Как сделать анемометр на базе Arduino

DmitrijЭлектроника / ArduinoАвтор этой самоделки однажды столкнулся с вопросом, как можно определить, есть ли ветер в том месте, где он живет. Такой вопрос возник из-за того, что он хотел поставить ветряк для генерации электричества. С помощью этого хитроумного приспособления можно сделать замеры, как часто бывает ветер, с какой средней скоростью он дует и так далее. В качество основы для сбора и обработки информации лежит плата Arduino.Материалы и инструменты для изготовления анемометра:— кусок квадратной трубы;- болгарка;- сварка;- подшипник;- развертка;- гвозди;- краска;- светодиодиодно-фототранзисторный датчик (можно вытащить из принтера);- схема Arduino;- минимальный набор инструмента.Процесс изготовления:Шаг первый. Изготавливаем датчик анемометра Для изготовления датчика нужно взять кусок квадратной трубы и затем в ней вырезать окошко, через него потом будет происходить установка начинки. Внутри этой трубы нужно приварить металлическую пластину, она будет выступать в качестве держателя подшипника. Потом приваривается еще одна пластина для фиксирования нижнего подшипника. Верх автор решил сделать в виде скатной крыше. Для этого берется четыре треугольника, сперва прихватывается сваркой, а затем хорошо проваривается. Далее заготовка зажимается в тиски и диаметром сверла на 0.5 мм меньше, чем диаметр подшипника в нижней крышке и середине сверлится отверстие. Оба они нужны для подшипников. Чтобы подшипники встали на места с натяжкой, размер отверстий подгоняется разверткой. После того как подшипники были установлены, в них был вставлен гвоздь 100-ка. В середине окошка на него надевается пластмассовая шайба с четырьмя прорезями. Снизу гвоздя была нарезана резьба и затем на эту ось была накручена крыльчатка. Шаг второй. Процесс изготовления крыльчаткиЧтобы изготовить крыльчатку нужно взять гайку и приварить к ней электродом на 2мм три гвоздя. Концы гвоздей обрезаются, и на них нарезается резьба. Затем на концы надеваются половинки от мячика. В качестве держателя к корпусу был приварен шестигранный пруток из нержавеющей стали. А чтобы корпус не ржавел, он был покрыт белой эмалью.Чтобы датчик мог считывать информацию, нужна шайба с прорезями. Автор достал ее из старой шариковой компьютерной мышки. Когда прорезь проходит перед светодиодно-фототранзисторным датчиком, он посылает сигнал электронике.Что касается лопастей крыльчатки, то они сперва были изготовлены из теннисных мячиков. При таком размере лопастей крыльчатка заводится при ветре от 5 м/с. Чтобы сделать крыльчатку чувствительнее, были приобретены мячики диметром 55 мм, в таком случае крыльчатка начинает крутится уже при м/с. При этом измерение ведется до 22 м/с.Шаг третий. Электронная частьВ качестве электронной схемы автор сперва использовал самодельную ЛУТ схему с добавлением зеленой макси из Китая. Но система не могла показывать скорость ветра в метрах/секунду. Она лишь отображала количество оборотов. На данный момент идет сборка схемы на Arduino. Принцип работы анемометра автора точно такой, как и компьютерной мышки. Нужно теперь лишь соединить две схемы. Было решено передать импульсы с фототранзистора на Arduino, при этом схема стала воспринимать такие сигналы как нажатия на кнопку. Чтобы получить скорость ветра, нужно просто посчитать, сколько идет нажатий на кнопку в течение определенного времени, скажем, в секунду. Однако не все так просто, чтобы перевести частоту вращения крыльчатки в скорость движения ветра м/с, требуется специальная формула. Ей автор с удовольствием делится. Вот и все, теперь анемометр можно считать готовым. При необходимости в код можно добавить функцию, которая бы подсчитывала, сколько времени ветер дул с какой-то определенной скоростью. Такая самоделка будет отличным дополнением для тех, кто собирается установить ветряк или пристально следит за погодой.Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Цена: $54.99

Данная метеостанция выгодно отличается от большинства бытовых метеостанций с выносными модулем наличием флюгера-компаса и анемометра, но вместе с тем все же не дотягивает до полноценной метеостанции базового уровня из-за отсутствия барометра и дождемера, а также невозможности сохранения показаний на внешних устройствах для последующего анализа и обработки. Впрочем, давайте я не буду забегать вперед и расскажу обо все по порядку. Производителем метеостанции WS0232 является Dongguan Meteorology Electronic Technology Co.

