Com construir el vostre propi anemòmetre mitjançant interruptors Reed, sensor d’efecte Hall i alguns retalls a Nodemcu. - Part 1 - Maquinari: 8 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Introducció

Des que vaig començar amb els estudis d’Arduino i Maker Culture, m’ha agradat construir dispositius útils amb peces de ferralla i ferralla com taps d’ampolles, trossos de PVC, llaunes de beguda, etc. M’encanta donar una segona vida a qualsevol peça o qualsevol material. Una gran part dels materials que s’utilitzen aquí són restes retirades d’alguns equips i reciclades

Quan vaig començar un projecte propi d’una estació meteorològica, em vaig adonar que la mesura de la intensitat i la direcció del vent no seria molt fàcil ni barata. Al cap de diversos mesos us presento aquest projecte que utilitza sobretot materials reciclats i peces electròniques molt econòmiques que es poden trobar fàcilment en qualsevol botiga electrònica.

Aquest post té 2 parts.

Part 1 - Construcció dels dispositius Anemòmetre i direcció de les paletes.

Part 2: l'esbós que utilitza Arduino IDE per a Esp8266 Nodemcu i transmissió a ThingSpeak.

Mireu el vídeo per conèixer la solució final.

Com construir el vostre propi anemòmetre mitjançant el sensor d’efecte Hall i els interruptors Reed

Descripció del Projecte

L’anemòmetre és un dispositiu capaç de mesurar la velocitat del vent i la seva direcció. Mitjançant un sensor d’efecte Hall podrem comptar quantes rotacions donen les tasses en un període de temps. La intensitat del vent és proporcional a la velocitat de rotació de l'eix. Amb algunes equacions físiques senzilles, podeu determinar la velocitat lineal del vent en aquest moment. Tots els explicarem a la part 2.

I la direcció del vent la mesurarem a través d’un parabrisa amb un imant de neodimi i interruptors de canya. Les paletes apunten en la direcció del vent i l’imant que s’hi connecta connectarà els interruptors reed permetent que el corrent elèctric passi a través de la connexió (o connexions). Els circuits que tenen corrent positiu indiquen la direcció del vent, com una brúixola.

Tenim 8 circuits que emularan 16 direccions: 4 punts cardinals i 4 col·laterals quan s’activa 1 commutador (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW) i quan s’activen 2 commutadors simultàniament tenim 8 sub col·laterals punts (NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW).

La velocitat i direcció del vent es calcularà i es determinarà mitjançant un esbós al nodemcu. Però això s'explicarà a la part 2. Ara anem al conjunt de maquinari.

Exempció de responsabilitat: aquest anemòmetre no s’ha d’utilitzar amb finalitats professionals. Només és per a ús acadèmic o domèstic.

Nota: l’anglès no és el meu idioma natural. Si trobeu errors gramaticals que us impedeixen comprendre el projecte, feu-me-ho saber per corregir-los. Moltes gràcies.

Pas 1: llista de materials

Veleta

8 x interruptors Reed

Resistències de 8 x 10 k ohms

Tub de PVC de 10 cm

2 taps de PVC de 5 cm de diàmetre

1 tap de PVC de 2,5 cm de diàmetre

1 multiplexor analògic CD4051

1 disc de plàstic

Peça de plàstic forta de 20 x 20

1 imant de neodimi (Les dimensions de l'imant han de permetre connectar simultàniament dos interruptors. El meu fa 0,5 x 0,5 cm i està funcionant bé).

