So bauen Sie Ihr eigenes Anemometer mit Reed-Schaltern, Hall-Effekt-Sensor und einigen Schrott auf Nodemcu. - Teil 1 - Hardware: 8 Schritte (mit Bildern)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Einführung

Seit ich mit dem Studium von Arduino und der Maker-Kultur begonnen habe, habe ich gerne nützliche Geräte aus Schrott- und Schrottstücken wie Kronkorken, PVC-Stücken, Getränkedosen usw. gebaut. Ich liebe es, jedem oder jedem Stück ein zweites Leben zu geben Material. Ein Großteil der hier verwendeten Materialien ist Schrott, der aus einigen Geräten entfernt und recycelt wird

Als ich ein eigenes Projekt einer Wetterstation startete, wurde mir klar, dass die Messung der Intensität und Richtung des Windes nicht sehr einfach oder billig sein würde. Nach einigen Monaten präsentiere ich Ihnen dieses Projekt, das hauptsächlich recycelte Materialien und sehr billige elektronische Teile verwendet, die in jedem Elektrogeschäft leicht zu finden sind.

Dieser Beitrag besteht aus 2 Teilen.

Teil 1 - Aufbau der Geräte Anemometer und Windfahnenrichtung.

Teil 2 - Die Skizze mit Arduino IDE für Esp8266 Nodemcu und Übertragung an ThingSpeak.

Sehen Sie sich das Video an, um die endgültige Lösung zu erfahren.

So bauen Sie Ihr eigenes Anemometer mit Hall-Effekt-Sensor und Reed-Schaltern

Projektbeschreibung

Das Anemometer ist ein Gerät, das die Windgeschwindigkeit und ihre Richtung messen kann. Mit einem Hall-Effekt-Sensor können wir zählen, wie viele Umdrehungen die Tassen in einem bestimmten Zeitraum machen. Die Windstärke ist proportional zur Rotationsgeschwindigkeit der Achse. Mit einigen einfachen physikalischen Gleichungen können Sie die lineare Geschwindigkeit des Windes in diesem Moment bestimmen. Wir werden sie alle in Teil 2 erklären.

Und die Windrichtung messen wir durch eine Windschutzscheibe mit Neodym-Magnet und Reed-Schaltern. Die Fahne zeigt in Windrichtung und der daran befestigte Magnet verbindet die Reedschalter, so dass der elektrische Strom durch die Verbindung (oder die Verbindungen) fließt. Stromkreise mit positivem Strom zeigen die Windrichtung wie ein Kompass an.

Wir haben 8 Schaltungen, die 16 Richtungen emulieren: 4 Kardinal- und 4 Kollateralpunkte, wenn 1 Schalter aktiviert ist (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW) und wenn 2 Schalter gleichzeitig aktiviert werden, haben wir 8 Untersicherheiten Punkte (NNO, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW).

Die Windgeschwindigkeit und -richtung wird berechnet und durch eine Skizze im Nodemcu bestimmt. Aber das wird in Teil 2 erklärt. Kommen wir nun zur Hardware-Montage.

Haftungsausschluss: Dieses Anemometer sollte nicht für professionelle Zwecke verwendet werden. Es ist nur für den akademischen oder privaten Gebrauch.

Hinweis: Englisch ist nicht meine natürliche Sprache. Wenn Sie grammatikalische Fehler finden, die Sie daran hindern, das Projekt zu verstehen, lassen Sie es mich bitte wissen, um sie zu korrigieren. Ich danke dir sehr.

Schritt 1: Stückliste

Windfahne

8 x Reed-Schalter

8 x 10 k Ohm Widerstände

10 cm PVC-Rohr

2 PVC-Kappen 5 cm Durchmesser

1 PVC-Kappe 2,5 cm Durchmesser

1 CD4051 Analog-Multiplexer

1 Plastikscheibe

20 x 20 starkes Plastikstück

1 Neodym-Magnet (Die Abmessungen des Magneten müssen den gleichzeitigen Anschluss von zwei Schaltern ermöglichen. Meiner ist 0,5 x 0,5 cm groß und läuft gut.)

