Índice:
- Etapa 1: Componentes
- Etapa 2: como funciona
- Etapa 3: Arquivos
- Etapa 4: Preenchendo o PCB
- Etapa 5: implantação
- Etapa 6: Trabalho Anterior
Vídeo: Estação meteorológica de baixa potência: 6 etapas (com fotos)
2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38
Agora em sua terceira versão e tendo sido testado por mais de dois anos, minha estação meteorológica é atualizada para melhor desempenho de baixo consumo de energia e confiabilidade de transferência de dados.
Consumo de energia - não é um problema nos meses que não sejam dezembro e janeiro, mas nestes meses muito escuros o painel solar, embora avaliado em 40 Watts, foi incapaz de acompanhar a demanda do sistema … e a maior parte da demanda veio de o módulo 2G FONA GPRS que transmite os dados diretamente para as interwebs.
O próximo problema foi com o próprio módulo FONA GPRS ou, mais provavelmente, com a rede de telefonia celular. O dispositivo funcionava perfeitamente por semanas / meses, mas então parava repentinamente sem motivo aparente. Aparentemente, a rede tenta enviar algum tipo de 'informação de atualização do sistema' que, se não aceita, faz com que o dispositivo seja inicializado fora da rede, então GPRS não é realmente uma solução livre de manutenção para transmissão de dados. É uma pena porque quando funcionou, funcionou muito bem.
Esta atualização usa o protocolo LoRa de baixo consumo de energia para enviar os dados a um servidor local Raspberry Pi, que então os envia para as interwebs. Desta forma, a própria estação meteorológica pode ter baixo consumo de energia em um painel solar e a parte de 'levantamento de peso' do processo, feito em algum lugar dentro do alcance de WIFI com energia da rede elétrica. Obviamente, se você tiver um gateway LoRa público ao seu alcance, o Raspberry Pi não será necessário.
Construir o PCB da estação meteorológica é fácil, pois os componentes SMD são todos muito grandes (1206) e tudo no PCB funciona 100%. Alguns dos componentes, nomeadamente os instrumentos de sopro, são bastante caros, mas às vezes podem ser encontrados em segunda mão no Ebay.
Etapa 1: Componentes
Arduino MKR1300 LORAWAN ……………………………………………………………………. 1 de
Raspberry Pi (opcional, dependendo da disponibilidade do gateway LoRa local) ………… 1 de
BME280 para pressão, umidade, temperatura e altitude ………………………….. 1 de
Conector RJ 25 477-387 ……………………………………………………………………… 1 de
L7S505 ……………………………………………………………………………………………………. 1 de
Beeper 754-2053 ……………………………… 1 de
Díodo Shottky (1206) …………………………………… 2 de
R1K restauradores …………………………………… 3 de
R4.7K resistor ………………………………… 1 de
Capacitor C100nF …………………………….. 3 de
R100K …………………………………………… 1 de
R10K …………………………………………….. 4 de
C1uF ……………………………………………… 1 de
C0.33uF ………………………………………… 1 de
R100 …………………………………………….. 1 de
R0 ……………………………………………….. 1 de
Sonda de temperatura Dallas DS18B20 ………… 1 de
PCB ……………………………………………………… 1 de
Medidor de chuva ……………………………………………. 1 de
Sonda de solo ……………………………………… 1 de (consulte a etapa 6 para sonda DIY)
Anemômetro A100LK ………………………….. 1 de
Cata-vento W200P ………………………………..1 de
Etapa 2: como funciona
É fácil fazer com que os sensores funcionem para coisas como temperatura, umidade e pressão, mas alguns dos outros são bastante complicados, embora todo o código esteja incluído neste blog.
1. O pluviômetro está em uma 'interrupção' e funciona quando uma alteração é detectada. A chuva entra no instrumento e goteja em uma gangorra que balança quando uma das extremidades está cheia, acionando um sensor magnético duas vezes ao passar. O sensor de chuva tem precedência sobre tudo e funciona mesmo se os dados estiverem sendo transmitidos.
2. O anemômetro funciona enviando um pulso de baixa potência, cuja frequência depende de sua velocidade. É muito simples de codificar e usa muito pouca energia, embora precise gravar cerca de uma vez a cada segundo para pegar as rajadas mais fortes. O código mantém uma nota contínua da velocidade média do vento e da rajada máxima durante a sessão de gravação.
