Come Costruire il Tuo Anemometro Usando Interruttori Reed, Sensore ad Effetto Hall e alcuni Scarti su Nodemcu - Parte 2 - Software: 5 Passaggi (con Immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

introduzione

Questo è il seguito del primo post "Come costruire il tuo anemometro usando interruttori a lamella, sensore ad effetto Hall e alcuni frammenti su Nodemcu - Parte 1 - Hardware" - dove mostro come assemblare i dispositivi di misurazione della velocità e della direzione del vento. Qui sfrutteremo il software di controllo della misura progettato per l'uso in un Nodemcu utilizzando l'IDE Arduino.

descrizione del progetto

Nel post precedente, i dispositivi armati e collegati al Nodemcu sono in grado di misurare la velocità e la direzione del vento. Il software di controllo è stato progettato per leggere la rotazione dell'anemometro per un periodo di tempo, calcolare la velocità lineare, leggere la direzione in cui si trova la paletta, mostrare i risultati nell'OLED, pubblicare i risultati in ThingSpeak e dormire per 15 minuti fino a quando la misurazione successiva.

Dichiarazione di non responsabilità: questo anemometro non deve essere utilizzato per scopi professionali. È solo per uso accademico o domestico.

Nota: l'inglese non è la mia lingua naturale. Se trovi errori grammaticali che ti impediscono di comprendere il progetto, fammelo sapere per correggerli. Grazie molte.

Passaggio 1: installazione di Arduino IDE, schede e librerie ESP8266 e il tuo account ThingSpeak

Installazione di Arduino IDE e Nodemcu

Se non hai mai installato l'IDE Arduino leggi il tutorial nel link - Come installare Arduino IDE - dove puoi trovare le istruzioni complete.

Il prossimo passo, per installare la scheda Nodemcu, usa questo tutorial da Magesh Jayakumar Instructables che è molto completo. Come installare Nodemcu senza Arduino IDE

Installazione di librerie

Il passaggio successivo è necessario installare le librerie utilizzate dallo schizzo. Sono comuni e puoi seguire i passaggi mostrati di seguito.

Libreria ThingSpeak -

Libreria ESP8266 -

Creazione di un account ThingSpeak

Per utilizzare ThingSpeak (https://thingspeak.com/) devi creare un account (è comunque gratuito per un certo numero di interazioni) dove puoi salvare i dati misurati nel tuo anemometro e monitorare le condizioni del vento nella tua casa, anche tramite cellulare. Utilizzando ThingSpeak, puoi dare l'accesso pubblico ai tuoi dati raccolti a chiunque sia interessato. Questo è un buon vantaggio di ThingSpeak. Entra nella home page e segui i passaggi per creare il tuo account.

Una volta creato l'account, accedi a questo tutorial - ThingSpeak Getting Started - per creare i tuoi canali. È spiegato abbastanza bene. In sintesi, è necessario creare un canale in cui verranno archiviati i dati. Questo canale ha un ID e un'API chiave a cui fare riferimento nello schizzo ogni volta che si desidera registrare i dati. ThingSpeak memorizzerà tutti i dati in una banca e li mostrerà ogni volta che accedi al tuo account, nel modo che hai configurato.

Passaggio 2: esplorazione dello schizzo

Diagramma di flusso

Nel diagramma, puoi capire il flussogramma dello schizzo. Quando risveglierai (link) il Nodemcu, si connetterà alla tua rete Wi-Fi, di cui hai configurato i parametri e inizierà a contare 1 minuto di tempo per eseguire le misurazioni. Innanzitutto, conterà le rotazioni dell'anemometro per 25 secondi, calcola la velocità lineare e leggere la direzione del vento. I risultati vengono visualizzati sull'OLED. Ripeti gli stessi passaggi e per questa seconda lettura, trasmetterà a ThingSpeak.

Quindi Nodemcu dorme per 15 minuti per risparmiare la batteria. Poiché sto usando un piccolo pannello solare, è imperativo che lo faccia. Se stai usando una sorgente a 5V puoi modificare il programma in modo che non dorma e continui a misurare i dati.

Struttura dei programmi

Nel diagramma, puoi vedere la struttura dello schizzo.

