Come costruire il tuo anemometro usando interruttori reed, sensore ad effetto Hall e alcuni frammenti su Nodemcu. - Parte 1 - Hardware: 8 passaggi (con immagini)

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

introduzione

Da quando ho iniziato con gli studi di Arduino e della Maker Culture mi è piaciuto costruire dispositivi utili utilizzando rottami e pezzi di scarto come tappi di bottiglia, pezzi di PVC, lattine per bevande, ecc. Amo dare una seconda vita a qualsiasi pezzo o qualsiasi Materiale. Gran parte dei materiali utilizzati qui sono scarti rimossi da alcune attrezzature e riciclati

Quando ho iniziato il progetto di una stazione meteorologica per conto mio mi sono reso conto che la misurazione dell'intensità e della direzione del vento non sarebbe stata molto facile o economica. Dopo diversi mesi vi presento questo progetto che utilizza per lo più materiali riciclati e parti elettroniche molto economiche facilmente reperibili in qualsiasi negozio di elettronica.

Questo post ha 2 parti.

Parte 1 - Costruzione dei dispositivi Anemometro e Direzione Wind Vane.

Parte 2 - Lo sketch usando Arduino IDE per Esp8266 Nodemcu e la trasmissione a ThingSpeak.

Guarda il video per conoscere la soluzione finale.

Come costruire il tuo anemometro usando il sensore ad effetto Hall e gli interruttori Reed

Descrizione del progetto

L'anemometro è un dispositivo in grado di misurare la velocità del vento e la sua direzione. Utilizzando un sensore ad effetto Hall potremo contare quante rotazioni danno le tazze in un periodo di tempo. L'intensità del vento è proporzionale alla velocità di rotazione dell'asse. Con alcune semplici equazioni di fisica, puoi determinare la velocità lineare del vento, in quel momento. Li spiegheremo tutti nella parte 2.

E la direzione del vento la misureremo attraverso un parabrezza con un magnete al neodimio e interruttori reed. La paletta punta nella direzione del vento e il magnete ad essa collegato collegherà gli interruttori reed permettendo alla corrente elettrica di passare attraverso la connessione (o le connessioni). I circuiti che hanno corrente positiva indicano la direzione del vento, come una bussola.

Abbiamo 8 circuiti che emuleranno 16 direzioni: 4 punti cardinali e 4 collaterali quando viene attivato 1 interruttore (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW) e quando vengono attivati 2 interruttori contemporaneamente abbiamo 8 sub collaterali punti (NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW).

La velocità e la direzione del vento saranno calcolate e determinate da uno schizzo nel nodemcu. Ma questo verrà spiegato nella parte 2. Passiamo ora all'assemblaggio dell'hardware.

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: Distinta base

Segnavento

8 x interruttori reed

Resistori da 8 x 10 k ohm

Tubo in PVC da 10 cm

2 tappi in PVC diametro 5 cm

1 tappo in PVC diametro 2,5 cm

1 multiplexer analogico CD4051

1 disco di plastica

Pezzo di plastica resistente 20 x 20

1 Magnete al neodimio (Le dimensioni del magnete devono consentire il collegamento simultaneo di due interruttori. Il mio è 0,5 x 0,5 cm e va bene.)

10 fili di colori diversi

1 PCB generico

1 cuscinetto a sfere con lo stesso diametro dei tubi in alluminio

1 tubo di alluminio di circa 20 cm

1 tubo di alluminio di circa 10 cm

1 fascetta stringitubo

Massa epossidica

Colla istantanea - cianoacrilato e bicarbonato di sodio

Anemometro

2 palline da ping pong

4 bastoncini di legno o alluminio di circa 12 cm

1 cuscinetto a sfere

1 tubo di alluminio di circa 5 cm

3 pezzi di fili diversi colori

1 sensore di hall SS49E

1 magnete al neodimio

Colla epossidica e colla istantanea - cianoacrilato e bicarbonato di sodio

2 rubinetti in plastica di circa 3 a 5 cm di diametro

1 tappo in PVC e tubo in PVC da 5 cm

1 tappo in PVC diametro 2,5 cm

• Nodemcu
• Custodia in plastica per progetti elettronici
• Saldatore
• 1 tubo in PVC di circa 2 metri e connettore in PVC a "T"
• 1 connessione in PVC a 90 gradi
• Alimentazione 5V (sto usando il pannello solare)

