Estació meteorològica amb registre de dades: 7 passos (amb imatges)

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

En aquest instructiu us mostraré com fer el sistema d’estacions meteorològiques per vosaltres mateixos. Tot el que necessiteu és coneixement bàsic en electrònica, programació i una mica de temps.

Aquest projecte encara està en procés. Aquesta és només la primera part. Les actualitzacions es penjaran en un o dos mesos vinents.

Si teniu cap pregunta o problema, podeu posar-vos en contacte amb mi al meu correu electrònic: [email protected]. Components proporcionats per DFRobot

Comencem, doncs

Pas 1: materials

Gairebé tots els materials necessaris per a aquest projecte es poden comprar a la botiga en línia: DFRobot

Per a aquest projecte necessitarem:

-Kit estació meteorològica

-Mòdul de targeta SD Arduino

-Targeta SD

-Gestor d'energia solar

-5V 1A Panell solar

-Algunes brides de cable de niló

-Kit de muntatge

-Pantalla LCD

-Pissarra

-Bateries de ions (he utilitzat bateries Sanyo 3.7V 2250mAh)

-Caixa de connexions de plàstic impermeable

-Alguns cables

-Resistors (2x 10kOhm)

Pas 2: mòduls

Per a aquest projecte he utilitzat dos mòduls diferents.

Gestor d'energia solar

Aquest mòdul es pot alimentar amb dos subministraments diferents, bateria de 3,7 V, panell solar de 4,5 V a 6 V o cable USB.

Té dues sortides diferents. Sortida USB de 5V que es pot utilitzar per subministrar Arduino o algun altre controlador i pins de 5V per alimentar diferents mòduls i sensors.

Especificacions:

• Voltatge d’entrada solar (SOLAR IN): 4,5V ~ 6V
• Entrada de bateria (BAT IN): Li-polímer / Li-ion de 3,7 V d’una sola cèl·lula
• Corrent de càrrega de la bateria (USB / SOLAR IN): càrrega màxima de 900 mA, corrent constant, càrrega de tres fases de tensió constant
• Voltatge de tall de càrrega (USB / SOLAR IN): 4,2V ± 1%
• Font d'alimentació regulada: 5V 1A
• Eficiència regulada de la font d'alimentació (3,7 V BAT IN): 86% @ 50% de càrrega
• Eficiència de càrrega USB / Solar: 73%@3.7V 900mA BAT IN

Mòdul SD

Aquest mòdul és totalment compatible amb Arduino. Permet afegir emmagatzematge massiu i registre de dades al vostre projecte.

L’he utilitzat per recollir dades de l’estació meteorològica amb targeta SD de 16 GB.

Especificacions:

• Descomposa el tauler per a la targeta SD estàndard i la targeta Micro SD (TF)
• Conté un commutador per seleccionar la ranura de la targeta flash
• Seu directament a un Arduino
• També es pot utilitzar amb altres microcontroladors

Pas 3: Kit de l'estació meteorològica

El component principal d’aquest projecte és el kit d’estació meteorològica. Funciona amb 5V d’Arduino o també podeu utilitzar un subministrament extern de 5V.

Té 4 pins (5V, GND, TX, RX). El port de dades TXD utilitza 9600bps.

El kit de l'estació meteorològica consta de:

• Anemòmetre
• Veleta
• Cubell de pluja
• Taula de sensors
• Tancament d'acer inoxidable (30 cm) (11,81 ")
• Paquet de components

Es pot utilitzar per mesurar:

• Velocitat del vent
• Direcció del vent
• Quantitat de precipitacions

Té un sensor d’humitat i temperatura que també pot mesurar la pressió baromètrica.

L'anemòmetre pot mesurar la velocitat del vent fins a 25 m / s. La direcció del vent es mostra en graus.

Podeu trobar més informació sobre aquest kit i codi de mostra a: DFRobot wiki

Pas 4: Com muntar el kit de l'estació meteorològica

El muntatge d’aquest kit és bastant senzill, però per obtenir més informació sobre el muntatge mireu un tutorial sobre com muntar aquest kit.

Tutorial: Com muntar el kit de l'estació meteorològica

Pas 5: subministrament i habitatge

Pila:

Per a aquest projecte he utilitzat bateries de li-ion de 3,7 V. Vaig fabricar bateries a partir de 5 vegades d’aquestes bateries. Cada bateria té uns 2250 mAh, de manera que un paquet de 5x dóna aproximadament 11250 mAh quan es connecta en paral·lel.

Connexió: com he esmentat, he connectat les bateries en paral·lel, ja que en paral·lel es manté el voltatge original però es guanya una major capacitat de bateria. Per exemple: si teniu dues bateries de 3.7V 2000 mAh i les connecteu en paral·lel, obtindreu 3,7V i 4000 mAh.