Anemometro_Instructables

È il programma principale che carica le librerie, avvia le variabili, controlla l'interrupt di collegamento, chiama tutte le funzioni, calcola la velocità del vento, ne determina la direzione e lo mette in stop.

comunicazioni

Connetti il WiFi e invia i dati a ThingSpeak.

credenziali.h

Le chiavi della tua rete WiFi e gli identificatori del tuo account in ThingSpeak. Qui è dove cambierai gli ID delle chiavi e le API.

definisce.h

Contiene tutte le variabili del programma. Qui è dove puoi cambiare i tempi di lettura o per quanto tempo il nodemcu dovrebbe dormire.

funzioni

Contiene le funzioni per combinare i parametri e leggere il multiplexer e la funzione per leggere le rotazioni dell'anemometro.

oledDisplay

Mostra i risultati sullo schermo della velocità e della direzione del vento.

Passaggio 3: spiegazioni su…

Allega interruzione

La rotazione dell'anemometro è misurata dalla funzione attachInterrupt () (e detachInterrupt ()) nel GPIO 12 (pin D6) del Nodemcu (ha funzione di interrupt sui suoi pin D0-D8).

Gli interrupt sono eventi o condizioni che fanno sì che il microcontrollore interrompa l'esecuzione dell'attività che sta eseguendo, lavori in un'attività diversa temporaneamente e torni all'attività iniziale.

Puoi leggere il dettaglio della funzione nel link per il tutorial di Arduino. Vedere attachInterrupt().

Sintassi: attachInterrupt (pin, funzione di callback, tipo/modalità di interruzione);

pin = D6

funzione di callback = rpm_anemometer - conta ogni impulso su una variabile.

tipo/modalità di interruzione = RISING - interruzione quando il pin passa da basso ad alto.

Ad ogni impulso prodotto dal magnete nel sensore di Hall, il pin va da basso ad alto e si attiva la funzione di conteggio sommando gli impulsi in una variabile, durante i 25 secondi stabiliti. Allo scadere del tempo, il contatore viene disconnesso (detachInterrupt()) e la routine calcola la velocità mentre è disconnesso.

Calcolo della velocità del vento

Una volta determinato quante rotazioni ha dato l'anemometro in 25 secondi, calcoliamo la velocità.

• RADIO è la misura dall'asse centrale dell'anemometro alla punta della pallina da ping pong. Devi aver misurato molto bene il tuo - (vedi quello nel diagramma che dice 10 cm).
• RPS (rotazioni al secondo) = rotazioni / 25 secondi
• RPM (rotazioni al minuto) = RPS * 60
• OMEGA (velocità angolare - radianti al secondo) = 2 * PI * RPS
• Linear_Velocity (metri al secondo) = OMEGA * RADIO
• Linear_Velocity_kmh (Km all'ora) = 3.6 * Linear_Velocity e questo è ciò che verrà inviato a ThingSpeak.

Leggi la direzione della banderuola

Per leggere la posizione della banderuola per determinare la direzione del vento il programma invia i segnali basso e alto al multiplexer con tutte le combinazioni dei parametri A, B, C (matrice muxABC) e attende di ricevere sul pin A0 il risultato che può essere qualsiasi tensione compresa tra 0 e 3,3 V. Le combinazioni sono mostrate nel diagramma.

Ad esempio, quando C = 0 (basso), B = 0 (basso), A = 0 (basso) il multiplexer gli fornisce i dati del pin 0 e invia il segnale ad A0 che viene letto dal Nodemcu; se C = 0 (basso), B = 0 (basso), A = 1 (alto) il multiplexer ti invierà i dati del pin 1 e così via, fino al completamento della lettura degli 8 canali.

Essendo il segnale analogico, il programma si trasforma in digitale (0 o 1), se la tensione è minore o uguale a 1.3V il segnale è 0; se è maggiore di 1.3V il segnale è 1. Il valore 1.3V è arbitrario e per me ha funzionato molto bene. Ci sono sempre piccole dispersioni di corrente e questo protegge dall'assenza di falsi positivi.

