupulong ay mas madali kapag ikinakabit ang mga circuit board. Mga Kagamitan: Waterproof box mula sa Polycase, item # WP-23F, $ 12.50 Threaded 1-1 / 2 "PVC coupling

Hakbang 6: Buuin ang Optical Sensor

Ang mekanismo ng sensor ay isang 940nm LED at isang Schmitt-trigger receiver. Gustung-gusto ko ang pag-ibig mahal ang Schmitt gatilyo circuit, inaalagaan nito ang lahat ng aking mga debouncing pangangailangan at nagpapadala ng isang katugmang signal ng CMOS / TTL. Ang downside lang? 5V na operasyon. Oo, over-driven ko ang buong disenyo sa 6V, ngunit maaari akong pumunta sa 3.3V kung hindi dahil sa bahaging ito. Ang ideya ay ang circuit na ito ay naka-mount sa ilalim ng tasa ng rotor, na nakakagambala sa sinag habang lumiliko ito, na bumubuo ng lohikal na mga pagbabago para sa bawat gilid. Wala akong magandang larawan kung paano ito nai-mount. Karaniwan kong idinikit ang dalawang mga plastik na offset sa ibabang base na pagkabit ng PVC, at inikot ito sa kanila mula sa itaas. Kailangan kong gilingin ang mga gilid ng pisara upang maayos itong magkasya. Ni wala akong iskema para dito, ito ay talagang madali: magpatakbo lamang ng isang 1k risistor mula sa Vin at i-wire ito nang sa gayon ay laging naka-on ang LED at ang output ng detector ay nasa pin nito. Mga Kagamitan: 1 940nm LED 1k risistor 1 OPTEK OPL550 sensor 1 three-pin plug (babae) 1 1.5 "x1.5" circuit board Iba't ibang haba ng kawad Heat-shrink tubing kung nais mo ang iyong mga wire na naka-bundle

Hakbang 7: Buuin ang Data Logger

Ang Arduino prototyping board ay paraan upang malaki upang magkasya sa tsasis. Ginamit ko ang EagleCAD upang maglatag ng isang mas maliit na circuit board, at nawala na hinugot ang isang solong layer … mayroong apat na pangit na mga wire na kailangan ko upang tulay ang ilang mga puwang.

(Akala ko sinusukat ko ito sa ~ 50mW operating power, at batay sa Watt-Hours ng mga baterya, naisip kong babagsak ako sa ibaba 5V sa isang linggo, ngunit alinman sa aking pagsukat ng kuryente o aking matematika ay mali dahil ang 4 na C-cells ay pinananatili pagpunta sa isang mahabang panahon.) Patas na deretso na layout: isang resonator lamang, ang ATmega328, isang flash chip, isang debug jumper, isang debug LED, power supply cap, at iyon ang tungkol dito. Mayroong isang bagay na tinatawag na DorkBoard na maaari kong magamit din, karaniwang lahat ng kinakailangan para sa isang ATMega328 dev board sa laki ng socket ng DIP. Isinasaalang-alang ko ang pagbili ng isa ngunit ang aking discrete diskarte ay tungkol sa 50% mas mura. Narito ang link ng dorkboard: https://dorkbotpdx.org/dorkboard_ass Assembly_tutorial

Narito ang pangunahing ideya (ang source code ay isasama sa paglaon) kung paano gumana ang board: Itakda ang Jumper sa "debug" mode: maglakip ng isang pagbabago-halaga na makagambala sa output ng optical sensor, at i-flash ang pagsubok na LED nang magkakasabay sa detektor. Napakatulong nito para sa pag-debug. Ang Jumper ay nakatakda sa mode na "record": ikabit ang parehong makagambala sa isang counter, at sa pangunahing loop, antalahin ang 1000 msec. Sa pagtatapos ng 1000 msec, isulat ang # ng mga bilang ng gilid sa isang 256-byte flash page, at kapag puno ang pahina, isulat ito at i-reset ang bilang. Simple, tama ba? Medyo. Gusto ko talaga ang mga Winbond flash device, nagdisenyo ako dati ng flash noong dekada 90, kaya masaya na i-program muli ang mga ito. Ang interface ng SPI ay napakatalino. Napakadaling gamitin. Hahayaan ko ang mga eskematiko at source code na magsalita para sa kanilang sarili. Nabanggit ko ba ang EagleCAD ay kahanga-hanga? Ito talaga. Mayroong ilang magagaling na mga tutorial sa YouTube.