10 cables de diferents colors

1 PCB genèric

1 coixinet de boles amb el mateix diàmetre que els tubs d'alumini

1 tub d'alumini d'aproximadament 20 cm

1 tub d'alumini d'aproximadament 10 cm

1 mordassa de mànega

Missa epoxi

Cola instantània: cianoacrilat i bicarbonat sòdic

Anemòmetre

2 pilotes de ping pong

4 pals de fusta o alumini d'aproximadament 12 cm

1 coixinet de boles

1 tub d'alumini d'aproximadament 5 cm

3 peces de cables de diferents colors

1 sensor de sala SS49E

1 imant de neodimi

Masses epoxi i cola instantània: cianoacrilat i bicarbonat sòdic

2 aixetes de plàstic aproximadament de 3 a 5 cm de diàmetre

1 tap de PVC i canonada de PVC de 5 cm

1 tap de PVC de 2,5 cm de diàmetre

• Nodemcu
• Estoig de plàstic per a projectes electrònics
• Soldador
• 1 tub de PVC aproximadament 2 metres i connector de PVC "T"
• 1 connexió de PVC de 90 graus
• Alimentació 5V (estic fent servir panell solar)

Pas 2: Muntatge de la veleta Rosetta

Interruptors i resistències Reed muntats a PCB

Talleu el PCB genèric en forma de cercle amb un diàmetre lleugerament inferior al de la tapa de PVC perquè quan estigui llest hi quedarà ajustat.

Doblegueu les potes del commutador de canya en 90 graus per inserir-les al PCB amb cura per no trencar el vidre protector. L'ideal és a 3 mm del vidre. Col·loqueu cada interruptor de canya segons el diagrama. Numereu cadascun de 0 a 7 segons el diagrama. La identificació correcta serà important a l’hora de connectar els terminals al multiplexor. Utilitzeu el soldador per soldar-los a la placa.

Col·loqueu cada resistència com el diagrama en què un dels terminals està soldat en un dels terminals del commutador reed i l’altre serà comú a totes les resistències, situades al centre de la PCB.

Soldeu un cable de coure que connecta tots els terminals externs dels interruptors reed, deixant els dos darrers sense connexió. Com un anell. L’ordre de soldadura no té importància.

A la unió de cada resistència i el fil de soldadura de l'interruptor de canya de cada color. Són 8 diferents. Soldeu un fil vermell a l’anell de coure de la canya com a positiu i un fil negre a la unió de totes les resistències al centre de la "roseta", com a negatiu.

Mireu els diagrames i tingueu cura de mantenir la numeració dels cables per a la connexió al multiplexor.

Proveu les connexions abans del muntatge

Abans de continuar amb el muntatge, suggereixo provar les connexions. Utilitzeu un led, qualsevol bateria 18650 de 3,7 V, un imant de neodimi i cables amb urpes de cocodril. Connecteu la bateria als terminals VCC i GND i al cable de cocodril del GND amb l’altre extrem en negatiu del led (utilitzeu un de color blau que no necessiti resistència). Connecteu l'altre cable al positiu del led i l'altre a cada cable connectat als interruptors. Ara passeu l'imant per la vora exterior de l'interruptor connectat. Si el led s’encén, està bé. Si no s’encén, comproveu les soldadures. Per provar dues connexions al mateix temps, utilitzeu un altre cable i un altre led simultàniament. En passar l’imant entre dos interruptors, els dos LED s’han d’il·luminar. És essencial que els dos LED s’encenguin alhora perquè el senyal elèctric pugui representar punts sub-col·laterals de la brúixola com ENE, ESE, SSW, NNW, etc.

Pas 3: connexions amb i des del multiplexor CD4051

CD4051 Multiplexor analògic

Els multiplexors són circuits combinacionals amb diverses entrades i sortida de dades única. Estan equipades amb entrades de control capaces de seleccionar una, i només una, de les entrades de dades per permetre la seva transmissió des de l'entrada seleccionada fins a la sortida esmentada.

Si no coneixeu el funcionament del CD4051, us recomano llegir el full de dades que podeu trobar al web. En resum, el 4051 té 8 entrades analògiques numerades de 0 a 7, 3 i els pins A, B i C que combinats permeten llegir les entrades i definir quina sortida analògica s'està connectant. A cada lectura, el programari analitza quines connexions tenen corrent positiu i indicarà la direcció del vent corresponent. Això s’explicarà detalladament a la part 2 del post. Mireu el diagrama per veure com està connectada la roseta amb el multiplexor.