Questi dati sono memorizzati in un vettore val[8] che verrà confrontato con l'array di indirizzi come bussola. Vedere la matrice nel diagramma. Ad esempio, se il vettore ricevuto è [0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0] indica nella matrice la direzione E e corrisponde ad un angolo di 90 gradi; se [0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1] indica nella matrice l'indirizzo WNW e corrisponde ad un angolo di 292,5 gradi. La N corrisponde a [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0] e un angolo di 0 gradi.

Ciò che verrà inviato a ThingSpeak è inclinato perché accetta solo numeri.

Passaggio 4: comunicazioni

Come inviare dati a ThingSpeak

La funzione thingspeaksenddata() è responsabile dell'invio dei dati.

ThingSpeak.setField (1, float (linear_velocity_kmh)) - Invia i dati di velocità al campo1 del mio canale

ThingSpeak.setField (2, float (wind_Direction_Angle)) - Invia i dati dell'indirizzo al campo2 del mio canale

ThingSpeak.writeFields (myChannelNumber, myWriteAPIKey) - Invia al mio canale myChannelNumber, con la scritta myWriteAPIKey API indicata da TS. Questi dati sono stati generati da TS durante la creazione del tuo account e del tuo canale.

Nelle immagini sopra puoi vedere come ThingSpeak mostra i dati ricevuti.

In questo link puoi accedere ai dati del mio progetto nel canale pubblico di ThingSpeak.

Passaggio 5: variabili principali

parametri della banderuola

• MUX_A D5 - mux pi A a Nodemcu pin D5
• MUX_B D4 - mux pin B a Nodemcu pin D4
• MUX_C D3 - mux pin C a Nodemcu pin D3
• READPIN 0 - Ingresso analogico su NodeMcu = A0
• NO_PINS 8 - numero di pin mux
• val[NO_PINS] - porte da 0 a 7 di mux
• wind_Direction_Angle - Angolo della direzione del vento
• String windRose[16] = {"N", "NNE", "NE", "ENE", "E", "ESE", "SE", "SSE", "S", "SSW", "SW", "WSW", "W", "WNW", "NW", "NNW"} - cardenals, collaterali e sub-garanzie
• windAng[16] = {0, 22,5, 45, 67,5, 90, 112,5, 135, 157,5, 180, 202,5, 225, 247,5, 270, 292,5, 315, 337,5} - angoli di ciascuna direzione
• Cifra [16] [NO_PINS] - Matrice delle direzioni
• muxABC[8] [3] - Combinazioni ABC mux

parametri dell'anemometro

• rpmcount - conta quante rotazioni complete ha fatto l'anemometro nel tempo assegnato
• timemeasure = 25,00 - tempo di durata della misurazione in secondi
• timetoSleep = 1 - Nodemcu tempo di veglia in minuti
• sleepTime = 15 - tempo per continuare a dormire in minuti
• rpm, rps - frequenze di rotazione (rotazioni al minuto, rotazioni al secondo)
• raggio - metri - la misura della lunghezza dell'ala dell'anemometro
• linear_velocity - velocità lineare in m/seg
• linear_velocity_kmh - velocità lineare in km/h
• omega - velocità radiale in rad/seg

Di seguito potete trovare lo schizzo completo. Crea una nuova cartella sulla cartella Arduino del tuo computer con lo stesso nome del programma principale (Anemometer_Instructables) e mettili tutti insieme.

Inserisci i dati della tua rete wifi e il ThingSpeak ID e API Writer Key nella parte Credentials.he salva. Carica su Nodemcu e questo è tutto.

Per testare il funzionamento del sistema consiglio una buona ventola rotante.

Per accedere ai dati da cellulare, scarica l'applicazione per IOS o Android chiamata ThingView, che fortunatamente è ancora gratuita.

Configura le impostazioni del tuo account e sarai pronto a vedere le condizioni del vento di casa ovunque tu sia.

Se sei interessato, accedi al mio canale ThingSpeak Channel ID: 438851, che è pubblico e lì troverai le misurazioni del vento e della direzione a casa mia.

Spero davvero che tu ti diverta.

Se hai qualche dubbio non esitare a contattarmi.

Saluti