ایستگاه هواشناسی با ثبت اطلاعات: 7 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

در این مقاله آموزشی به شما نشان خواهم داد که چگونه می توانید سیستم ایستگاه هواشناسی را به تنهایی بسازید. تنها چیزی که نیاز دارید دانش اولیه در زمینه الکترونیک ، برنامه نویسی و کمی زمان است.

این پروژه هنوز در مرحله ساخت است. این فقط قسمت اول است. ارتقاء در یکی دو ماه آینده بارگذاری می شود.

اگر س questionsال یا مشکلی دارید می توانید از طریق ایمیل من با من تماس بگیرید: [email protected]. اجزای ارائه شده توسط DFRobot

بنابراین بیایید شروع کنیم

مرحله 1: مواد

تقریباً تمام مواد مورد نیاز برای این پروژه را می توانید در فروشگاه آنلاین: DFRobot خریداری کنید

برای این پروژه به موارد زیر نیاز داریم:

-کیت ایستگاه هواشناسی

-مدول کارت SD آردوینو

کارت SD

-مدیر برق خورشیدی

-5 ولت 1A پنل خورشیدی

-برخی از کابل های نایلونی

-کیت نصب

-صفحه نمایش ال سی دی

-تختخواب

باتری های لیتیوم (من از باتری های Sanyo 3.7V 2250mAh استفاده کردم)

-جعبه اتصال پلاستیکی ضد آب

-بعضی سیم ها

-مقاومت (2x 10kOhm)

مرحله 2: ماژول ها

برای این پروژه از دو ماژول مختلف استفاده کردم.

مدیر انرژی خورشیدی

این ماژول می تواند با دو منبع مختلف ، باتری 3.7V ، پنل خورشیدی 4.5V - 6V یا کابل USB تغذیه شود.

دارای دو خروجی متفاوت است. خروجی USB 5 ولت که می تواند برای تامین آردوینو یا برخی دیگر از کنترلرها و پین های 5 ولت برای تغذیه ماژول ها و حسگرهای مختلف استفاده شود.

مشخصات فنی:

• ولتاژ ورودی خورشیدی (SOLAR IN): 4.5V ~ 6V
• ورودی باتری (BAT IN): 3.7V تک سلولی Li-polymer/Li-ion
• شارژ باتری (USB/SOLAR IN): 900mA حداکثر شارژ قطره ای ، جریان ثابت ، ولتاژ ثابت سه مرحله ای شارژ
• ولتاژ قطع شارژ (USB/SOLAR IN): 4.2V ± 1٪
• منبع تغذیه تنظیم شده: 5 ولت 1 آمپر
• راندمان منبع تغذیه تنظیم شده (3.7V BAT IN): 86٪@50٪ بار
• USB/بهره وری شارژ خورشیدی: 73٪@3.7V 900mA BAT IN

ماژول SD

این ماژول با آردوینو کاملاً سازگار است. این به شما امکان می دهد ذخیره سازی گسترده و ثبت اطلاعات را به پروژه خود اضافه کنید.

من از آن برای جمع آوری داده ها از ایستگاه هواشناسی با کارت SD 16 گیگابایت استفاده کردم.

مشخصات فنی:

• صفحه کارت SD استاندارد و کارت Micro SD (TF) را بشکنید
• دارای سوئیچ جهت انتخاب شیار فلش کارت
• مستقیماً روی آردوینو می نشیند
• همچنین با سایر میکروکنترلرها استفاده شود

مرحله 3: کیت ایستگاه هواشناسی

م componentلفه اصلی این پروژه کیت ایستگاه هواشناسی است. منبع تغذیه آن 5 ولت آردوینو است یا می توانید از منبع تغذیه خارجی 5 ولت نیز استفاده کنید.

دارای 4 پین (5V ، GND ، TX ، RX). درگاه داده TXD از 9600bps استفاده می کند.