Спецификация:

Параметры измерений: Температура (выносной блок): от -40 ℃ до + 60 ℃ Температура (внутренний блок): от 0 + до + 50 ℃ Точность измерения температуры: ± 1,0 ℃ Диапазон измерения влажности: от 20% до 90% Точность измерения влажности: ± 5% Диапазон измерения скорости ветра – от 0 до 50 м/cЭнергопотребление: Внутренний блок: 1.5V 2 x AAA Выносной блок: 1.5V 2 х АА Срок службы батареи: 12 месяцев для внутреннего блокаВнешний датчик: Частота: 433 Mhz Дальность приема: до 100 м. в прямой видимости.Функционал: — «Вечный» календарь, — 12 или 24-часовой формат отображения времени, — подвесное или свободно стоящее размещение внутреннего блока, — внешний блок может быть закреплен горизонтально или вертикально, — настраиваемый часовой пояс, — будильник. — индикатор низкого заряда батареи на базовой станции, — сигнализация при критических значениях температуры и влажности, — эффект ветра и температура точки росы, — отображение относительной влажности внутри и снаружи помещений. — отображение скорости ветра в милях в час, км/ч, м/с, узлах, по шкале Бофорта, отдельно для порывов ветра, — синхронизированный мгновенный прием данных о погоде на улице, — сохранение минимальных и максимальных значений температуры и влажности внутри и снаружи помещения, — отображение направления ветра (N, S, W, E, NE, SE, SW, NW) на ЖК-компасе, — отображение температуры в помещении и на улице в градусах Фаренгейта или Цельсия (по выбору пользователя). — сигнал тревоги по погодным условиям может быть установлен отдельно для каждого параметра, при этом может быть установлено любое значение. Продолжительность сигнала тревоги — 2 минуты, — хранение истории измерений в течении последних 20 дней.

