Piranômetro ADS1115 InstESRE: 14 etapas (com imagens)

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

Um piranômetro mede a irradiância do sol (potência / área, basicamente "brilho") em uma superfície. Apesar dos nomes semelhantes, é completamente diferente de um pirômetro, então pare aqui se é isso que você está procurando.

Este Instructable descreve como construir e testar uma versão modificada do kit de piranômetro oferecido pelo Dr. David Brooks do Instituto de Pesquisa e Educação em Ciências da Terra (InstESRE):

www.instesre.org/construction/pyranometer/pyranometer.htm

Esta versão do piranômetro InstESRE faz interface com um Arduino usando um conversor analógico-digital ADS1115 (ADC) e também suporta correção de temperatura usando um sensor de temperatura TMP36 co-localizado com o fotodiodo.

O IV Swinger 2 IV curve tracer suporta este projeto de piranômetro como um sensor opcional, e essa foi a motivação para as modificações. No entanto, uma vez que outros usuários do piranômetro InstESRE podem achá-lo útil, este Instructable descreve o design independentemente do projeto IV Swinger 2.

O seguinte repositório GitHub contém a documentação e o software:

github.com/csatt/ADS1115_InstESRE_Pyranometer

Faça download e leia o documento antes de continuar. O documento contém uma versão somente de texto das etapas neste Instructable e pode ser usado como uma lista de verificação durante a construção. Ele também descreve como solicitar o kit do Dr. Brooks e quais peças adicionais comprar. Aqueles não são repetidos neste Instructable.

Etapa 1: reunir ferramentas

Usei as ferramentas mostradas na foto.

Etapa 2: preparar o gabinete

• Insira o anel isolante no orifício na extremidade da caixa. Use um pequeno objeto sem corte, como uma pequena chave de fenda. Tenha cuidado para não cortar o anel isolante. (O ilhó é um item de borracha macia em forma de O). _
• Espalhe uma pequena quantidade de supercola ao redor do interior do maior dos dois orifícios na parte superior da caixa. Insira o nível de bolha de dentro da caixa. Certifique-se de que o ombro do nível de bolha assenta firmemente contra a parte superior da caixa. Deixe a caixa de lado, de cabeça para baixo, para deixar a cola secar por vários minutos. [NOTA: o nível de bolha não é necessário para a aplicação IV Swinger 2 e não é mostrado nas fotos.] _

Etapa 3: preparar fotodiodo e difusor

• Certifique-se de que os cabos do fotodiodo PDB-C139 estão retos e paralelos entre si, fazendo ajustes se necessário. _
• Insira o fotodiodo PDB-C139 no suporte de LED. Ele deve se encaixar no lugar. NÃO use supercola. _
• Com os condutores do fotodiodo PDB-C139 apontando para cima e com o condutor mais longo para a esquerda e o mais curto para a direita, dobre MUITO LEVEMENTE os dois condutores para longe de você. _
• Insira o conjunto do fotodiodo no tubo do invólucro pela parte superior. Novamente, NÃO use supercola. Certifique-se de que a parte superior do diodo esteja limpa e sem poeira. _
• Pegue o disco difusor de Teflon com uma toalha de papel ou lenço de papel e esfregue ambas as superfícies suavemente para remover qualquer poeira ou detritos que possam estar lá. Encaixe o disco em seu recesso na parte superior do tubo do invólucro. NÃO use supercola. Se for um ajuste muito folgado, você terá que usar um pouco de supercola DEPOIS, mas NÃO AINDA. _
• Vire o conjunto de cabeça para baixo (cabos apontando para cima, o mais longo para a esquerda). Certifique-se de que o disco difusor não caiu. Use 4 pedaços de fita adesiva para segurá-lo em uma superfície de trabalho dura e lisa. A fita deve estar abaixo da borda usinada do tubo. Enrole mais um pedaço de fita ao redor do tubo. _

Etapa 4: adicionar TMP36 (opcional)