Si voleu aconseguir un voltatge més gran, heu de connectar-los en sèrie. Per exemple: si connecteu dues bateries de 3,7 V de 2000 mAh en sèrie, obtindreu 7, 4V i 2000 mAh.

Panell solar:

He utilitzat un panell solar de 5V 1A. Aquest panell té aproximadament 5W de potència de sortida màxima. El voltatge de sortida puja a 6V. Quan vaig provar el panell en temps ennuvolat, la seva tensió de sortida era d’uns 5,8-5,9V.

Però si voleu subministrar completament aquesta estació meteorològica amb energia solar, heu d’afegir 1 o 2 panells solars i una bateria de plom àcid o alguna cosa més per emmagatzemar energia i subministrar l’estació quan no hi ha sol.

HABITATGE:

No sembla, però l’habitatge és una de les parts més importants d’aquest sistema, perquè protegeix els components vitals dels elements externs.

Així que trio una caixa de connexions de plàstic impermeable. Té prou grans dimensions per adaptar-se a tots els components. Fa uns 19x15 cm.

Pas 6: cablejat i codi

Arduino:

Tots els components estan connectats amb Arduino.

-Mòdul SD:

• 5V -> 5V
• GND -> GND
• MOSI -> pin digital 9
• MISO -> pin digital 11
• SCK -> pin digital 12
• SS -> pin digital 10

Tauler de l'estació meteorològica:

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

La bateria està connectada directament al gestor d’alimentació (entrada de bateria de 3,7 V). També vaig fer connexió des de la bateria fins al pin analògic A0 a Arduino per controlar la tensió.

El panell solar està connectat directament a aquest mòdul (entrada solar). El panell solar també està connectat al divisor de tensió. La sortida del divisor de tensió està connectada al pin analògic A1 d'Arduino.

També he fet connexió perquè pugueu connectar-hi una pantalla LCD per comprovar el voltatge. Així doncs, el LCD està connectat a 5V, GND i SDA des del LCD passa a SDA a Arduino i el mateix amb el pin SCK.

Arduino està connectat al mòdul de gestor d'energia mitjançant un cable USB.

CODI:

El codi d'aquesta estació meteorològica es pot trobar a la wiki de DFRobot. També he adjuntat el meu codi amb totes les actualitzacions.

-Si voleu obtenir la direcció del vent adequada per a la vostra posició, heu de canviar manualment els valors de degradació del programa.

Així, totes les dades s’emmagatzemen al fitxer txt anomenat test. Podeu canviar el nom d’aquest fitxer si voleu. Escric tots els valors possibles de l’estació meteorològica i també escriu en tensió de la bateria i tensió solar. De manera que pugueu veure com és el consum de bateria.

Pas 7: mesura de la tensió i proves

Havia de fer el control del voltatge a la bateria i al panell solar per al meu projecte.

Per controlar la tensió de la bateria he utilitzat un pin analògic. Vaig connectar + de la bateria al pin analògic A0 i - de la bateria a GND a Arduino. Al programa he utilitzat la funció "analogRead" i "lcd.print ()" per mostrar el valor de la tensió a la pantalla LCD. La tercera imatge mostra el voltatge de la bateria. El vaig mesurar amb Arduino i també amb multímetre per poder comparar el valor. La diferència entre aquests dos valors va ser d’uns 0,04V.

Com que el voltatge de sortida del panell solar és superior a 5V, necessito fer un divisor de tensió. L’entrada analògica pot tenir un voltatge d’entrada màxim de 5V. El vaig fer amb dues resistències de 10kOhm. L'ús de dues resistències amb un valor igual, divideix el voltatge exactament a la meitat. Per tant, si connecteu 5V, el voltatge de sortida serà d’uns 2,5V. Aquest divisor de tensió es troba a la primera imatge. La diferència entre el valor de la tensió a la pantalla LCD i al multímetre era d’uns 0,1-0,2V

L’equació per a la sortida del divisor de tensió és: Vout = (Vcc * R2) / R1 + R2

Proves

Quan ho vaig connectar tot i vaig empaquetar tots els components a la carcassa, necessitava fer proves externes. Així que vaig treure l’estació meteorològica a fora per veure com funcionaria en condicions reals de fora. L'objectiu principal d'aquesta prova era veure com funcionaran les bateries o quant es descarregaran durant aquesta prova. Durant la prova, la temperatura exterior era d’uns 1 ° C a l’exterior i d’uns 4 ° C a l’interior de la carcassa.

El voltatge de la bateria va caure de 3,58 a aproximadament 3,47 en cinc hores.