Connexions a Nodemcu

Necessitarem 8 cables per connectar el Nodemcu. Vegeu l’esquema.

1 parell de cables positius (vermells) i de terra (negres) que subministren corrent a la roseta

1 parell de cables positius (vermells) i de terra (negres) que subministren corrent al CD4051

1 cable per a sortida analògica A0 (gris)

1 cable per a entrada digital del pin A = D5 (blau)

1 cable per a entrada digital del pin B = D4 (verd)

1 cable per a entrada digital del pin C = D3 (groc)

Vaig utilitzar un cable telefònic de 10 fils de diferents colors per facilitar el muntatge final.

Identifiqueu cadascun dels cables amb la seva adreça corresponent per facilitar el muntatge final.

Pas 4: muntar tot al suport de PVC

Muntatge del suport

Agafeu el tap de PVC de 5 cm de diàmetre, un tros de tub de PVC i el tap de 2,5 cm de diàmetre i enganxeu-los tots amb cola instantània segons la foto. També podeu fer un forat amb el diàmetre del tub per millorar la connexió entre les peces. Després d’enganxar totes les peces, apliqueu més cola a les vores encolades de cada peça i cobriu-les immediatament amb bicarbonat de sodi. En assecar la cola tindreu una duresa molt bona.

També hauríeu d’enganxar la silicona a la vora del tap que permetrà segellar la unió entre els 2 taps i facilitar l’ajust de la roseta. Deixeu-los secs abans de continuar.

Introduïu amb cura la roseta ja muntada a la peça de suport i que s’adapti perfectament a la vora del tap. Recordeu que muntarem un segon CAP per sobre d’aquest. Mireu la foto amb la solució final. I identifiqueu cadascun dels cables per facilitar les connexions amb el nodemcu.

Pas 5: muntatge de la paleta

Muntatge de l’estructura de la paleta

Feu un punter amb massa epoxi amb la forma que es mostra a la foto. Quan estigui ben assecat, peseu la peça i estalvieu-ne el valor.

Agafeu el tros de plàstic i talleu-lo simètricament per la part posterior de la veleta que serveix per dirigir el vent. Peseu també i estalvieu el valor.

Agafeu un dels tubs d'alumini i enganxeu el punter i la veleta amb cola instantània amb totes les peces alineades al centre. Feu el mateix que abans amb bicarbonat de sodi per augmentar la duresa de cadascuna de les parts enganxades.

Agafeu el segon tub d'alumini i determinem on quedarà enganxat a l'altre tub. Per mantenir l'equilibri de la peça, la distància pel pes de l'esquena ha de ser igual a la distància pel pes del punter. (Vegeu els càlculs que es mostren al diagrama.) Les mesures de distància s'han de fer més o menys fins al centre de massa de cada peça. Utilitzeu cola instantània i bicarbonat de sodi.

Feu un forat al centre del CAP amb el diàmetre del coixinet de boles. Feu servir cola instantània per enganxar-lo a la tapa. És important triar el coixinet de boles que tingui el mateix diàmetre intern que el tub d'alumini vertical de la paleta.

Finalment, agafeu el disc de plàstic amb un diàmetre aproximat de 4,5 cm i enganxeu un petit tros de metall a la vora. Vegeu la foto D'aquesta manera podreu "enganxar" l'imant de neodimi i ajustar-lo quan calibreu l'instrument. Es pot moure en diverses direccions per endevinar les lectures de les mesures.

Col·loqueu el disc de plàstic amb la part metàl·lica enganxada en la mateixa direcció que el punter horitzontal del tub d'alumini. Això és important perquè l’imant indiqui la mateixa direcció que la paleta.

Per facilitar el muntatge final de l'anemòmetre i alinear el nord de la veleta amb la geografia nord, imprimiu una rosa dels vents i enganxeu-la a la tapa superior del CAP. El disc s’enganxarà al tub d’alumini, però primer introduïu el tub d’alumini al coixinet de boles i introduïu-lo al disc. Ajusteu l’alçada de manera que la distància entre l’imant i la vora de la tapa estigui entre 1 i 1,5 cm. Això ha de ser suficient perquè l’imant connecti correctament l’interruptor de canya. Enganxeu el disc amb cola instantània i bicarbonat de calci el més horitzontal possible.

