Estação meteorológica Arduino Weathercloud: 16 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Fiz uma estação meteorológica conectada a internet. Ele mede temperatura, umidade, pressão, precipitação, velocidade do vento, índice de UV e calcula alguns valores meteorológicos mais importantes. Em seguida, ele envia esses dados para weathercloud.net, que tem ótimos gráficos e UX. Ele também tem uma webcamera meteorológica. Custou-me cerca de 140 €. Fiz esta estação como meu projeto escolar. A estação está montada na minha escola em Bratislava, Eslováquia. Aqui estão os dados atuais.

Crédito da foto: Mimo magazín. Usado com permissão.

Nota: Trabalho neste projeto há mais de dois anos. Este instructable é apenas um recarregamento de um instructable que publiquei um ano antes, mas houve tantas mudanças que decidi fazer um novo instructable. Além disso, ninguém nunca olha para instructables de um ano de idade

ATUALIZAÇÃO 14.12.2018: Olá! Eu adicionei um anemômetro (medidor de vento) à minha estação. Há algum texto e fotos novos, portanto, certifique-se de verificar

Etapa 1: Weathercloud

Em primeiro lugar, o que é Weatherclud? Weathercloud é uma grande rede de estações meteorológicas que relatam dados em tempo real de todo o mundo. É gratuito e tem mais de 10.000 estações meteorológicas conectadas a ele. Em primeiro lugar, eu tinha meu próprio site em HTML para onde todos os dados eram enviados, mas fazer seu próprio site e gráficos é difícil e é muito mais fácil apenas enviar todos os dados para uma grande plataforma em nuvem que tem bons gráficos e servidores estáveis. Pesquisei como enviar dados para o weathercloud e descobri que você pode fazer isso facilmente com uma simples chamada GET. O único problema com o Weathercloud é que, com uma conta gratuita, ele permite que você envie dados apenas a cada dez minutos, mas isso não deve ser um problema para a maioria dos usos. Você precisará criar uma conta Weathercloud para fazê-lo funcionar. Em seguida, você precisará criar um perfil de estação em seu site. Ao criar seu perfil de estação meteorológica no Weathercloud, você recebe um ID do Weathercloud e uma CHAVE do Weathercloud. Guarde-os porque o Arduino precisará deles para saber para onde enviar os dados.

Etapa 2: Lista de peças

Planilhas Google BOM

PREÇO ESTIMADO: 140 € / 150 $

Etapa 3: Ferramentas

Essas ferramentas podem ser úteis:

descascador de fios

furadeira de bateria

ferro de solda

alicate

chaves de fenda

pistola de cola

multímetro

Serra

broca de árvore

Arquivo

Etapa 4: Proteção contra radiação solar DS18B20

Um escudo de radiação solar é algo muito comum usado em estações meteorológicas para bloquear a radiação solar direta e, portanto, reduzir erros na temperatura medida. Ele também atua como um suporte para o sensor de temperatura. Os escudos de radiação são muito úteis, mas geralmente são feitos de aço e são caros, então decidi construir um escudo próprio. Fiz um instrutivo que mostra como fazer um escudo de radiação como este. Aqui está o instrutível.

Eu também encontrei um vídeo que mostra exatamente o mesmo processo, então você pode usar isso:

Etapa 5: caixa de terminais

A caixa de terminais é o centro da estação. O cabo principal de 14 núcleos conecta-o à caixa do servidor. O cabo do DS18B20 vai para ele. O cabo da caixa UV vai para ele. Ele também hospeda o sensor de umidade e pressão. Ao selecionar uma caixa de terminais, você pode usar qualquer caixa de junção de plástico IP65 que tenha mais de 10x5x5cm (4 "x2" x2 ").

Etapa 6: Caixa de Sensor UV

A caixa do sensor UV hospeda o sensor UVM-30A e também é um ponto intermediário entre a caixa do terminal principal e os medidores de chuva e vento. A caixa do sensor UV pode ser qualquer caixa de plástico IP65 com uma tampa totalmente transparente.

