Estação meteorológica com registro de dados: 7 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Neste instrutível, mostrarei como fazer você mesmo um sistema de estação meteorológica. Tudo que você precisa é conhecimento básico em eletrônica, programação e um pouco de tempo.

Este projeto ainda está em construção. Esta é apenas a primeira parte. As atualizações serão carregadas nos próximos um ou dois meses.

Se você tiver dúvidas ou problemas, pode entrar em contato comigo por e-mail: [email protected]. Components fornecidos por DFRobot

Então vamos começar

Etapa 1: Materiais

Quase todos os materiais necessários para este projeto podem ser comprados na loja online: DFRobot

Para este projeto, vamos precisar de:

- Kit estação meteorológica

- Módulo de cartão SD Arduino

-Cartão SD

-Gerenciador de energia solar

-5V 1A painel solar

-Algumas abraçadeiras de nylon

-Kit de montagem

-Tela de LCD

-Breadboard

- Baterias de íon-lítio (usei baterias Sanyo 3.7V 2250mAh)

- Caixa de junção de plástico à prova d'água

-Alguns fios

-Resistores (2x 10kOhm)

Etapa 2: Módulos

Para este projeto usei dois módulos diferentes.

Gerenciador de energia solar

Este módulo pode ser alimentado com dois suprimentos diferentes, bateria 3,7 V, painel solar 4,5 V - 6 V ou cabo USB.

Possui duas saídas diferentes. Saída USB de 5 V que pode ser usada para fornecer Arduino ou algum outro controlador e pinos de 5 V para alimentar diferentes módulos e sensores.

Especificações:

• Tensão de entrada solar (ENTRADA SOLAR): 4,5 V ~ 6 V
• Entrada da bateria (BAT IN): 3,7 V Única célula de polímero de lítio / íon de lítio
• Corrente de carga da bateria (USB / ENTRADA SOLAR): Carga lenta máxima de 900mA, corrente constante, carga trifásica de tensão constante
• Tensão de corte de carga (USB / ENTRADA SOLAR): 4,2 V ± 1%
• Fonte de alimentação regulada: 5V 1A
• Eficiência da fonte de alimentação regulada (3,7 V BAT IN): 86% @ 50% da carga
• Eficiência de carga USB / solar: 73%@3.7V 900mA BAT IN

Módulo SD

Este módulo é totalmente compatível com Arduino. Ele permite que você adicione armazenamento em massa e registro de dados ao seu projeto.

Usei-o para coletar dados da estação meteorológica com cartão SD de 16GB.

Especificações:

• Break out board para cartão SD padrão e cartão Micro SD (TF)
• Contém um interruptor para selecionar o slot do cartão flash
• Senta-se diretamente em um Arduino
• Também pode ser usado com outros microcontroladores

Etapa 3: Kit de estação meteorológica

O principal componente deste projeto é o kit da estação meteorológica. Ele é alimentado por 5V do Arduino ou você também pode usar uma fonte externa de 5V.

Possui 4 pinos (5V, GND, TX, RX). A porta de dados TXD usa 9600bps.

O kit da estação meteorológica consiste em:

• Anemômetro
• Cata-vento
• Balde de chuva
• Placa de Sensor
• Studdle de aço inoxidável (30 CM) (11,81 ")
• Pacote de componentes

Ele pode ser usado para medir:

• Velocidade do vento
• Direção do vento
• Quantidade de chuva

Ele foi construído em um sensor de umidade e temperatura que também pode medir a pressão barométrica.

O anemômetro pode medir a velocidade do vento até 25 m / s. A direção do vento é exibida em graus.

Mais informações sobre este kit e código de amostra podem ser encontradas em: DFRobot wiki

Etapa 4: como montar o kit da estação meteorológica

A montagem deste kit é bastante fácil, mas para mais informações sobre a montagem assista a um tutorial de como montar este kit.

Tutorial: Como montar o kit da estação meteorológica

Etapa 5: Fornecimento e habitação

Bateria:

Para este projeto, usei baterias de íon-lítio 3,7V. Eu fiz a bateria com 5x dessas baterias. Cada bateria tem cerca de 2250 mAh, então um pacote de 5x dá cerca de 11250 mAh quando conectado em paralelo.