Munteu les dues peces dirigint el nord de la rosa dels vents alineada amb l’interruptor número 0 (que representa el nord) i utilitzeu una pinça per unir-les. No utilitzeu cola perquè haureu d’ajustar i calibrar moltes vegades abans d’estar totalment a punt.

Mireu les fotos per veure la solució final.

Pas 6: Mouting de l'anemòmetre

Muntatge del suport

Agafeu les 2 tapes de plàstic i enganxeu-les amb cola instantània. Practicar 4 forats a les tapes tal com es mostra al diagrama. Poseu varetes de fusta o alumini a cada forat. Talleu les 2 boles de ping pong al centre i enganxeu-les cadascuna a les extremitats de les varetes, tot amb la part còncava del mateix costat. Les mesures aproximades es mostren al diagrama.

Feu un forat al centre del CAP de 2,5 cm amb el diàmetre del rodament de boles. Feu servir cola instantània per enganxar-lo a la tapa. Utilitzeu bicarbonat de sodi també amb molta cura.

Introduïu el tub d'alumini al coixinet de boles a una alçada compatible (vegeu la foto). Si no s’ajusta correctament, poseu una gota de cola amb cura.

Muntatge del mòdul Hall

A la vora del CAP, feu un petit forat per passar el cap del sensor Hall.

Enganxeu l'imant de neodimi al costat de les tapes de plàstic segons la foto.

Utilitzeu els 3 cables de colors diferents per connectar el mòdul del sensor.

Introduïu el mòdul Hall i orienteu el sensor cap a l'imant a una distància de 2 a 4 mm. Comproveu si la rotació de l'eix no colpeja l'imant amb el sensor.

Utilitzeu una bateria de 3,7 V per comprovar si el mòdul respon a l’aproximació de l’imant girant el led a cada contacte. Si el led s’encén, tot està bé. Si no, acosteu el sensor a l’imant fins que s’encengui el LED.

Si tot està bé, fixeu el mòdul al suport mitjançant una gota de cola.

Finalment, l’altre extrem de la vareta s’enganxarà a la tapa de plàstic amb cola instantània i bicarbonat de sodi, ajustant l’alçada correcta.

Identificació dels cables

Identifiqueu tots els cables (VCC, GND i Signal) per facilitar la connexió amb el nodemcu.

Pas 7: ajuntar-ho tot

Ara podeu muntar els dos dispositius junts mitjançant la connexió "T" i un tros de tub de PVC tal com es mostra a la foto. No utilitzeu cola, ja que si es necessita algun ajust o manteniment, no serà possible. Vaig fer petits forats i vaig utilitzar cargols per mantenir-los ben tancats. Passeu els cables dels 2 dispositius pel tub, ja que l’anemòmetre s’instal·larà al terrat de la casa, també he fabricat cables de 3 metres per connectar-lo al nodemcu que s’instal·larà a l’interior.

Pas 8: Connexió de Nodemcu i instal·lació

Els diagrames mostren la connexió correcta de cada cable. Per provar el funcionament, he utilitzat una pantalla OLED de 0,96 per llegir les mesures i verificar que són correctes, connecteu l'OLED d'aquesta manera:

D1 - SCL

D2 - SDA

VCC i GND

Per instal·lar al sostre, l’única cura és mantenir tot el dispositiu al nivell correcte. Per a això utilitzeu un nivell de bombolla i molts cargols grans. I no oblideu dirigir-vos al nord del vostre anemòmetre pel nord geogràfic de la brúixola. En cas contrari, la direcció del vent no es correspondrà amb la realitat.

I això és tot. A la següent publicació, explicaré l’esbós que es carregarà al nodemcu mitjançant Arduino IDE.

Si teniu cap dubte, no dubteu en posar-vos en contacte amb mi.

Salutacions

Gran Premi al IoT Challenge