بادسنج ثبت اطلاعات خود شامل: 11 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

من جمع آوری و تجزیه و تحلیل داده ها را دوست دارم. من همچنین ساخت وسایل الکترونیکی را دوست دارم. یک سال پیش وقتی محصولات آردوینو را کشف کردم ، بلافاصله به این فکر افتادم که "من می خواهم اطلاعات محیطی را جمع آوری کنم." یک روز بادی در پورتلند بود ، بنابراین تصمیم گرفتم داده های باد را ضبط کنم. من برخی از دستورالعمل های مربوط به بادسنج ها را بررسی کردم و آنها را بسیار مفید دیدم ، اما برای ایجاد تغییرات مهندسی لازم بود. اول ، من می خواستم دستگاه به صورت مستقل ، در خارج از منزل ، به مدت یک هفته کار کند. ثانیاً ، من می خواستم بتواند بادهای بسیار کوچکی را ضبط کند ، چندین طرح در اینجا به بادهای نسبتاً قوی نیاز داشت تا ادامه یابد. در نهایت ، من می خواستم داده ها را ثبت کنم. من تصمیم گرفتم که به دنبال طراحی روتور واقعاً سبک وزن با کمترین اینرسی و مقاومت تا حد ممکن باشم. برای انجام این کار ، از تمام قطعات پلاستیکی (از جمله میله های وینیل رزوه دار) ، اتصالات بلبرینگ و سنسورهای نوری استفاده کردم. در طرح های دیگر از سنسورهای مغناطیسی یا موتورهای DC واقعی استفاده می شد ، اما هر دوی آنها سرعت روتور را کند می کنند ، اپتیک ها کمی بیشتر از قدرت استفاده می کنند اما هیچ مقاومت مکانیکی ندارند. دیتا لاگر به سادگی یک Atmega328P با تراشه فلش 8 مگابیت است. من به SD رفتن فکر کردم ، اما می خواستم هزینه ، مصرف برق و پیچیدگی را پایین نگه دارم. من یک برنامه ساده نوشتم که تعداد ثانیه چرخش دو بایت را در هر ثانیه ثبت می کرد. با 8 مگابیت تصور کردم که می توانم حدود یک هفته داده جمع آوری کنم. در طراحی اولیه خود ، من تصور می کردم که به 4 سلول C نیاز دارم ، اما پس از یک هفته آنها هنوز به طور کامل شارژ شده بودند ، بنابراین من باید به میزان بزرگی در مصرف برق خاموش بودم. من از رگولاتورهای خطی استفاده نکردم ، تمام ریل های ولتاژ را به 6 ولت رساندم (حتی اگر برخی از قطعات دارای 3.3 ولت بودند. طراحی بیش از حد!). برای بارگیری داده ها ، من یک سیستم پیچیده داشتم که فلش را می خواند و آن را روی مانیتور سریال arduino می ریخت و برش داده و در Excel چسباندم. من وقت نمی گذراندم تا بفهمم چگونه می توان یک برنامه خط فرمان USB نوشت تا فلش را به حالت استاندارد رها کند ، اما در مقطعی باید به این موضوع پی ببرم. نتیجه بسیار تعجب آور بود ، من توانستم برخی از روندهای بسیار جالب را مشاهده کنم ، که آنها را برای گزارش دیگری ذخیره می کنم. موفق باشید!

مرحله 1: روتور را بسازید

من ایده های مختلفی را برای جام روتور امتحان کردم: تخم مرغ های عید پاک ، توپ های پینگ پنگ ، لیوان های پلاستیکی و توپ های خالی تزئین درخت کریسمس. من چندین روتور ساختم و همه آنها را با سشوار آزمایش کردم ، که طیف وسیعی از سرعت باد را فراهم می کرد. از بین چهار نمونه اولیه ، پوسته های زینتی بهترین عملکرد را داشتند. آنها همچنین دارای زبانه های کوچکی بودند که چسباندن آنها را آسان تر می کرد و از پلاستیکی سفت و سخت ساخته شده بود که به خوبی با سیمان پلی کربنات کار می کرد. من چند طول مختلف شفت ، کوچک ، متوسط و بزرگ (حدود 1 "تا حدود 6") را امتحان کردم و متوجه شدم که اندازه های بزرگتر بیش از حد گشتاور می زنند و به سرعتهای کم باد خوب پاسخ نمی دهند ، بنابراین با شفت های کوچک رفتم. به از آنجا که همه چیز پلاستیکی شفاف بود ، یک چاپ کوچک مفید برای کمک به روشن شدن سه تیغه انجام دادم. مواد: زیور آلات از شرکت بازرگانی شرقی تهیه شده است ، مورد "48/6300 DYO CLEAR ORNAMENT" ، 6 دلار به علاوه 3 دلار ارسال. شفت های پلاستیکی و دیسک سازه ای از یک فروشگاه TAP Plastics محلی تهیه شده است ، قطعاتی حدود 4 دلار دیگر.

