Stazione meteorologica con registrazione dei dati: 7 passaggi (con immagini)

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

In questo tutorial ti mostrerò come realizzare da solo un sistema di stazioni meteorologiche. Tutto ciò di cui hai bisogno è una conoscenza di base in elettronica, programmazione e un po' di tempo.

Questo progetto è ancora in divenire. Questa è solo la prima parte. Gli aggiornamenti verranno caricati nei prossimi uno o due mesi.

Se hai domande o problemi puoi contattarmi sulla mia mail: [email protected]. Componenti forniti da DFRobot

Quindi cominciamo

Passaggio 1: materiali

Quasi tutti i materiali necessari per questo progetto possono essere acquistati nel negozio online: DFRobot

Per questo progetto avremo bisogno di:

-Kit stazione meteo

-Modulo scheda SD Arduino

-Scheda SD

-Gestore dell'energia solare

-5V 1A Pannello solare

-Alcune fascette in nylon

-Kit di montaggio

-Display LCD

-tagliere

-Batterie agli ioni di litio (ho usato batterie Sanyo 3.7V 2250mAh)

-Scatola di giunzione in plastica impermeabile

-Alcuni fili

-Resistenze (2x 10kOhm)

Passaggio 2: moduli

Per questo progetto ho utilizzato due moduli differenti.

Gestore di energia solare

Questo modulo può essere alimentato con due diverse alimentazioni, batteria da 3,7 V, pannello solare da 4,5 V - 6 V o cavo USB.

Ha due diverse uscite. Uscita USB 5V che può essere utilizzata per alimentare Arduino o qualche altro controller e pin 5V per alimentare diversi moduli e sensori.

Specifiche:

• Tensione di ingresso solare (SOLAR IN): 4.5V~6V
• Ingresso batteria (BAT IN): 3,7 V Li-polimero/Li-ion a cella singola
• Corrente di carica della batteria (USB/SOLAR IN): 900mA Max carica di mantenimento, corrente costante, carica trifase a tensione costante
• Tensione di interruzione della carica (USB/SOLAR IN): 4.2V±1%
• Alimentazione regolata: 5V 1A
• Efficienza dell'alimentatore regolato (3,7 V BAT IN): 86% @ 50% di carico
• Efficienza di carica USB/solare: 73%@3.7V 900mA BAT IN

Modulo SD

Questo modulo è completamente compatibile con Arduino. Ti consente di aggiungere memoria di massa e registrazione dei dati al tuo progetto.

L'ho usato per raccogliere dati dalla stazione meteo con scheda SD da 16GB.

Specifiche:

• Scheda break out per scheda SD standard e scheda Micro SD (TF)
• Contiene un interruttore per selezionare lo slot della scheda flash
• Si siede direttamente su un Arduino
• Utilizzabile anche con altri microcontrollori

Passaggio 3: kit stazione meteorologica

Il componente principale di questo progetto è il kit della stazione meteorologica. È alimentato da 5 V da Arduino o puoi anche utilizzare un'alimentazione esterna a 5 V.

Ha 4 pin (5V, GND, TX, RX). La porta dati TXD utilizza 9600 bps.

Il kit stazione meteorologica è composto da:

• Anemometro
• Segnavento
• Secchio della pioggia
• Scheda sensore
• Borchia in acciaio inossidabile (30 cm) (11,81 ")
• Pacchetto componenti

Può essere utilizzato per misurare:

• Velocità del vento
• La direzione del vento
• Quantità di pioggia

Ha un sensore di umidità e temperatura integrato che può anche misurare la pressione barometrica.

L'anemometro può misurare la velocità del vento fino a 25 m/s. La direzione del vento viene visualizzata in gradi.

Maggiori informazioni su questo kit e il codice di esempio sono disponibili su: DFRobot wiki

Passaggio 4: come assemblare il kit della stazione meteorologica

L'assemblaggio di questo kit è abbastanza semplice ma per maggiori informazioni sull'assemblaggio guarda un tutorial su come assemblare questo kit.

Tutorial: come assemblare il kit della stazione meteorologica

Passaggio 5: fornitura e alloggio

Batteria:

Per questo progetto ho utilizzato batterie agli ioni di litio da 3,7V. Ho realizzato un pacco batteria da 5x di queste batterie. Ogni batteria ha circa 2250 mAh, quindi un pacco da 5x fornisce circa 11250 mAh quando è collegata in parallelo.

Collegamento: Come ho detto ho collegato le batterie in parallelo, perché in parallelo si mantiene la tensione originale ma si guadagna una maggiore capacità della batteria. Ad esempio: se hai due batterie da 3,7 V 2000 mAh e le colleghi in parallelo, otterrai 3,7 V e 4000 mAh.

Se si desidera ottenere una tensione maggiore, è necessario collegarli in serie. Ad esempio: se colleghi due batterie da 3,7 V 2000 mAh in serie otterrai 7, 4 V e 2000 mAh.

Pannello solare:

Ho usato un pannello solare 5V 1A. Questo pannello ha una potenza di uscita massima di circa 5 W. La tensione di uscita arriva fino a 6V. Quando ho testato il pannello con tempo nuvoloso, la sua tensione di uscita era di circa 5,8-5,9 V.

Ma se vuoi fornire completamente questa stazione meteorologica con energia solare, devi aggiungere 1 o 2 pannelli solari e una batteria al piombo o qualcos'altro per immagazzinare energia e fornire la stazione quando non c'è il sole.

ALLOGGIO:

Non sembra, ma l'alloggiamento è una delle parti più importanti di questo sistema, perché protegge i componenti vitali dagli elementi esterni.

Quindi scelgo la scatola di giunzione in plastica impermeabile. È abbastanza grande da contenere tutti i componenti all'interno. È di circa 19x15 cm.

Passaggio 6: cablaggio e codice

Arduino:

Tutti i componenti sono collegati con Arduino.

-modulo SD:

• 5V -> 5V
• GND -> GND
• MOSI -> pin digitale 9
• MISO -> pin digitale 11
• SCK -> pin digitale 12
• SS -> pin digitale 10

Scheda stazione meteo:

• 5V -> 5V
• GND -> GND
• TX -> RX su Arduino
• RX -> TX su Arduino

Il pacco batteria è collegato direttamente al power manager (ingresso batteria da 3,7 V). Ho anche effettuato la connessione dalla batteria al pin analogico A0 su Arduino per il monitoraggio della tensione.

Il pannello solare è collegato direttamente a questo modulo (ingresso solare). Il pannello solare è anche collegato al partitore di tensione. L'uscita del partitore di tensione è collegata al pin analogico A1 su Arduino.

Ho anche effettuato la connessione in modo da poter collegare il display LCD su di esso per verificare la tensione. Quindi LCD è collegato a 5V, GND e SDA da LCD va a SDA su Arduino e lo stesso con pin SCK.

Arduino è collegato al modulo power manager con cavo USB.

CODICE:

Il codice per questa stazione meteorologica può essere trovato sul wiki di DFRobot. Ho anche allegato il mio codice con tutti gli aggiornamenti.

-Se vuoi ottenere la giusta direzione del vento per la tua posizione, devi modificare manualmente i valori di degresso nel programma.

Quindi tutti i dati vengono archiviati in un file txt denominato test. Puoi rinominare questo file se lo desideri. Scrivo tutti i possibili valori dalla stazione meteo e scrive anche in tensione batteria e tensione solare. In modo che tu possa vedere come è il consumo della batteria.

Passaggio 7: misurazione della tensione e test

Avevo bisogno di effettuare il monitoraggio della tensione sulla batteria e sul pannello solare per il mio progetto.

Per monitorare la tensione sulla batteria ho usato il pin analogico. Ho collegato + da batteria al pin analogico A0 e - da batteria a GND su Arduino. Nel programma ho usato la funzione "analogRead" e "lcd.print()" per visualizzare il valore di tensione sull'LCD. La terza immagine mostra la tensione sulla batteria. L'ho misurato con Arduino e anche con il multimetro in modo da poter confrontare il valore. La differenza tra questi due valori era di circa 0,04 V.

Poiché la tensione di uscita dal pannello solare è maggiore di 5 V, ho bisogno di creare un divisore di tensione. L'ingresso analogico può richiedere una tensione di ingresso massima di 5 V. L'ho fatto con due resistori da 10kOhm. L'uso di due resistori di uguale valore divide la tensione esattamente a metà. Quindi, se colleghi 5 V, la tensione di uscita sarà di circa 2,5 V. Questo partitore di tensione è nella prima immagine. La differenza tra il valore di tensione sull'LCD e sul multimetro era di circa 0,1-0,2 V

L'equazione per l'uscita del partitore di tensione è: Vout=(Vcc*R2)/R1+R2

test

Quando ho collegato tutto insieme e imballato tutti i componenti nell'alloggiamento, avevo bisogno di fare dei test esterni. Quindi ho tirato fuori la stazione meteorologica all'esterno per vedere come funzionerà in condizioni esterne reali. Lo scopo principale di questo test era vedere come funzioneranno le batterie o quanto si scaricheranno durante questo test. Durante il test la temperatura esterna era di circa 1°C all'esterno e di circa 4°C all'interno dell'alloggiamento.

La tensione della batteria è scesa da 3,58 a circa 3,47 in cinque ore.