Passaggio 2: assemblaggio della banderuola Rosetta

Reed Switch e resistori montati su PCB

Tagliare il PCB generico a forma di cerchio con un diametro leggermente più piccolo del CAP in PVC perché quando sarà pronto andrà ad incastrarlo.

Piegare le gambe dell'interruttore reed di 90 gradi per inserirle nel PCB con cura in modo da non rompere il vetro di protezione. L'ideale è a 3 mm di distanza dal vetro. Montare ciascun interruttore reed secondo lo schema. Numera ciascuno da 0 a 7 come nel diagramma. Una corretta identificazione sarà importante quando si collegano i terminali al multiplexer. Usa il saldatore per saldarli sulla piastra.

Posizionare ciascun resistore come da schema in cui uno dei terminali è saldato in uno dei terminali dell'interruttore reed e l'altro sarà comune a tutti i resistori, posizionato al centro del PCB.

Saldare un cavo in rame che collega tutti i terminali esterni degli interruttori reed, lasciando gli ultimi due senza connessione. Come un anello. L'ordine di saldatura non ha importanza.

Alla giunzione di ciascun resistore e del filo di saldatura dell'interruttore reed di ciascun colore. Sono 8 diversi. Saldare un filo rosso all'anello di rame degli interruttori reed come positivo e un filo nero alla giunzione di tutte le resistenze al centro della "rosetta", come negativo.

Osservare gli schemi e fare attenzione a mantenere la numerazione dei cavi per il collegamento al multiplexer.

Testare i collegamenti prima del montaggio

Prima di procedere con il montaggio suggerisco di testare le connessioni. Utilizzare un led, una qualsiasi batteria 18650 3,7 V, un magnete al neodimio e cavi con chele di coccodrillo. Collegare la batteria ai morsetti VCC e GND e il cavo coccodrillo a GND con l'altra estremità al negativo del led (usarne uno blu che non necessiti di resistore). Collegare l'altro cavo al positivo del led e l'altro a ciascun cavo collegato agli interruttori. Ora fai passare il magnete attraverso il bordo esterno dell'interruttore collegato. Se il led si accende, è ok. Se non si accende controllare le saldature. Per testare due connessioni contemporaneamente utilizzare un altro cavo e un altro led contemporaneamente. Quando si passa il magnete tra due interruttori, i due LED dovrebbero accendersi. È essenziale che entrambi i LED si accendano contemporaneamente in modo che il segnale elettrico possa rappresentare punti sub-collaterali della bussola come ENE, ESE, SSW, NNW, ecc.

Passaggio 3: connessioni da e verso il multiplexer CD4051

Multiplexer analogico CD4051

I multiplexer sono circuiti combinatori con più ingressi e un'unica uscita dati. Sono dotati di ingressi di controllo in grado di selezionare uno, ed uno solo, degli ingressi dati per consentirne la trasmissione dall'ingresso selezionato a detta uscita.

Se non conosci il funzionamento del CD4051 ti consiglio di leggere la scheda tecnica che trovi in rete. In sintesi, il 4051 dispone di 8 ingressi analogici numerati da 0 a 7, 3 e pin A, B e C che combinati consentono di leggere gli ingressi e definire quale uscita analogica viene collegata. Ad ogni lettura il software analizza quali sono i collegamenti con corrente positiva e indicherà la corrispondente direzione del vento. Questo sarà spiegato in dettaglio nella parte 2 del post. Guarda lo schema per vedere come la rosetta è collegata al multiplexer.

Connessioni a Nodemcu

Avremo bisogno di 8 cavi per collegare il Nodemcu. Vedi il diagramma.

1 coppia di fili positivo (rosso) e massa (nero) che forniscono corrente alla rosetta

1 coppia di cavi positivo (rosso) e massa (nero) che forniscono corrente al CD4051

1 cavo per uscita analogica A0 (grigio)

1 cavo per ingresso digitale del pin A = D5 (blu)

1 cavo per ingresso digitale del pin B = D4 (verde)

1 cavo per ingresso digitale del pin C = D3 (giallo)

Ho utilizzato un cavo telefonico a 10 fili di diversi colori per facilitare il montaggio finale.

Identificare ciascuno dei cavi con il loro indirizzo corrispondente per facilitare l'assemblaggio finale.

Passaggio 4: montaggio di tutto nel supporto in PVC

Montaggio del supporto

Prendi il CAP di 5 cm di diametro di PVC, un pezzo di tubo di PVC e il CAP di 2,5 cm di diametro e incollali tutti con la colla istantanea secondo la foto. Puoi anche fare un foro con il diametro del tubo per migliorare il collegamento tra i pezzi. Dopo che tutti i pezzi sono stati incollati, applica altra colla sui bordi incollati di ogni pezzo e copri immediatamente con bicarbonato di sodio. Quando si asciuga la colla si avrà una durezza molto buona.

Dovresti anche incollare il silicone sul bordo del CAP che permetterà di sigillare l'unione tra i 2 CAP e facilitare il montaggio della rosetta. Fateli asciugare prima di continuare.

Inserire con cautela la rosetta già montata sul pezzo di supporto e che aderisca perfettamente al bordo del CAP. Ricorda che monteremo un secondo CAP sopra questo. Guarda la foto con la soluzione finale. E per favore identifica ciascuno dei cavi per facilitare le connessioni con il nodemcu.

Passaggio 5: montaggio della paletta

Montaggio della struttura della paletta

Crea un puntatore con massa epossidica con la forma mostrata nella foto. Quando è ben asciutto pesare il pezzo e salvare il valore.

Prendi il pezzo di plastica e taglialo simmetricamente per la parte posteriore della banderuola che serve a dirigere il vento. Pesare anche e salvare il valore.

Prendi uno dei tubi di alluminio e incolla il puntatore e la banderuola con la colla istantanea con tutti i pezzi allineati nel mezzo. Fai la stessa cosa che hai fatto prima con il bicarbonato di sodio per aumentare la durezza di ciascuna delle parti incollate.

Prendi il secondo tubo di alluminio e determiniamo dove sarà bloccato nell'altro tubo. Per mantenere l'equilibrio del pezzo, la distanza dal peso della schiena dovrebbe essere uguale alla distanza dal peso del puntatore. (Vedi i calcoli che sono mostrati nel diagramma.) Le misurazioni della distanza dovrebbero essere fatte più o meno al centro di massa di ogni pezzo. Usa colla istantanea e bicarbonato di sodio.

Praticare un foro al centro del CAP con il diametro del cuscinetto a sfere. Usa la colla istantanea per attaccarlo sul coperchio. Importante scegliere il cuscinetto a sfere che abbia lo stesso diametro interno del tubo verticale in alluminio della paletta.

Infine, prendi il disco di plastica del diametro di circa 4,5 cm e infila un pezzetto di metallo sul bordo. Guarda la foto In questo modo potrai "incollare" il magnete al neodimio e regolarlo quando calibrerai lo strumento. Può essere spostato in più direzioni per indovinare le letture delle misurazioni.

Posizionare il disco di plastica con la parte metallica incollata nella stessa direzione del puntatore del tubo di alluminio orizzontale. Questo è importante perché il magnete indichi la stessa direzione della paletta.

Per facilitare l'assemblaggio finale dell'anemometro e allineare il nord della banderuola con la geografia del nord, stampare una rosa dei venti e incollarla sul tappo superiore del CAP. Il disco sarà bloccato nel tubo di alluminio, ma prima inserisci il tubo di alluminio nel cuscinetto a sfere e inserisci il tubo di alluminio nel disco. Regolare l'altezza in modo che la distanza tra il magnete e il bordo del CAP sia compresa tra 1 e 1,5 cm. Questo deve essere sufficiente affinché il magnete colleghi correttamente l'interruttore reed. Attaccare il disco con colla istantanea e bicarbonato di calcio il più orizzontale possibile.

Montare i due pezzi orientando il nord della rosa dei venti allineato con l'interruttore numero 0 (che rappresenta il nord) e utilizzare un morsetto per unirli. Non usare la colla perché dovrai adattare e calibrare molte volte prima di essere completamente pronto.

Guarda le foto per vedere la soluzione finale.

Passaggio 6: montaggio dell'anemometro

Montaggio del supporto

Prendi i 2 coperchi di plastica e incollali con la colla istantanea. Praticare 4 fori nei coperchi come mostrato nello schema. Attacca bacchette di legno o alluminio in ogni foro. Tagliate al centro le 2 palline da ping pong e incollatele ciascuna alle estremità dei bastoncini, tutte con la parte concava per lo stesso lato. Le misure approssimative sono mostrate nel diagramma.

Fare un foro al centro del CAP 2,5 cm con il diametro del cuscinetto a sfere. Usa la colla istantanea per attaccarlo sul coperchio. Usa anche il bicarbonato di sodio con molta attenzione.

Inserire il tubo di alluminio nel cuscinetto a sfere ad un'altezza compatibile (vedi foto). Se non è regolato correttamente, metti una goccia di colla con cura.

Montaggio del modulo Hall

In corrispondenza del bordo del CAP, praticare un piccolo foro per far passare la testa del sensore di Hall.

Incolla il magnete al neodimio sul lato dei cappucci di plastica secondo la foto.

Utilizzare i 3 fili di colore diverso per collegare il modulo sensore.

Inserire il modulo Hall e puntare il sensore verso il magnete a una distanza da 2 a 4 mm. Verificare se la rotazione dell'albero non colpisce il magnete con il sensore.

Utilizzare una batteria da 3,7 V per verificare se il modulo risponde all'avvicinamento del magnete ruotando il led su ciascun contatto. Se il led si accende, è tutto ok. In caso contrario, avvicinare il sensore al magnete finché il LED non si accende.

Se tutto è a posto, fissare il modulo nel supporto utilizzando una goccia di colla.

Infine, l'altra estremità dell'asta verrà bloccata nel coperchio di plastica con colla istantanea e bicarbonato, regolando l'altezza corretta.

Identificazione dei fili

Identificare tutti i cavi - VCC, GND e Signal - per facilitare la connessione con il nodemcu.

Passaggio 7: mettere tutto insieme

Ora puoi montare i due dispositivi insieme utilizzando la connessione a "T" e un pezzo di tubo in PVC come mostrato nella foto. Non usare colla perché se c'è bisogno di qualche aggiustamento o manutenzione non sarà possibile. Ho fatto dei piccoli fori e ho usato delle viti per tenerli stretti. Passare i cavi dei 2 dispositivi attraverso il tubo. Poiché l'anemometro verrà installato sul tetto della casa, ho realizzato anche cavi di 3 metri per collegarlo al nodemcu che verrà installato all'interno.

Passaggio 8: collegamento di Nodemcu e installazione

Gli schemi mostrano il corretto collegamento di ogni cavo. Per testare il funzionamento ho utilizzato uno schermo OLED da 0,96 per leggere le misure e verificare che siano corrette, collegare l'OLED in questo modo:

D1 - SCL

D2 - SDA

VCC e GND

Per l'installazione a soffitto l'unica cura è mantenere l'intero dispositivo al giusto livello. Per questo usa una livella a bolla e molte viti grandi. E non dimenticare di indicare il nord del tuo anemometro per il nord geografico della tua bussola. Altrimenti, la direzione del vento non corrisponderà alla realtà.

E questo è tutto. Nel prossimo post spiegherò lo sketch da caricare nel nodemcu utilizzando Arduino IDE.

Se hai qualche dubbio, non esitare a contattarmi.

Saluti

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