• Insira o TMP36 no orifício próximo aos eletrodos do fotodiodo, com o lado plano do TMP36 voltado para os eletrodos e o lado arredondado voltado para a parede do tubo. Pressione-o para baixo pelas pontas dos cabos. Ele deve se encaixar perfeitamente com deflexão mínima dos cabos do fotodiodo. _
• Remova o TMP36, aplique supercola em sua parte superior, lado plano e lado arredondado e insira-o imediatamente de volta no orifício na mesma posição. Use apenas cola suficiente para que ela grude no suporte do LED, nas pontas do diodo e dentro do tubo, mas não use tanto que possa fluir ao redor do fotodiodo. Certifique-se de pressioná-lo no orifício rapidamente, para que a cola não agarre antes de ele entrar totalmente. _
• Ajuste os dois condutores do fotodiodo e os três condutores do TMP36 para que todos apontem o mais reto possível_

Etapa 5: cole o tubo do sensor na caixa

• Aplique um pouco de supercola na borda usinada do tubo e, em seguida, abaixe imediatamente a caixa sobre ela, de modo que o tubo seja colado no orifício da caixa. A dimensão longa da caixa deve estar alinhada com as fileiras de cabos que passam pelo orifício e o orifício da extremidade com o anel isolante deve estar à sua direita. Certifique-se de que o tubo esteja totalmente encaixado no orifício. _
• Use um pouco de fita para segurar a caixa na posição de modo que fique nivelada e o tubo fique perpendicular a ela._

Etapa 6: Adicionar Placa ADS1115

• Aplique uma gota de supercola na parte de trás da placa ADS1115 bem no meio. Rapidamente, mas com cuidado, abaixe a placa ADS1115 com o cabo do fotodiodo mais longo passando pelo orifício A0 e o mais curto passando pelo orifício A1. Os três cabos TMP36 estarão ao longo da borda da placa ADS1115 e podem desviar ligeiramente. Ajuste a posição da placa ADS1115 de forma que os orifícios A0 e A1 fiquem centralizados sobre o orifício do tubo e segure a placa no lugar por cerca de um minuto para que adira à caixa._
• Deixe isso intocado por algumas horas para que a cola tenha secado. Não prossiga com as etapas a seguir até então._

Etapa 7: adicionar resistor de carga

• Corte ambos os terminais do resistor para 1 cm. Dobre 2 mm na extremidade de cada cabo em um ângulo reto e insira essas extremidades de 2 mm nos orifícios A0 e A1 da placa ADS1115, ao lado dos cabos do fotodiodo. A razão para o comprimento de 2 mm é que não há possibilidade de que as extremidades possam tocar os cabos do TMP36 ou o outro cabo do fotodiodo sob a placa._
• Solde o resistor e os condutores do fotodiodo nos orifícios A0 e A1._
• Corte os terminais do fotodiodo._

Etapa 8: Soldar o cabo intermediário TMP36 para A2 (opcional)

• Dobre suavemente os dois condutores externos do TMP36, afastando-os da borda da placa ADS1115._
• Com um alicate de bico longo, dobre cuidadosamente o cabo TMP36 do meio em direção ao orifício A2 e solde-o no orifício. Você pode precisar de um pequeno pedaço de fio desencapado no orifício para soldar se o cabo não for longo o suficiente para realmente entrar no orifício. Certifique-se de que este cabo não esteja em contato com a junta de solda A1 ou com a ponta do cabo do fotodiodo._

Etapa 9: preparar o cabo

• Desencape todo o conjunto da superfície de trabalho_

• Agite para garantir que o disco difusor de Teflon não caia. Se isso acontecer, deixe o disco de lado por enquanto.

  _

• Corte a extremidade fêmea do cabo. Empurre a extremidade cortada através do anel isolante para dentro da caixa e puxe-a. Não se preocupe em puxá-lo muito longe, você poderá puxá-lo de volta mais tarde. Use uma gota de sabão em pó se estiver difícil de empurrar._
• Corte o revestimento externo do cabo na extremidade cortada para expor os quatro fios internos, tomando cuidado para não danificar o isolamento dos fios internos. Corte pelo menos 2 cm do revestimento._
• Descasque 8 mm do isolamento dos quatro fios internos e torça as pontas de cada um._
• “Estanhar” as pontas torcidas aquecendo com o ferro de solda e aplicando um pouco de solda nos fios._
• Use um multímetro digital (DMM) para determinar a conectividade entre os fios internos e as quatro partes do plugue de 3,5 mm na outra extremidade do cabo. Anote as cores: Cor: Dica: _ [+ 5V] Anel 1: _ [SCL] Anel 2: _ [SDA] Manga: _ [GND] NOTA: essas cores quase certamente NÃO corresponderão às cores no diagrama de conexões, então isso é muito importante._
• Puxe o cabo de volta através do passa-fios de borracha até que o isolamento dos fios internos chegue ao orifício VDD da placa ADS1115. _