کیت ایستگاه هواشناسی شامل موارد زیر است:

• بادسنج
• پره باد
• سطل باران
• برد سنسور
• گلگیر فولادی ضد زنگ (30CM) (11.81 ")
• بسته کامپوننت

می توان از آن برای اندازه گیری استفاده کرد:

• سرعت باد
• جهت باد
• میزان بارندگی

دارای سنسور رطوبت و دما است که می تواند فشار فشارسنج را نیز اندازه گیری کند.

بادسنج می تواند سرعت باد را تا 25 متر بر ثانیه اندازه گیری کند. جهت باد بر حسب درجه نمایش داده می شود.

اطلاعات بیشتر در مورد این کیت و نمونه کد را می توانید در: ویکی DFRobot پیدا کنید

مرحله 4: نحوه جمع آوری کیت ایستگاه هواشناسی

مونتاژ این کیت بسیار آسان است ، اما برای اطلاعات بیشتر در مورد مونتاژ ، آموزش نحوه مونتاژ این کیت را مشاهده کنید.

آموزش: نحوه مونتاژ کیت ایستگاه هواشناسی

مرحله 5: تامین و مسکن

باتری:

برای این پروژه از باتری های لیتیوم یونی 3.7 ولت استفاده کردم. من از 5 برابر این باتری ها بسته باتری تهیه کردم. هر باتری دارای حدود 2250 میلی آمپر ساعت است ، بنابراین یک بسته 5 برابر زمانی که به طور موازی متصل می شوید ، حدود 11250 میلی آمپر ساعت می دهد.

اتصال: همانطور که اشاره کردم ، باتری ها را به صورت موازی متصل کردم ، زیرا به طور موازی ولتاژ اولیه را حفظ می کنید ، اما ظرفیت باتری بیشتری به دست می آورید. به عنوان مثال: اگر دو باتری 3.7 ولت 2000 میلی آمپر ساعتی دارید و به طور موازی آن را وصل می کنید ، 3.7 ولت و 4000 میلی آمپر ساعت دریافت خواهید کرد.

اگر می خواهید ولتاژ بیشتری بدست آورید ، باید آنها را به صورت سری وصل کنید. به عنوان مثال: اگر دو باتری 3.7 ولت 2000 میلی آمپر ساعتی را به صورت سری وصل کنید ، 7 ، 4 ولت و 2000 میلی آمپر ساعت دریافت خواهید کرد.

صفحه خورشیدی:

من از پنل خورشیدی 5 ولت 1 آمپر استفاده کردم. این پنل حداکثر 5W توان خروجی دارد. ولتاژ خروجی تا 6 ولت می رود. وقتی پانل را در هوای ابری آزمایش کردم ولتاژ خروجی آن حدود 5.8-5.9 ولت بود.

اما اگر می خواهید این ایستگاه هواشناسی را به طور کامل با انرژی خورشیدی تامین کنید ، باید 1 یا 2 پنل خورشیدی و باتری سرب اسید یا چیز دیگری برای ذخیره انرژی و تأمین ایستگاه در زمانی که خورشید وجود ندارد ، اضافه کنید.

مسکن:

به نظر نمی رسد اما مسکن یکی از مهمترین بخشهای این سیستم است ، زیرا از اجزای حیاتی در برابر عناصر خارجی محافظت می کند.

بنابراین من جعبه اتصال پلاستیکی ضد آب را انتخاب می کنم. فقط به اندازه کافی بزرگ است که می تواند همه اجزای داخل آن را جا دهد. حدود 19x15 سانتی متر است.

مرحله 6: سیم کشی و کد

آردوینو:

همه قطعات با آردوینو متصل هستند.

-ماژول SD:

• 5 ولت -> 5 ولت
• GND -> GND
• MOSI -> پین دیجیتال 9
• MISO -> پین دیجیتال 11
• SCK -> پین دیجیتال 12
• SS -> پین دیجیتال 10

تابلوی ایستگاه هواشناسی:

• 5 ولت -> 5 ولت
• GND -> GND
• TX -> RX در آردوینو
• RX -> TX در آردوینو

بسته باتری مستقیماً به منبع تغذیه (ورودی باتری 3.7 ولت) متصل است. همچنین برای کنترل ولتاژ از باتری به پین آنالوگ A0 در آردوینو وصل شدم.