3. Embora à primeira vista o cata-vento seja fácil de codificar, uma vez que os meandros são explorados, é muito mais complicado. Em essência, é apenas um potenciômetro de torque muito baixo, mas o problema de obter leituras dele é agravado pelo fato de ele ter uma curta 'zona morta' em torno da direção norte. Ele precisa puxar para baixo resistores e capacitores para evitar leituras estranhas perto do norte, que causam não linearidade nas leituras. Além disso, como as leituras são polares, os cálculos médios médios normais não são possíveis e, portanto, o modo mais complicado precisa ser calculado, que envolve a criação de uma matriz massiva de cerca de 360 números! … E isso não é tudo…. Uma consideração especial deve ser feita com relação a qual quadrante o sensor está apontando, como se estivesse em um dos lados do norte, o modo deve ser tratado de forma diferente.
4. A umidade do solo é uma sonda de condutividade simples, mas para economizar energia e evitar a corrosão, ela é pulsada muito rapidamente com um dos pinos digitais sobressalentes do Arduino.
5. O sistema envia dados do Arduino para o Raspberry Pi (ou gateway LoRa), mas também precisa de um 'retorno de chamada' do receptor para confirmar que realmente recebeu os dados corretamente antes de redefinir todos os vários contadores e médias e tirar um novo conjunto de leituras. Uma sessão de gravação pode durar cerca de 5 minutos cada, após os quais o Arduino tenta enviar os dados. Se os dados estiverem corrompidos ou não houver conexão com a Internet, a sessão de gravação será estendida até que a chamada de retorno indique sucesso. Desta forma, nenhuma rajada de vento máxima ou medição de chuva serão perdidas.
6. Embora fora do escopo deste blog, uma vez no servidor de internet (é um grande computador localizado em Ipswich, Reino Unido), os dados são então reunidos em um banco de dados MySQL que pode ser acessado usando scripts PHP simples. O usuário final também pode ver os dados exibidos em mostradores e gráficos sofisticados, graças ao software Java proprietário da Amcharts. Então, o 'resultado final' pode ser visto aqui:
www.goatindustries.co.uk/weather2/
Etapa 3: Arquivos
Todos os arquivos de código do Arduino, Raspberry Pi e o arquivo para criar o PCB no software 'Design Spark' estão localizados no repositório Github aqui:
github.com/paddygoat/Weather-Station
Etapa 4: Preenchendo o PCB
Nenhum estêncil é necessário para soldar os componentes SMD - apenas aplique um pouco de solda nas almofadas do PCB e coloque os componentes com uma pinça. Os componentes são grandes o suficiente para fazer tudo à vista e não importa se a solda parece bagunçada ou se os componentes estão um pouco fora do centro.
Coloque o PCB em uma torradeira e aqueça a 240 graus C usando uma sonda de termômetro tipo K para monitorar as temperaturas. Espere 30 segundos a 240 graus e depois desligue o forno e abra a porta para liberar o calor.
Agora, o resto dos componentes podem ser soldados à mão.
Se você quiser comprar um PCB, baixe os arquivos gerber compactados aqui:
github.com/paddygoat/Weather-Station/blob/master/PCB/Gerbers_Weather%20station%203_Tx_01.zip
e carregue-os no JLC aqui:
Selecione o tamanho da placa de 100 x 100 mm e use todos os padrões. O custo é de $ 2 + postagem para 10 pranchas.
Etapa 5: implantação
A estação meteorológica é implantada no meio de um campo com os instrumentos de sopro em um poste alto com cabos de sustentação. Os detalhes da implantação são fornecidos aqui:
www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat…
Etapa 6: Trabalho Anterior
Este instrutível é o último estágio em um projeto em andamento que tem seu histórico de desenvolvimento em sete outros projetos anteriores:
www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat…
www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat…
www.instructables.com/id/Setting-Up-an-A10…
www.instructables.com/id/Analogue-Sensors-…
www.instructables.com/id/Analogue-Wind-Van…
www.instructables.com/id/Arduino-Soil-Prob…
www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat…
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