Wetterstation mit Datenaufzeichnung - Gunook

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

In diesem anweisbaren zeige ich Ihnen, wie Sie das Wetterstationssystem selbst herstellen. Alles was Sie brauchen sind Grundkenntnisse in Elektronik, Programmierung und etwas Zeit.

Dieses Projekt ist noch in Arbeit. Dies ist nur der erste Teil. Upgrades werden in den nächsten ein oder zwei Monaten hochgeladen.

Wenn Sie Fragen oder Probleme haben, können Sie mich unter meiner E-Mail kontaktieren: [email protected]. Komponenten von DFRobot

Also lass uns beginnen

Schritt 1: Materialien

Fast alle benötigten Materialien für dieses Projekt können im Online-Shop gekauft werden: DFRobot

Für dieses Projekt benötigen wir:

-Wetterstations-Kit

-Arduino SD-Kartenmodul

-SD-Karte

-Solarstrommanager

-5V 1A Solarpanel

-Einige Kabelbinder aus Nylon

-Montagesatz

-LCD Bildschirm

-Breadboard

-Li-Ionen-Akkus (ich habe Sanyo 3.7V 2250mAh Akkus verwendet)

-Wasserdichte Anschlussdose aus Kunststoff

-Einige Drähte

-Widerstände (2x 10kOhm)

Schritt 2: Module

Für dieses Projekt habe ich zwei verschiedene Module verwendet.

Solarstrommanager

Dieses Modul kann mit zwei verschiedenen Netzteilen betrieben werden, 3,7 V Batterie, 4,5 V - 6 V Solarpanel oder USB-Kabel.

Es hat zwei verschiedene Ausgänge. 5V USB-Ausgang, der zur Versorgung von Arduino oder einem anderen Controller verwendet werden kann, und 5V-Pins zur Stromversorgung verschiedener Module und Sensoren.

Spezifikationen:

• Solareingangsspannung (SOLAR IN): 4.5V~6V
• Batterieeingang (BAT IN): 3,7 V Einzelzelle Li-Polymer/Li-Ion
• Batterieladestrom (USB/SOLAR IN): 900mA Max. Erhaltungsladung, konstanter Strom, konstante Spannung, dreiphasiges Laden
• Ladeschlussspannung (USB/SOLAR IN): 4,2 V ± 1 %
• Geregelte Stromversorgung: 5V 1A
• Geregelter Netzteil-Wirkungsgrad (3,7 V BAT IN): 86 % bei 50 % Last
• USB/Solar-Ladeeffizienz: 73 % bei 3,7 V 900 mA BAT IN

SD-Modul

Dieses Modul ist voll kompatibel mit Arduino. Es ermöglicht Ihnen, Ihrem Projekt Massenspeicher und Datenprotokollierung hinzuzufügen.

Ich habe es zum Sammeln von Daten von der Wetterstation mit 16 GB SD-Karte verwendet.

Spezifikationen:

• Breakout-Board für Standard-SD-Karte und Micro SD (TF)-Karte
• Enthält einen Schalter zur Auswahl des Flash-Kartensteckplatzes
• Sitzt direkt auf einem Arduino
• Auch mit anderen Mikrocontrollern verwendbar

Schritt 3: Wetterstations-Kit

Die Hauptkomponente für dieses Projekt ist das Wetterstations-Kit. Es wird mit 5V von Arduino betrieben oder Sie können auch eine externe 5V-Versorgung verwenden.

Es hat 4 Pins (5V, GND, TX, RX). Der TXD-Datenport verwendet 9600bps.

Wetterstations-Kit besteht aus:

• Windmesser
• Windfahne
• Regeneimer
• Sensorplatine
• Edelstahlbolzen (30CM) (11,81")
• Komponentenpaket

Es kann verwendet werden, um zu messen:

• Windgeschwindigkeit
• Windrichtung
• Niederschlagsmenge

Es hat einen eingebauten Feuchtigkeits- und Temperatursensor, der auch den Luftdruck messen kann.

Anemometer können Windgeschwindigkeiten bis zu 25 m/s messen. Die Windrichtung wird in Grad angezeigt.

Weitere Informationen zu diesem Kit und Beispielcode finden Sie auf: DFRobot wiki

Schritt 4: So montieren Sie das Wetterstations-Kit

Der Zusammenbau dieses Bausatzes ist recht einfach, aber für weitere Informationen zum Zusammenbau sehen Sie sich ein Tutorial zum Zusammenbauen dieses Bausatzes an.

Tutorial: Wie man ein Wetterstations-Kit zusammenbaut

Schritt 5: Versorgung und Gehäuse

Batterie:

Für dieses Projekt habe ich 3,7-V-Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Ich habe Akkupack aus 5x dieser Batterien gemacht. Jeder Akku hat ca. 2250 mAh, so dass eine Packung mit 5x bei Parallelschaltung ca. 11250 mAh ergibt.

Anschluss: Wie bereits erwähnt, habe ich Batterien parallel geschaltet, da Sie parallel die ursprüngliche Spannung behalten, aber eine größere Batteriekapazität gewinnen. Zum Beispiel: Wenn Sie zwei 3,7 V 2000 mAh Akkus haben und diese parallel schalten, erhalten Sie 3,7 V und 4000 mAh.