Conexão: Como mencionei conectei baterias em paralelo, pois em paralelo você mantém a tensão original mas ganha maior capacidade de bateria. Por exemplo: Se você tiver duas baterias de 3,7 V 2000 mAh e conectá-las em paralelo, obterá 3,7 V e 4000 mAh.

Se você deseja obter uma voltagem maior, é necessário conectá-los em série. Por exemplo: se você conectar duas baterias de 3,7 V 2000 mAh em série, obterá 7, 4 V e 2000 mAh.

Painel solar:

Usei painel solar 5V 1A. Este painel tem no máximo 5W de potência de saída. A tensão de saída sobe até 6V. Quando testei o painel com tempo nublado, sua tensão de saída era de cerca de 5,8-5,9V.

Mas se você quiser abastecer totalmente esta estação meteorológica com energia solar, você precisa adicionar 1 ou 2 painéis solares e bateria de chumbo-ácido ou qualquer outra coisa para armazenar energia e abastecer a estação quando não houver sol.

HABITAÇÃO:

Não parece, mas a habitação é uma das partes mais importantes deste sistema, porque protege os componentes vitais dos elementos externos.

Então eu escolho uma caixa de junção de plástico à prova d'água. Ele é grande o suficiente para caber todos os componentes internos. Tem cerca de 19x15 cm.

Etapa 6: Fiação e código

Arduino:

Todos os componentes estão conectados ao Arduino.

-Módulo SD:

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

Placa da estação meteorológica:

• 5V -> 5V
• GND -> GND
• TX -> RX no Arduino
• RX -> TX no Arduino

A bateria é conectada diretamente ao gerenciador de energia (entrada de bateria de 3,7 V). Também fiz conexão da bateria ao pino analógico A0 no Arduino para monitoramento de tensão.

O painel solar é conectado diretamente a este módulo (entrada solar). O painel solar também está conectado ao divisor de tensão. A saída do divisor de tensão é conectada ao pino analógico A1 no Arduino.

Eu também fiz a conexão para que você possa conectar o display LCD nele para verificar a tensão. Então o LCD é conectado a 5V, GND e SDA do LCD vai para o SDA no Arduino e o mesmo com o pino SCK.

O Arduino está conectado ao módulo gerenciador de energia com um cabo USB.

CÓDIGO:

O código para esta estação meteorológica pode ser encontrado no wiki DFRobot. Também anexei meu código com todas as atualizações.

-Se você deseja obter a direção certa do vento para a sua posição, você precisa alterar manualmente os valores de decréscimo no programa.

Portanto, todos os dados são armazenados em um arquivo txt denominado test. Você pode renomear este arquivo se desejar. Eu escrevo todos os valores possíveis da estação meteorológica e também escreve na voltagem da bateria e voltagem solar. Para que você possa ver como está o consumo de bateria.

Etapa 7: medição de tensão e teste

Eu precisava fazer monitoramento de tensão em bateria e painel solar para o meu projeto.

Para monitorar a tensão da bateria, usei um pino analógico. Liguei + da bateria ao pino analógico A0 e - da bateria ao GND no Arduino. No programa usei a função "analogRead" e "lcd.print ()" para exibir o valor da tensão no LCD. A terceira imagem mostra a tensão da bateria. Medi com Arduino e também com multímetro para poder comparar o valor. A diferença entre esses dois valores foi de cerca de 0,04V.

Como a tensão de saída do painel solar é superior a 5 V, preciso fazer o divisor de tensão. A entrada analógica pode ter no máximo 5 V de tensão de entrada. Eu fiz isso com dois resistores de 10kOhm. O uso de dois resistores com igual valor divide a tensão exatamente pela metade. Portanto, se você conectar 5V, a tensão de saída será de cerca de 2,5V. Este divisor de tensão está na primeira foto. A diferença entre o valor da tensão no LCD e no multímetro foi de cerca de 0,1-0,2V

A equação para a saída do divisor de tensão é: Vout = (Vcc * R2) / R1 + R2

Testando

Quando conectei tudo junto e coloquei todos os componentes na caixa, precisei fazer um teste externo. Então tirei a estação meteorológica do lado de fora para ver como funcionaria em condições externas reais. O objetivo principal deste teste foi ver como as baterias funcionam ou quanto irão descarregar durante o teste. Durante o teste, a temperatura externa era de cerca de 1 ° C fora e cerca de 4 ° C dentro da caixa.

A tensão da bateria caiu de 3,58 para cerca de 3,47 em cinco horas.