10 verschiedene Farben Drähte

1 Generische Leiterplatte

1 Kugellager mit gleichem Durchmesser der Aluminiumrohre

1 Aluminiumrohr ca. 20 cm

1 Aluminiumrohr ca. 10 cm

1 Schlauchschelle

Epoxidmasse

Instant-Kleber - Cyanacrylat und Natriumbicarbonat

Windmesser

2 Tischtennisbälle

4 Holz- oder Aluminiumstäbe ca. 12 cm

1 Kugellager

1 Aluminiumrohr ca. 5 cm

3 Stück Drähte verschiedene Farben

1 Hallsensor SS49E

1 Neodym-Magnet

Epoxidmasse und Instantkleber - Cyanacrylat und Natriumbicarbonat

2 Kunststoffhähne ca. 3 a 5 cm Durchmesser

1 PVC-Kappe und 5 cm PVC-Rohr

1 PVC-Kappe 2,5 cm Durchmesser

• Nodemcu
• Kunststoffkoffer für elektronische Projekte
• Lötkolben
• 1 PVC-Rohr ca. 2 Meter und "T" PVC-Anschluss
• 1 PVC 90 Grad Anschluss
• 5V Netzteil (ich verwende Solarpanel)

Schritt 2: Montage der Windfahne Rosetta

Auf Leiterplatte montierte Reedschalter und Widerstände

Schneiden Sie die generische Leiterplatte in Form eines Kreises mit einem etwas kleineren Durchmesser als die PVC-Kappe, da sie, wenn sie fertig ist, hineinpasst.

Biegen Sie die Beine des Reedschalters um 90 Grad, um sie vorsichtig in die Platine einzupassen, damit das Schutzglas nicht zerbricht. Ideal ist ein Abstand von 3 mm zum Glas. Montieren Sie jeden Reedschalter gemäß der Abbildung. Nummerieren Sie jeweils von 0 bis 7 als Diagramm. Beim Anschluss der Terminals an den Multiplexer ist die korrekte Identifizierung wichtig. Verwenden Sie den Lötkolben, um sie auf die Platte zu löten.

Positionieren Sie jeden Widerstand als Diagramm, in dem einer der Anschlüsse in einen der Anschlüsse des Reed-Schalters gelötet ist und der andere allen Widerständen gemeinsam ist, die sich in der Mitte der Platine befinden.

Löten Sie ein Kupferkabel, das alle externen Anschlüsse der Reedschalter verbindet, und lassen Sie die letzten beiden ohne Verbindung. Wie ein Ring. Die Schweißreihenfolge spielt keine Rolle.

An der Verbindungsstelle jedes Widerstands und des Reedschalters Lötdraht jeder Farbe. Sie sind 8 verschiedene. Löten Sie einen roten Draht an den Kupferring der Reedschalter als Plus und einen schwarzen Draht an die Verbindungsstelle aller Widerstände in der Mitte der "Rosetta", als Minus.

Sehen Sie sich die Diagramme an und achten Sie darauf, die Nummerierung der Kabel für den Anschluss an den Multiplexer beizubehalten.

Testen Sie die Anschlüsse vor der Montage

Bevor Sie mit der Montage fortfahren, schlage ich vor, die Verbindungen zu testen. Verwenden Sie eine LED, eine beliebige 18650-Batterie 3,7 V, einen Neodym-Magneten und Kabel mit Krokodilkrallen. Verbinden Sie die Batterie mit den Klemmen VCC und GND und das Krokodilkabel in GND mit dem anderen Ende am Minuspol der LED (verwenden Sie einen blauen, der keinen Widerstand benötigt). Verbinden Sie das andere Kabel mit dem Pluspol der LED und das andere mit jedem Kabel, das an die Schalter angeschlossen ist. Führen Sie nun den Magneten durch die Außenkante des angeschlossenen Schalters. Wenn die LED aufleuchtet, ist es in Ordnung. Wenn es sich nicht einschaltet, überprüfen Sie die Schweißnähte. Um zwei Verbindungen gleichzeitig zu testen, verwenden Sie gleichzeitig ein anderes Kabel und eine andere LED. Beim Durchführen des Magneten zwischen zwei Schaltern sollten die beiden LEDs aufleuchten. Es ist wichtig, dass beide LEDs gleichzeitig leuchten, damit das elektrische Signal subkollaterale Himmelsrichtungen wie ENE, ESE, SSW, NNW usw. darstellen kann.