Wenn Sie eine höhere Spannung erzielen möchten, müssen Sie sie in Reihe schalten. Beispiel: Wenn Sie zwei 3,7 V 2000 mAh Akkus in Reihe schalten, erhalten Sie 7, 4 V und 2000 mAh.

Sonnenkollektor:

Ich habe 5V 1A Solarpanel verwendet. Dieses Panel hat ca. max. 5W Ausgangsleistung. Die Ausgangsspannung geht bis zu 6V. Als ich das Panel bei bewölktem Wetter testete, betrug seine Ausgangsspannung etwa 5,8-5,9 V.

Wenn Sie diese Wetterstation jedoch vollständig mit Sonnenenergie versorgen möchten, müssen Sie 1 oder 2 Solarmodule und eine Blei-Säure-Batterie oder etwas anderes hinzufügen, um Energie zu speichern und die Station zu versorgen, wenn keine Sonne scheint.

GEHÄUSE:

Es scheint nicht, aber das Gehäuse ist einer der wichtigsten Teile dieses Systems, da es wichtige Komponenten vor äußeren Einflüssen schützt.

Also wähle ich eine wasserdichte Kunststoff-Anschlussdose. Es ist gerade groß genug, um alle Komponenten darin unterzubringen. Es ist etwa 19x15cm groß.

Schritt 6: Verkabelung und Code

Arduino:

Alle Komponenten sind mit Arduino verbunden.

-SD-Modul:

• 5V -> 5V
• GND -> GND
• MOSI -> digitaler Pin 9
• MISO -> digitaler Pin 11
• SCK -> digitaler Pin 12
• SS -> digitaler Pin 10

Wetterstationsplatine:

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

Akkupack wird direkt an Power Manager angeschlossen (3,7V Akkueingang). Ich habe auch eine Verbindung von der Batterie zum analogen Pin A0 auf Arduino zur Spannungsüberwachung hergestellt.

Solarpanel wird direkt an dieses Modul angeschlossen (Solareingang). Solarpanel ist auch an Spannungsteiler angeschlossen. Der Spannungsteilerausgang ist mit dem analogen Pin A1 auf Arduino verbunden.

Ich habe auch eine Verbindung hergestellt, damit Sie ein LCD-Display anschließen können, um die Spannung zu überprüfen. Das LCD ist also mit 5V verbunden, GND und SDA vom LCD gehen auf SDA auf Arduino und das gleiche mit dem SCK-Pin.

Arduino ist mit einem USB-Kabel mit dem Power-Manager-Modul verbunden.

CODE:

Den Code für diese Wetterstation finden Sie im DFRobot-Wiki. Ich habe auch meinen Code mit allen Upgrades angehängt.

-Wenn Sie die richtige Windrichtung für Ihre Position erhalten möchten, müssen Sie die Gradwerte im Programm manuell ändern.

Alle Daten werden also in einer TXT-Datei namens test gespeichert. Sie können diese Datei bei Bedarf umbenennen. Ich schreibt alle möglichen Werte von der Wetterstation und schreibt auch Batteriespannung und Solarspannung. Damit Sie sehen können, wie der Batterieverbrauch ist.

Schritt 7: Spannung messen und testen

Ich musste für mein Projekt eine Spannungsüberwachung an Batterie und Solarpanel durchführen.

Zur Überwachung der Batteriespannung habe ich einen analogen Pin verwendet. Ich habe + von der Batterie an den analogen Pin A0 und - von der Batterie an GND auf Arduino angeschlossen. Im Programm habe ich die Funktion "analogRead" und "lcd.print ()" verwendet, um den Spannungswert auf dem LCD anzuzeigen. Drittes Bild zeigt die Spannung an der Batterie. Ich habe es mit Arduino und auch mit Multimeter gemessen, damit ich den Wert vergleichen konnte. Die Differenz zwischen diesen beiden Werten betrug etwa 0,04 V.

Da die Ausgangsspannung vom Solarpanel größer als 5 V ist, muss ich einen Spannungsteiler machen. Der Analogeingang kann maximal 5 V Eingangsspannung aufnehmen. Ich habe es mit zwei 10kOhm-Widerständen gemacht. Die Verwendung von zwei Widerständen mit gleichem Wert teilt die Spannung genau auf die Hälfte. Wenn Sie also 5 V anschließen, beträgt die Ausgangsspannung etwa 2,5 V. Dieser Spannungsteiler ist auf dem ersten Bild. Der Unterschied zwischen dem Spannungswert auf dem LCD und dem Multimeter betrug etwa 0,1-0,2 V

Gleichung für den Spannungsteilerausgang ist: Vout=(Vcc*R2)/R1+R2

Testen

Als ich alles miteinander verbunden und alle Komponenten in ein Gehäuse gepackt habe, musste ich einen Außentest machen. Also habe ich die Wetterstation nach draußen gebracht, um zu sehen, wie sie unter realen Außenbedingungen funktioniert. Der Hauptzweck dieses Tests bestand darin, zu sehen, wie Batterien funktionieren oder wie stark sie sich während dieses Tests entladen. Während des Tests betrug die Außentemperatur etwa 1 °C außen und etwa 4 °C im Gehäuse.

Die Batteriespannung fiel in fünf Stunden von 3,58 auf etwa 3,47.