Hakbang 8: Ikabit ang Electronics

Muli, wala akong maraming magagandang larawan dito, ngunit kung naiisip mo ang dalawang mga plastic standoff na nakadikit sa loob ng PVC, ang parehong mga board ay naipit dito. Narito ang isang pagbaril ng logger board na konektado sa ibaba. Ang detector board ay nasa loob ng pabahay.

Hakbang 9: Pagkakalibrate

Gumawa ako ng isang pagsubok na rig upang i-calibrate ang hayop upang ma-convert ko ang mga raw na bilang ng rotor sa MPH. Oo, iyon ay isang 2x4. Inilakip ko ang anemometer sa isang dulo, at isang debug na Arduio sa kabilang dulo. Ipinakita ng LCD ang bilang ng rotor. Ganito ang proseso: 1) Humanap ng isang mahabang tuwid na kalsada na walang trapiko. 2) Hawakan ang 2x4 nang sa gayon maaari itong lumabas sa window hangga't maaari 3) I-on ang pagrekord ng boses sa iyong iPhone o Android 4) I-on ang isang digital GPS speedometer sa iyong handheld device na pinili 5) Patuloy na magmaneho sa maraming bilis at ipahayag sa iyong recorder ang bilis at average na bilang ng rotor ay 6) Huwag mag-crash 7)? 8) Sa paglaon, kapag hindi nagmamaneho, i-replay ang iyong mensahe sa telepono at ipasok ang data sa excel at asahan ang isang linear o isang exponential o isang polynomial na umaangkop sa isang R-square na halaga na higit sa 99% Ang conversion # na ito ay gagamitin sa paglaon. Ang aparato ay nakakakuha lamang ng hilaw na data, na-post ko ito sa MPH (o KPH) sa Excel. (Nabanggit ko ba na naglapat ako ng isang badass coat ng olive drab na pintura? Tatawagin ko itong isang "Tactical Data Logging Anemometer", ngunit naalala ko na ang "Tactical" ay nangangahulugang "itim".)

Hakbang 10: Pumunta Mangolekta ng Ilang Data ng Hangin

Iyan na iyun. Sa tingin ko ilang mga larawan ang nawawala, hal. hindi ipinakita ang apat na mga C-cell na siksik sa ibabang base. Hindi ako magkasya sa isang may-ari ng tagsibol kaya't natapos ko ang paghihinang na mga lead sa mga baterya mismo. Nagsusulat ako ng itinuturo na ito isang taon pagkatapos ko itong maitayo, at sa rebisyon # 2, gumamit ako ng mga baterya ng AA dahil labis kong na-overestimate ang pagkonsumo ng kuryente. Pinapayagan ako ng paggamit ng AA na magdagdag ng isang on-off switch at talagang napalaya ang ilang puwang sa loob, kung hindi man ay medyo masikip. Sa lahat medyo nasiyahan ako sa disenyo. Ipinapakita ng graph sa ibaba ang halaga ng average na data ng isang linggong. Ang mga baterya ay nagsimulang mamatay sa pitong araw. Maaari kong pagbutihin ang buhay ng baterya sa pamamagitan ng pagpapatakbo ng LED sa isang mas mababang cycle ng tungkulin sa halos 1kHz at hindi ako mawalan ng anumang mga gilid dahil sa medyo mababa ang anggular na tulin ng rotor.

Magsaya ka! Ipaalam sa akin kung nakakita ka ng anumang silid para sa pagpapabuti!

Hakbang 11: Source Code

Ang kalakip ay isang solong Arduino source file. GPL ko ito dahil, hey, GPL.

EDIT: Nais kong ipahiwatig na ang aking pagpapatupad ng paggamit ng isang pagkaantala ng 1s () ay isang kakila-kilabot na ideya at sa oras Ang dami ng oras na kinakailangan upang magsulat sa flash at basahin ang sensor ay maaaring mukhang maliit, ngunit sa kurso ng 7 -10s ito ay nagdaragdag ng hanggang sa ilang mga makabuluhang naaanod. Sa halip, gumamit ng 1Hz timer makagambala (Timer # 1 sa 328P ay maaaring i-calibrate sa 1Hz perpektong). Upang maging ligtas dapat kang mag-code sa isang bakod kung sakaling ang pahina ng pagsulat at sensor na mabasa para sa ilang kadahilanan ay tumatagal ng mas mahaba sa 1 segundo (hawakan ang mga nahulog na mga sample), ngunit ang isang makagambala ng timer ay ANG paraan upang gawin ang mga bagay na kailangang maging, mabuti, oras- tumpak Cheers!