Etapa 10: Fios de cabo de solda e fio de conexão para ADS1115

• Corte os seguintes comprimentos de fio de conexão (necessário apenas para TMP36)

  • Preto, 2,5cm
  • Vermelho, 2,5 cm Strip 6 mm de cada extremidade de cada._
• Solde o fio do cabo que está conectado à ponta do plugue (+ 5V) ao orifício do VDD, junto com uma extremidade do fio vermelho de 2,5 cm._
• Solde o fio do cabo que está conectado à luva do plugue (GND) ao orifício GND, junto com uma extremidade do fio preto de 2,5 cm._
• Solde o fio do cabo que está conectado ao anel de plugue 1 (SCL) ao orifício SCL._
• Solde o fio do cabo que está conectado ao plugue Ring 2 (SDA) ao orifício SDA. _

Etapa 11: Soldar cabos de alimentação / aterramento TMP36 (opcional)

• Solde a outra extremidade do fio preto de 2,5 cm (do orifício GND) ao cabo TMP36 à direita. Certifique-se de que não entre em contato com o lead do meio._
• Solde a outra extremidade do fio vermelho de 2,5 cm (do orifício do VDD) ao cabo TMP36 à esquerda. Certifique-se de que não entre em contato com o lead do meio._

Etapa 12: Corte e solde os fios para o Jack

• Corte quatro fios de conexão. Faça-os longos o suficiente para qualquer gabinete em que você colocará o Arduino (9 cm para IV Swinger 2):

  • Preto: _
  • Vermelho: _
  • Azul: _
  • Verde: _Strip 1cm do final de cada._
• Insira o plugue do cabo no conector de 3,5 mm._
• Use o DMM para determinar qual conexão de solda na parte traseira do conector de 3,5 mm está conectada ao orifício VDD na placa ADS1115. Torça o fio VERMELHO para essa conexão de solda no conector._
• Use o DMM para determinar qual conexão de solda na parte traseira do conector de 3,5 mm está conectada ao orifício GND na placa ADS1115. Torça o fio PRETO para essa conexão de solda no conector._
• Use o DMM para determinar qual conexão de solda na parte traseira do conector de 3,5 mm está conectada ao orifício SCL na placa ADS1115. Torça o fio AZUL para essa conexão de solda no conector._
• Use o DMM para determinar qual conexão de solda na parte traseira do conector de 3,5 mm está conectada ao orifício SDA na placa ADS1115. Torça o fio VERDE para essa conexão de solda no conector._

• Use o DMM para confirmar as conexões. Teste a continuidade da extremidade do fio de conexão ao orifício ADS1115. Ao mesmo tempo, teste se NÃO há CONTINUIDADE para os outros três.

  • Vermelho para VDD: _
  • Preto para GND: _
  • Azul para SCL: _
  • Verde para SDA: _
• Solde todos os quatro fios de conexão à tomada de 3,5 mm_

Etapa 13: Montagem final

• Coloque a braçadeira ao redor do cabo e use um alicate para puxá-la bem ao lado do anel isolante na parte interna da caixa. Aparar._
• Aparafuse a tampa à caixa._
• Use o pequeno pedaço de papel abrasivo fino incluso no kit e lixe suavemente a superfície do Teflon com um movimento circular, apenas o suficiente para remover o "brilho" do disco._
• Se o disco difusor de Teflon não encaixar firmemente em seu recesso, use uma quantidade MINÚSCULA de supercola ao redor do recesso para prendê-lo. Certifique-se de não colocar cola no fotodetector! Um palito pode ser útil para aplicar a supercola, mas mova-se rapidamente. Use uma pequena pinça para segurá-la enquanto a cola seca._
• Conecte ao Arduino: conecte os quatro fios da parte traseira do conector de 3,5 mm ao Arduino, conforme mostrado nas fotos._

Etapa 14: Execução de testes e calibração

O documento no repositório GitHub descreve como carregar e executar os testes. Também descreve o que é necessário para calibrar o piranômetro.