Etapa 7: Câmera do tempo

Webcams meteorológicas (ou câmeras do tempo, como gosto de chamá-las) são usadas para gravar ou transmitir imagens das condições meteorológicas reais. A partir da imagem você pode determinar a intensidade da luz e a nebulosidade. Eu optei por uma câmera wi-fi mais barata disponível, mas você pode usar qualquer câmera wi-fi de sua escolha. Esta câmera barata funciona muito bem, mas há um problema com ela. Você precisa ter um computador executando um software de streaming constantemente. Isso não foi um problema para mim porque já existe um servidor executando o site na rede para que ele possa cuidar do streaming também. Mas se você não tiver um computador como esse em sua rede doméstica, recomendo comprar um Raspberry pi e uma câmera Raspberry pi. É mais caro (25 $ vs 70 $), mas você realmente não tem outra opção se quiser uma webcam. Em ambos os casos, você precisa colocar a câmera em uma caixa à prova d'água. Você pode usar a mesma caixa do sensor UV. Eu fiz minha própria caixa de uma caixa de plástico comum e acrílico, mas isso é desnecessário. A bateria da câmera precisará ser recarregada constantemente. Você pode fazer isso removendo um cabo USB e conectando os fios + e - à saída de energia de 5 V para os sensores. Quando sua câmera é à prova de intempéries, você pode montá-la em qualquer lugar onde haja uma boa visão com zipties.

Agora vamos dar uma olhada no software. Esta parte requer algumas habilidades de codificação avançadas. Você precisa ter um computador funcionando 24 horas por dia, 7 dias por semana (pode ser um Raspberry pi) em sua rede doméstica para fazer tudo isso. Portanto, a primeira coisa que você precisa fazer é conectar sua câmera IP à sua rede Wi-Fi doméstica. Em seguida, você precisa alterar o nome de usuário e a senha no script de acordo com seu nome de usuário e senha na interface da câmera. Você também precisa alterar o endereço IP da câmera no script. Em seguida, você precisa configurar um agendador de tarefas para executar o script incluído a cada 5 minutos ou mais em seu servidor / computador. O script deve agora fazer uma captura de tela da imagem da câmera a cada 5 minutos e salvá-la na pasta predefinida. A pasta deve ser pública para que você possa pesquisá-la em um mecanismo de pesquisa como este: example.com/username/webcam.jpg. O Weathercloud pode então pegar essa imagem da pasta pública e colocá-la em sua página da web. Você pode ver o feed "ao vivo" (atualizações a cada 5 minutos) aqui.

Etapa 8: Suporte de Sensores Superiores

O suporte dos sensores superiores é um componente de aço que mantém os sensores superiores (UV, chuva e velocidade do vento) no telhado. A parte que você vê nessas fotos se encaixa apenas no nosso prédio. Você pode montar esses sensores da maneira que desejar. Este é apenas um exemplo. Já tínhamos um tubo de aço montado no telhado, por isso foi fácil montar o suporte.

Etapa 9: problema de compatibilidade do escudo

Há um problema simples de compatibilidade entre a blindagem Ethernet e o protoshield. Você não pode colocar proto-escudo em cima do escudo Ethernet porque o conector Ethernet simplesmente não permite. E você não pode colocar a blindagem ethernet no topo do proto-escudo porque a blindagem ethernet precisa ter uma conexão direta com o arduino através do conector ICSP, mas o proto-escudo não tem uma. Bem, um problema simples, uma solução simples. Acabei de cortar um orifício retangular na protuberância para que o conector Ethernet possa se encaixar.