Schritt 3: Verbindungen zum und vom CD4051 Multiplexer

CD4051 Analog-Multiplexer

Multiplexer sind kombinatorische Schaltungen mit mehreren Eingängen und einem einzigen Datenausgang. Sie sind mit Steuereingängen ausgestattet, die in der Lage sind, einen und nur einen der Dateneingänge auszuwählen, um ihre Übertragung vom ausgewählten Eingang zum Ausgang zu ermöglichen.

Wenn Sie die Bedienung des CD4051 nicht kennen, empfehle ich Ihnen, das Datenblatt zu lesen, das Sie im Internet finden. Zusammenfassend verfügt der 4051 über 8 analoge Eingänge, die von 0 bis 7, 3 nummeriert sind, und die Pins A, B und C, die es zusammen ermöglichen, die Eingänge zu lesen und zu definieren, welcher analoge Ausgang angeschlossen wird. Bei jeder Ablesung analysiert die Software, welche Anschlüsse mit positivem Strom sind und zeigt die entsprechende Windrichtung an. Dies wird in Teil 2 des Beitrags ausführlich erklärt. Sehen Sie sich das Diagramm an, um zu sehen, wie die Rosetta mit dem Multiplexer verbunden ist.

Verbindungen zu Nodemcu

Wir benötigen 8 Kabel, um den Nodemcu anzuschließen. Siehe Diagramm.

1 Paar positive (rot) und Masse (schwarz) Drähte, die die Rosetta mit Strom versorgen

1 Paar Pluskabel (rot) und Massekabel (schwarz), die den CD4051 mit Strom versorgen

1 Kabel für Analogausgang A0 (grau)

1 Kabel für digitalen Eingang von Pin A = D5 (blau)

1 Kabel für Digitaleingang von Pin B = D4 (grün)

1 Kabel für digitalen Eingang von Pin C = D3 (gelb)

Ich habe ein 10-adriges Telefonkabel in verschiedenen Farben verwendet, um die Endmontage zu erleichtern.

Identifizieren Sie jedes der Kabel mit der entsprechenden Adresse, um die Endmontage zu erleichtern.

Schritt 4: Alles im PVC-Ständer montieren

Halterung montieren

Nehmen Sie die Kappe mit 5 cm Durchmesser aus PVC, ein Stück PVC-Rohr und die Kappe mit 2,5 cm Durchmesser und kleben Sie sie alle mit Sekundenkleber gemäß dem Foto zusammen. Sie können auch ein Loch mit dem Durchmesser des Rohres machen, um die Verbindung zwischen den Teilen zu verbessern. Nachdem alle Stücke geklebt sind, tragen Sie mehr Klebstoff auf die geklebten Kanten jedes Stückes auf und bedecken Sie es sofort mit Backpulver. Beim Trocknen des Klebers haben Sie eine sehr gute Härte.

Sie sollten auch das Silikon auf den Rand der Kappe kleben, um die Verbindung zwischen den 2 Kappen abzudichten und das Anbringen der Rosette zu erleichtern. Lassen Sie sie trocknen, bevor Sie fortfahren.

Setzen Sie die bereits auf dem Trägerstück montierte Rosette vorsichtig ein und passen Sie sie an den Rand der CAP an. Denken Sie daran, dass wir darüber eine zweite CAP anbringen werden. Sehen Sie sich das Foto mit der endgültigen Lösung an. Und bitte identifizieren Sie jedes der Kabel, um die Verbindung mit dem nodemcu zu erleichtern.