Пришла метеостанция в довольно внушительной красочно оформленной коробке размером 39 x 26 x 13 см. С обратной стороны коробки были перечислены основные характеристики устройства. Интересный момент — указано что диапазон измерения низких температур зависит от типа используемых батареек. При использовании литиевых источников питания он достигает -40 градусов Цельсия, а при использовании обычных солевых только -20. Внутри была форма из прессованного картона с разложенными по секциям деталями метеостанциию Комплект поставки: — внутренний блок, — разобранный на 6 частей внешний блок, — 3 болта с гайками для сборки внешнего блока (болты различаются по длине – два по 22 мм и один – 17 мм.), — крепление внешнего блока (комплект из 4 дюбелей и саморезов), — инструкция на английском языке. Внешний блок состоит из флюгера-компаса и анемометра с их базами, основного блока с электроникой и опоры для крепления. Флюгер-компас и его база: Взаимодействие флюгера и базы осуществляется с помощью магнитов. Так как магнит на флюгере находится со стороны стрелки, а на базе размечены стороны света, установить флюгер следует в направлении на север. Определение направления ветра осуществляется с помощью датчиков внутри базы, расположенных по сторонам света. Под флюгером-компасом расположен чашечный анемометр (прибор для измерения скорости ветра). Он также состоит из двух частей, взаимодействующих с помощью магнита – чашечного колеса и базы. Для передачи показаний приспособлен 2-х парный телефонный кабель, соединяемый последовательно (флюгер-компас – анемометр – база) через разъемы RJ11. Скорость ветра определяется путем подсчета оборотов чашечного колеса, для чего в базу анемометра установлен датчик. Основной блок с электроникой скрыт под защитным кожухом в форме елочки с высотой 21 см (если считать вместе с соединительным переходником). Блок вставлен в пазы внутри защитного кожуха и полностью закрыт им. Для установки батареек и подключения датчиков его необходимо извлечь. На фото видно два порта для подключения датчиков. Левый подписан «RAIN», а правый – «WIND». Так как в конфигурации присутствует только ветровые приборы, разъем подключаем в порт «WIND». Второй порт зарезервирован для более продвинутых конфигураций метеостанции, где используется дождемер. Питание основного блока осуществляется от двух батареек AA. Так как обычные солевые батарейки будут работоспособны при температуре до -20 градусов Цельсия, для более суровых условий рекомендуется литиевые батарейки, которые сохраняют работоспособность при температуре до -40 градусов Цельсия. Такие батарейки стоят существенно дороже и их сложнее найти (на том же Aliexpress предложений не уж так много), но работоспособность прибора при низких температурах думаю того стоит. Опора крепления имеет длину 15 см без учета разъемов для подсоединения. Таких разъемов – два. Так сделано чтобы можно было закрепить основной блок либо вертикально (например, на крышу), либо под углом 90 градусов — на стену. Основание базы – 6 x 6 см. Общий вес внешнего блок без учета батареек – 430 г. Сборка внешнего блока также требует некоторых пояснений. Чтобы визуально не перегружать обзор я убрал их под спойлер.Нюансы сборкиБазы флюгера-компаса и анемометра соединяются между собой штифтом с пазом, и скрепляются винтом через соединительный переходник. Это обеспечивает конструктивно предопределенный промежуток между ними. На фото соединение показано без переходника что бы было визуально понятно. Кабель с анемометра продевается через соединительный переходник и защитный кожух. Кабель с флюгера-компаса подсоединяется к порту на анемометре. Нижняя часть переходника должна крепиться на защитный кожух также с помощью болта (правда, с одной стороны отверстие оказалось не просверлено). Подключаем датчики к основному блоку: Основной блок устанавливается внутрь кожуха, а затем на разъем опоры и скрепляется винтом. Для установки или замены батареек кожух вместе с верхними блоками можно приподнять. Первоначальную установку батареек во внешний блок желательно выполнить в течении 2 минут после установок батарей во внутренний блок, пока идет поиск соединения. Так выглядит внешний блок в сборе. Общая высота – 49 см. Внутренний блок довольно компактный – 12 x 6.5 x 2.5 см. Для питания используются две батарейки AAA. Внутренний блок можно повесить на стену, для чего предусмотрено отверстие, или поставить на стол с помощью откидной подставки. Вес блока без батареек – 94 г. Информация на экране разделена на три раздела: — дата и время, — температура и влажность внутри / снаружи, — направление и скорость ветра. Результаты измерений сохраняются с 30-минутным шагом и их можно в дальнейшем посмотреть. Как видите, все легко читаемо и понимаемо. Однако это не скажешь об отображении дополнительных параметров. Так, единовременно можно отображать либо среднюю скорость ветра, либо скорость его порывов. А для того, чтобы переключиться между ними или просмотреть значения точки росы, охлаждающего эффект ветра, сохранённых максимумов и минимумов показаний необходимо совершить множественные нажатия функциональных кнопок. Примеры таких последовательности приводить не буду, чтобы не перегружать обзор.Но, если хотите, вы можете почитать об этом в инструкции

Проверим точности показаний. Сравнение проводилось с метеостанцией TS-3310-BK (внутренний и внешний блок) и простенькой домашней метеостанцией. Как видите, температурные показания схожи. Что касается влажности, то здесь более точна WS0232 (показания влажности на открытом воздухе сходна с показаниями сайта weather.com на момент замера). Несомненно, что WS0232 выглядит значительно серьезней на фоне простеньких метеостанций с выносным блоком, таких как TS-3310, но если сравнивать её с другими метеостанциями Dongguan Meteorology Electronic Technology Co, то явно бросаются в глаза и её недостатки. Прежде всего – это отсутствие барометра. Остальные метеостанции не только измеряют атмосферного давления, но и сохраняют результаты этих измерений для вычисления тенденции. Кроме этого, более продвинутые метеостанции этого производителя снабжены дождемером, а топовые модели позволяют сохранять результаты измерений на внешних устройствах. Так WS1040 позволяет сохранять данные через USB-кабель на ПК и затем просматривать и анализировать их с помощью специальной программы, а WS1050 для хранения данных использует облачный сервис. Общим недостатком всех станций является не очень удобный кнопочный интерфейс, но для метеостанций с возможностю внешнего доступа к данным это не критично. Правда здесь уже вступает в силу ценовой фактор — WS1040 доступна на Aliexpress по цене от $80, а WS1050 – от $130. Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта. Используемые источники: