Stazione meteorologica a bassa potenza: 6 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Ora nella sua terza versione ed essendo stata testata per oltre due anni, la mia stazione meteorologica viene aggiornata per migliori prestazioni a bassa potenza e affidabilità di trasferimento dei dati.

Consumo energetico - non è un problema nei mesi diversi da dicembre e gennaio, ma in questi mesi molto bui il pannello solare, sebbene valutato a 40 Watt, non è stato in grado di tenere il passo con la richiesta del sistema … e la maggior parte della richiesta proveniva da il modulo 2G FONA GPRS che trasmette i dati direttamente agli interweb.

Il problema successivo è stato con il modulo GPRS FONA stesso, o più probabilmente la rete di telefoni cellulari. Il dispositivo funzionerebbe perfettamente per settimane/mesi, ma poi si arresterebbe improvvisamente senza un motivo apparente. Apparentemente la rete tenta di inviare una sorta di "informazione di aggiornamento del sistema" che, se non accettata, fa sì che il dispositivo venga avviato dalla rete, quindi GPRS non è davvero una soluzione esente da manutenzione per la trasmissione dei dati. È un peccato perché quando ha funzionato, ha funzionato davvero bene.

Questo aggiornamento utilizza il protocollo LoRa a bassa potenza per inviare i dati a un server locale Raspberry Pi, che quindi li invierà agli interweb. In questo modo, la stessa stazione meteorologica può essere a bassa potenza su un pannello solare e la parte di "sollevamento pesante" del processo, eseguita da qualche parte all'interno della gamma WIFI con l'alimentazione di rete. Naturalmente, se si dispone di un gateway LoRa pubblico nel raggio d'azione, il Raspberry Pi non sarebbe necessario.

Costruire il PCB della stazione meteorologica è facile in quanto i componenti SMD sono tutti abbastanza grandi (1206) e tutto sul PCB funziona al 100%. Alcuni dei componenti, in particolare gli strumenti a fiato, sono piuttosto costosi ma a volte si possono trovare di seconda mano su Ebay.

Passaggio 1: componenti

Arduino MKR1300 LORAWAN …………………………………………………………. 1 di

Raspberry Pi (opzionale in base alla disponibilità del gateway LoRa locale) ………… 1 di

BME280 per pressione, umidità, temperatura e altitudine ………………………….. 1 of

Connettore RJ 25 477-387 ………………………………………………………………… 1 di

L7S505 …………………………………………………………………………………………. 1 di

Beeper 754-2053 ……………………………… 1 di

Diodo Shottky (1206) …………………………………… 2 di

R1K ripristina …………………………………… 3 di

Resistenza R4.7K ………………………………… 1 di

Condensatore C100nF …………………………….. 3 of

R100K …………………………………………… 1 di

R10K …………………………………………….. 4 di

C1uF ……………………………………………… 1 di

C0.33uF ………………………………………… 1 di

R100 …………………………………………….. 1 di

R0 ……………………………………………….. 1 di

Sonda di temperatura Dallas DS18B20 ………… 1 di

PCB ………………………………………………… 1 di

Pluviometro ……………………………………………. 1 di

Sonda del suolo ……………………………………… 1 di (vedi punto 6 per sonda fai da te)

Anemometro A100LK ………………………….. 1 di

Banderuola W200P ………………………………..1 di

Passaggio 2: come funziona

È abbastanza facile far funzionare i sensori per cose come temperatura, umidità e pressione, ma alcuni degli altri sono piuttosto complicati, sebbene tutto il codice sia incluso in questo blog.

1. Il pluviometro è in 'interruzione' e funziona quando viene rilevato un cambiamento. La pioggia entra nello strumento e gocciola su un'altalena oscillante che oscilla quando un'estremità è piena, attivando un sensore magnetico due volte al suo passaggio. Il sensore pioggia ha la precedenza su tutto e funziona anche durante la trasmissione dei dati.