Schritt 5: Montage der Vane

Montage der Flügelstruktur

Machen Sie einen Zeiger mit Epoxidmasse mit der auf dem Foto gezeigten Form. Wenn es richtig trocken ist, wiegen Sie das Stück und speichern Sie den Wert.

Nehmen Sie das Stück Plastik und schneiden Sie es symmetrisch für den hinteren Teil des Flügels, der der Windlenkung dient. Wiegen Sie ebenfalls und speichern Sie den Wert.

Nehmen Sie eines der Aluminiumrohre und kleben Sie den Zeiger und die Wetterfahne mit Sekundenkleber so, dass alle Teile in der Mitte aufgereiht sind. Machen Sie dasselbe wie zuvor mit Backpulver, um die Härte jedes der geklebten Teile zu erhöhen.

Nehmen Sie das zweite Aluminiumrohr und bestimmen Sie, wo es im anderen Rohr stecken wird. Um das Gleichgewicht des Stückes aufrechtzuerhalten, sollte der Abstand durch das Gewicht des Rückens gleich dem Abstand durch das Gewicht des Zeigers sein. (Siehe Berechnungen, die im Diagramm gezeigt werden.) Entfernungsmessungen sollten mehr oder weniger zum Massenzentrum jedes Teils erfolgen. Verwenden Sie Sekundenkleber und Backpulver.

Bohren Sie in der Mitte der Kappe ein Loch mit dem Durchmesser des Kugellagers. Verwenden Sie Sekundenkleber, um es auf den Deckel zu kleben. Es ist wichtig, das Kugellager zu wählen, das den gleichen Innendurchmesser wie das vertikale Aluminiumrohr des Flügels hat.

Nehmen Sie zum Schluss die Plastikscheibe mit einem ungefähren Durchmesser von 4,5 cm und kleben Sie ein kleines Stück Metall auf den Rand. Siehe das Foto Auf diese Weise können Sie den Neodym-Magneten "kleben" und ihn beim Kalibrieren des Instruments justieren. Es kann in mehrere Richtungen bewegt werden, um die Messwerte zu erraten.

Positionieren Sie die Kunststoffscheibe mit dem geklebten Metallteil in der gleichen Richtung wie der horizontale Aluminiumrohrzeiger. Dies ist wichtig, damit der Magnet die gleiche Richtung wie der Flügel anzeigt.

Um die Endmontage des Anemometers zu erleichtern und den Norden des Flügels mit dem Norden auszurichten, drucken Sie eine Windrose und kleben Sie auf die obere Kappe der Kappe. Die Scheibe wird in das Aluminiumrohr stecken, aber zuerst das Aluminiumrohr in das Kugellager einführen und das Aluminiumrohr in die Scheibe einführen. Stellen Sie die Höhe so ein, dass der Abstand zwischen Magnet und Kappenrand zwischen 1 und 1,5 cm beträgt. Das muss ausreichen, damit der Magnet den Reedschalter richtig anschließt. Kleben Sie die Scheibe mit Sekundenkleber und Calciumbicarbonat so waagerecht wie möglich.

Montieren Sie die beiden Teile, indem Sie den Norden der Windrose mit der Schalternummer 0 (die den Norden darstellt) ausrichten und mit einer Klemme verbinden. Verwenden Sie keinen Kleber, da Sie viele Male anpassen und kalibrieren müssen, bevor Sie vollständig fertig sind.

Sehen Sie sich die Fotos an, um die endgültige Lösung zu sehen.