Etapa 10: medição da precipitação

O pluviômetro que encomendei funciona perfeitamente, mas há um grande problema com ele. Não possui nenhuma interface de comunicação como I2C ou RX / TX. Existe apenas um interruptor simples que liga por 60 microssegundos toda vez que chove mais de 0,28 mm / m2. O arduino pode detectar isso facilmente quando não está fazendo nada além de medir a precipitação. Mas quando ele tem outras tarefas a fazer (como medir a temperatura e enviá-lo para a nuvem), há uma grande probabilidade de que o processador do arduino esteja ocupado no momento de ligar o pluviômetro. Isso causará uma leitura imprecisa da precipitação. É por isso que adicionei um segundo arduino - um arduino nano. A única tarefa do nano é medir a precipitação e enviá-la ao arduino mestre por meio do I2C. Dessa forma, as leituras de precipitação serão sempre precisas. Fiz uma placa de circuito impresso que contém o arduino nano e o módulo RTC, mas você também pode soldá-la ao proto-escudo. Eu sei que esta não é a solução mais simples e barata, mas gosto dela e é muito limpa e organizada.

Etapa 11: Medição da velocidade do vento

Esta etapa é muito semelhante à anterior. Fiz uma placa que mede a velocidade do vento e depois a envia pelo I2C. Basta repetir a etapa anterior sem o RTC. Tentei colocar as duas placas em uma, mas não deu certo.

Etapa 12: caixa do servidor

É sempre uma boa ideia esconder todos os eletrônicos em uma caixa pequena e organizada. E foi exatamente isso que fiz com a caixa do servidor. A caixa do servidor hospeda o Arduino UNO, a blindagem ethernet, o protoshield, o regulador de 5V, o terminal do cabo de dados principal e a placa de medição de chuva. Uma observação sobre o Arduino: o código da estação usa cerca de 90% da memória UNO do Arduino e isso pode causar alguns problemas. Você pode ou não precisar usar o Arduino Mega.

Etapa 13: Conexões

Basta conectar tudo de acordo com o esquema incluído.

Etapa 14: CODE

Esta é a parte final, a parte que todos esperávamos - testar, se funcionar. Você precisa alterar o endereço IP, o ID do Weathercloud e a CHAVE do Weathercloud de acordo com sua rede doméstica e sua conta do Weathercloud. Você está pronto para carregá-lo em seu arduino. Você também precisa fazer o upload do código do remetente de chuva I2C para o Arduino nano na placa de chuva e o remetente de vento I2C para o Arduino nano na placa de velocidade do vento. Há também o script index.php, mais informações sobre isso estão na etapa 7.

Etapa 15: Instalação

Fazer sua estação meteorológica funcionar em sua oficina é uma coisa, mas fazê-la funcionar em condições adversas do mundo real é outra. O procedimento de instalação depende muito do prédio em que você está montando sua estação. Mas se você tiver o escudo de radiação solar e o suporte superior dos sensores, não será tão difícil. O sensor de temperatura e umidade pode ser colocado em qualquer lugar do edifício, mas o sensor UV e o pluviômetro devem estar no topo do edifício. O sensor UV não pode estar na sombra e o pluviômetro não pode estar perto de uma parede, caso contrário, quando houver vento forte, as gotas de chuva não cairão no medidor e as leituras serão imprecisas. Aqui está uma foto mostrando como você pode montar a estação em uma casa típica. Você deve ter muito cuidado ao montar uma estação no telhado e deve ter uma furadeira potente que pode perfurar concreto.

Etapa 16: Concluído

Parabéns. Se você executou todas as etapas corretamente, terá uma estação meteorológica na nuvem totalmente operacional. Você pode ver os dados da minha estação aqui. Se você tiver alguma dúvida ou sugestão, ficaria feliz em ouvi-las na seção de comentários abaixo.

Estou planejando construir uma estação semelhante usando placa ESP32 Wi-Fi e alguns sensores adicionais (velocidade / direção do vento, radiação solar, umidade do solo), mas mais sobre isso mais tarde. Aproveitar!