2. L'anemometro funziona inviando un impulso a bassa potenza, la cui frequenza dipende dalla sua velocità. È molto semplice da codificare e utilizza pochissima energia anche se deve registrare circa una volta al secondo per catturare le raffiche più violente. Il codice tiene traccia della velocità media del vento e della raffica massima durante la sessione di registrazione.

3. Sebbene a prima vista la banderuola sarebbe facile da codificare, una volta esplorate le complessità, è molto più complicato. In sostanza, è solo un potenziometro di coppia molto basso, ma il problema di ottenere letture da esso è aggravato dal fatto che ha una breve "zona morta" intorno alla direzione nord. Ha bisogno di resistori e condensatori di pull down per evitare letture strane vicino al nord che quindi causano non linearità nelle letture. Inoltre, poiché le letture sono polari, i normali calcoli della media media non sono possibili e quindi è necessario calcolare la modalità più complicata che comporta la creazione di una vasta gamma di circa 360 numeri! …. E non è finita qui…. È necessario fare una considerazione speciale riguardo a quale quadrante sta puntando il sensore poiché se si trovasse nel quadrante su entrambi i lati del nord, la modalità deve essere trattata in modo diverso.

4. L'umidità del suolo è una semplice sonda di conducibilità, ma per risparmiare energia e prevenire la corrosione, viene pulsata molto rapidamente con uno dei pin digitali di ricambio di Arduino.

5. Il sistema invia i dati da Arduino al Raspberry Pi (o gateway LoRa) ma necessita anche di una "richiamata" dal ricevitore per confermare che ha effettivamente ricevuto i dati correttamente prima di azzerare tutti i vari contatori e medie e prendere un nuova serie di letture. Una sessione di registrazione potrebbe durare circa 5 minuti ciascuna, dopodiché Arduino tenta di inviare i dati. Se i dati sono danneggiati o non c'è connessione a Internet, la sessione di registrazione viene estesa fino a quando la richiamata non indica l'esito positivo. In questo modo, non verrà persa la misurazione della raffica massima di vento o pioggia.

6. Sebbene oltre lo scopo di questo blog, una volta nel server Internet (è un grosso computer situato a Ipswich, Regno Unito), i dati vengono quindi assemblati in un database MySQL a cui è possibile accedere utilizzando semplici script PHP. L'utente finale può anche vedere i dati visualizzati in quadranti e grafici fantasiosi grazie al software Java proprietario di Amcharts. Quindi il "risultato finale" può essere visto qui:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

Passaggio 3: file

Tutti i file di codice Arduino, Raspberry Pi e il file per la creazione del PCB sul software "Design Spark" si trovano nel repository Github qui:

github.com/paddygoat/Weather-Station

Passaggio 4: popolamento del PCB

Non è necessario alcuno stencil per saldare i componenti SMD: basta tamponare un po' di saldatura sui pad PCB e posizionare i componenti con delle pinzette. I componenti sono abbastanza grandi per fare tutto a occhio e non importa se la saldatura sembra disordinata o se i componenti sono un po' decentrati.

Posizionare il PCB in un tostapane e riscaldare a 240 gradi C utilizzando una sonda termometrica di tipo K per monitorare le temperature. Attendete 30 secondi a 240 gradi quindi spegnete il forno e aprite lo sportello per far uscire il calore.

Ora il resto dei componenti può essere saldato a mano.

Se vuoi acquistare un PCB, scarica i file gerber zippati qui:

github.com/paddygoat/Weather-Station/blob/master/PCB/Gerbers_Weather%20station%203_Tx_01.zip

e caricali su JLC qui:

Seleziona la dimensione della scheda 100 x 100 mm e usa tutte le impostazioni predefinite. Il costo è di $2 + spese di spedizione per 10 tavole.

Passaggio 5: distribuzione

La stazione meteorologica è dispiegata in mezzo a un campo con gli strumenti a fiato su un alto palo con tiranti. I dettagli della distribuzione sono forniti qui:

www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat…

Passaggio 6: lavoro precedente

Questo istruibile è l'ultima fase del progetto in corso che ha la sua storia di sviluppo in altri sette progetti precedenti:

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…