Schritt 6: Anemometer montieren

Halterung montieren

Nehmen Sie die 2 Plastikdeckel und kleben Sie mit Sekundenkleber. Bohren Sie 4 Löcher in die Deckel, wie in der Abbildung gezeigt. Stecken Sie Holz- oder Aluminiumstäbe in jedes Loch. Schneiden Sie die 2 Tischtennisbälle in der Mitte durch und kleben Sie jede auf die Enden der Stangen, alle mit dem konkaven Teil für die gleiche Seite. Die ungefähren Maße sind im Diagramm angegeben.

Bohren Sie in der Mitte der CAP ein Loch von 2,5 cm mit dem Durchmesser des Kugellagers. Verwenden Sie Sekundenkleber, um es auf den Deckel zu kleben. Verwenden Sie auch Backpulver sehr vorsichtig.

Stecken Sie das Aluminiumrohr in passender Höhe in das Kugellager (siehe Foto). Wenn es nicht richtig eingestellt ist, geben Sie vorsichtig einen Klebstofftropfen auf.

Montage des Hall-Moduls

Am Rand der Kappe ein kleines Loch bohren, um den Kopf des Hallsensors zu passieren.

Kleben Sie den Neodym-Magneten gemäß dem Foto seitlich an die Kunststoffkappen.

Verwenden Sie die 3 verschiedenfarbigen Drähte, um das Sensormodul anzuschließen.

Setzen Sie das Hallmodul ein und richten Sie den Sensor in einem Abstand von 2 bis 4 mm zum Magneten aus. Testen Sie, ob die Drehung der Welle mit dem Sensor nicht auf den Magneten trifft.

Verwenden Sie eine 3,7-V-Batterie, um zu testen, ob das Modul auf die Annäherung des Magneten reagiert, indem Sie die LED zu jedem Kontakt drehen. Wenn die LED aufleuchtet, ist alles in Ordnung. Wenn nicht, bewegen Sie den Sensor näher an den Magneten, bis die LED aufleuchtet.

Wenn alles in Ordnung ist, fixieren Sie das Modul mit einem Klebertropfen in der Halterung.

Schließlich wird das andere Ende des Stabes mit Sekundenkleber und Backpulver in den Plastikdeckel gesteckt und die richtige Höhe eingestellt.

Identifizieren der Drähte

Identifizieren Sie alle Kabel - VCC, GND und Signal - um die Verbindung mit dem Nodemcu zu erleichtern.

Schritt 7: Alles zusammenfügen

Jetzt können Sie die beiden Geräte mit dem "T"-Anschluss und einem Stück PVC-Rohr wie auf dem Foto gezeigt zusammen montieren. Verwenden Sie keinen Klebstoff, da dies nicht möglich ist, wenn eine Anpassung oder Wartung erforderlich ist. Ich machte kleine Löcher und benutzte Schrauben, um sie fest zu halten. Führen Sie die Kabel der 2 Geräte durch das Rohr. Da das Anemometer auf dem Dach des Hauses installiert wird, habe ich auch 3 Meter Kabel gemacht, um es mit dem Nodemcu zu verbinden, der drinnen installiert wird.

Schritt 8: Verbinden von Nodemcu und Installation

Die Diagramme zeigen den korrekten Anschluss jedes Kabels. Um den Betrieb zu testen, habe ich einen 0,96 OLED-Bildschirm verwendet, um die Messungen abzulesen und zu überprüfen, ob sie korrekt sind. Schließen Sie die OLED auf diese Weise an:

D1 - SCL

D2 - SDA

VCC und GND

Bei der Deckenmontage ist nur darauf zu achten, dass das gesamte Gerät auf der richtigen Höhe gehalten wird. Verwenden Sie dazu eine Wasserwaage und viele große Schrauben. Und vergessen Sie nicht, den Norden Ihres Anemometers für den geografischen Norden Ihres Kompasses anzugeben. Andernfalls entspricht die Windrichtung nicht der Realität.

Und das ist alles. Im nächsten Beitrag erkläre ich den Sketch, der mit Arduino IDE in den Nodemcu geladen werden soll.

Wenn Sie Zweifel haben, zögern Sie nicht, mich zu kontaktieren.

Grüße

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