پنل خورشیدی مستقیماً به این مدول (ورودی خورشیدی) متصل می شود. پنل خورشیدی نیز به تقسیم ولتاژ متصل است. خروجی تقسیم ولتاژ به پین آنالوگ A1 در آردوینو متصل است.

من همچنین اتصال ایجاد کردم تا بتوانید صفحه LCD را روی آن متصل کنید تا ولتاژ را بررسی کنید. بنابراین LCD به 5V متصل است ، GND و SDA از LCD به آداوینو به SDA می رود و همینطور با پین SCK.

آردوینو با کابل USB به ماژول مدیریت قدرت متصل می شود.

کد:

کد این ایستگاه هواشناسی را می توانید در ویکی DFRobot پیدا کنید. من کد خود را با تمام ارتقاء ها ضمیمه کردم.

اگر می خواهید جهت باد مناسب موقعیت خود را بدست آورید ، باید به صورت دستی مقادیر تنزل برنامه را تغییر دهید.

بنابراین همه داده ها در فایل txt به نام test ذخیره می شوند. در صورت تمایل می توانید این فایل را تغییر نام دهید. من تمام مقادیر ممکن را از ایستگاه هواشناسی می نویسم و همچنین در ولتاژ باتری و ولتاژ خورشیدی نیز می نویسد. به طوری که می توانید ببینید مصرف باتری چگونه است.

مرحله 7: اندازه گیری ولتاژ و آزمایش

من نیاز به نظارت بر ولتاژ باتری و پنل خورشیدی برای پروژه خود داشتم.

برای نظارت بر ولتاژ باتری از پین آنالوگ استفاده کردم. + از باتری به پین آنالوگ A0 و - از باتری به GND در آردوینو وصل کردم. در برنامه از تابع "analogRead" و "lcd.print ()" برای نمایش مقدار ولتاژ در LCD استفاده کردم. تصویر سوم ولتاژ باتری را نشان می دهد. من آن را با آردوینو و همچنین با مولتی متر اندازه گیری کردم تا بتوانم مقدار را مقایسه کنم. تفاوت بین این دو مقدار در حدود 04/0 ولت بود.

از آنجا که ولتاژ خروجی از پنل خورشیدی بیشتر از 5 ولت است ، برای ایجاد تقسیم ولتاژ به آن نیاز دارم. ورودی آنالوگ می تواند حداکثر ولتاژ ورودی 5 ولت را بگیرد. من آن را با دو مقاومت 10 کیلو اهم تهیه کردم. استفاده از دو مقاومت با مقدار مساوی ، ولتاژ را دقیقاً به نصف تقسیم می کند. بنابراین اگر 5 ولت را وصل کنید ، ولتاژ خروجی حدود 2.5 ولت خواهد بود. این تقسیم کننده ولتاژ در تصویر اول قرار دارد. تفاوت بین مقدار ولتاژ روی LCD و بر روی مولتی متر حدود 0.1-0.2V بود

معادله خروجی تقسیم ولتاژ عبارت است از: Vout = (Vcc*R2)/R1+R2

آزمایش کردن

وقتی همه چیز را به هم وصل کردم و همه اجزای آن را در محفظه ای قرار دادم ، برای آزمایش خارج از آن نیاز داشتم. بنابراین ایستگاه هواشناسی را بیرون بردم تا ببینم در شرایط واقعی بیرون چگونه کار می کند. هدف اصلی این آزمایش این بود که ببینیم باتری ها چگونه کار می کنند یا چقدر در طول این آزمایش تخلیه می شوند. در حالی که آزمایش دمای بیرون حدود 1 درجه سانتیگراد در خارج و حدود 4 درجه سانتیگراد در داخل محفظه بود.

ولتاژ باتری در عرض پنج ساعت از 3.58 به حدود 3.47 رسید.