مرحله 2: پایه بالا را بسازید

برای کاهش اینرسی چرخشی ، از یک میله نایلونی نخ دار از مک مستر کار استفاده کردم. من می خواستم از بلبرینگ استفاده کنم ، اما یاتاقان های ماشین در گریس کند کننده روتور بسته بندی شده اند ، بنابراین برخی از یاتاقان های اسکیت برد ارزان را خریداری کردم که هیچ کدام نداشت. آنها فقط داخل آداپتور لوله 3/4 اینچی قطر داخلی CPVC قرار گرفتند. تا زمانی که ساختار را جمع نکردم متوجه شدم که یاتاقان های اسکیت بار مسطح را کنترل می کنند و من بار عمودی را اعمال می کردم ، بنابراین باید از یاتاقان راننده استفاده می کردم. ، اما آنها به خوبی کار کردند و احتمالاً به مدیریت اصطکاک ناشی از گشتاور پیشرونده کمک کردند. من قصد داشتم یک سنسور نوری را به قسمت پایین شفت وصل کنم ، بنابراین اتصال CPVC را به یک پایه بزرگتر نصب کردم. Home Depot مکانی سرگرم کننده برای مخلوط کردن و با اتصالات CPVC/PVC مطابقت داشت. در نهایت من توانستم اتصال CPVC رزوه دار 3/4 اینچی را در یک PVC 3/4 "تا 1-1/2" کاهنده کنم. بازی بسیار زیادی طول کشید تا همه چیز مناسب باشد ، اما فضای کافی برای وسایل الکترونیکی باقی گذاشت. مواد: 98743A235-میله نایلونی با نخ مشکی (5/16 "-18 نخ) 94900A030-مهره های نایلونی شش ضلعی سیاه (نخ 5/16" -18) یاتاقان های اسکیت برد ارزان 3/4 اینچ آداپتور CPVC رزوه دار 3/4 "به 1 -1/2 "PVC کاهش دهنده به لوله 3/4" نکته توجه: ابعاد اتصال PVC و CPVC یکسان نیستند ، احتمالاً برای جلوگیری از سوء استفاده تصادفی. بنابراین تعویض آداپتور معمولی PVC 3/4 "کار نمی کند ، با این حال ، THREADS یک آداپتور رزوه ای یکسان است ، که کاملاً عجیب است. رشته های اتصال CPVC به بوش آداپتور PVC. آداپتور … بوش … اتصال … من احتمالاً همه این اصطلاحات را با هم مخلوط کرده ام ، اما 15 دقیقه در راهرو لوله کشی Home Depot شما را مستقیما مشخص می کند.

مرحله 3: قطع کننده نوری

با چرخش روتور ، چرخش آن توسط یک قطع کننده نوری شمارش می شود. من در مورد استفاده از یک دیسک فکر کردم ، اما این بدان معناست که من باید منبع روشنایی و آشکارساز را به صورت عمودی وصل کنم ، که مونتاژ آنها بسیار مشکل خواهد بود. در عوض ، من برای نصب افقی انتخاب کردم و چند فنجان کوچک پیدا کردم که برای محافظت از کف چوب سخت در قسمت پایین صندلی ها قرار دارند. من شش قسمت را رنگ آمیزی و ضبط کردم ، که به من دوازده (تقریبا) لبه یکنواخت ، یا 12 تیک در هر چرخش روتور می دهد. من به انجام کارهای بیشتر فکر کردم اما با سرعت آشکارساز یا میدان دید اپتیک آن آشنایی چندانی نداشتم. به این معنا که اگر بیش از حد باریک شده باشم ، LED ممکن است در لبه ها خزیده و سنسور را فعال کند. این یکی دیگر از زمینه های تحقیقاتی است که من دنبال نکردم ، اما خوب است که آن را بررسی کنم. فنجان رنگ شده را به یک مهره چسباندم و به انتهای شافت محکم کردم. مواد: فنجان محافظ پای صندلی از رنگ مشکی Home Depot

مرحله 4: روتور را وصل کنید

در این مرحله ، شروع به ظاهر بسیار سرد کرده بود. مهره های نایلونی واقعاً لغزنده هستند ، بنابراین مجبور شدم از مهره های قفل کننده زیادی استفاده کنم (در صورتی که از تصاویر قبلی توجه نکرده اید). همچنین مجبور شدم یک آچار تخت مخصوص درست کنم تا درپوش زیر روتور جا بگیرد تا بتوانم هر دو مهره را قفل کنم.

مرحله 5: پایه پایین را بسازید

پایه پایینی باتری ها را در خود جای داده و ساختار پشتیبانی را ارائه می دهد. من یک جعبه بسیار خنک ضد آب آنلاین از شرکتی به نام Polycase پیدا کردم. این یک قاب واقعاً صاف است که محکم بسته می شود و پیچ ها در قسمت پهن تر هستند تا به راحتی از بالای آن خارج نشوند. من از یک PVC برای بوش PVC بالا استفاده کردم. این پایه پایه فقط یک پیوند PVC با رزوه 1-1/2 "است. فشار پایه روتور فوقانی از طریق این اتصال در پایه پایینی قرار می گیرد. همانطور که بعداً خواهید دید ، من این قطعات را به هم چسباندم زیرا می خواستم بتوانید آن را باز کرده و در صورت لزوم تنظیمات لازم را انجام دهید ، مونتاژ هنگام وصل کردن تخته مدار آسانتر است. مواد: جعبه ضد آب از Polycase ، مورد # WP-23F ، $ 12.50 $ 1-1/2 "PVC اتصال

مرحله 6: سنسور نوری را بسازید

مکانیزم سنسور یک LED 940 نانومتری و گیرنده ماشه Schmitt است. من عاشق عشق ماشینی شیمیت هستم ، تمام نیازهای من را برطرف می کند و سیگنال سازگار با CMOS/TTL ارسال می کند. تنها نقطه ضعف؟ عملکرد 5 ولت بله ، من تمام طراحی را بیش از حد به 6 ولت رساندم ، اما اگر این قسمت نبود ، می توانستم به 3.3 ولت بروم. ایده این است که این مدار در زیر جام روتور نصب می شود ، که پرتو را هنگام چرخش قطع می کند و برای هر لبه تغییرات منطقی ایجاد می کند. تصویر خوبی از نحوه نصب این دستگاه ندارم. من اساساً دو جفت پلاستیکی را به کوپلینگ PVC پایه پایینی چسباندم و از بالا به آنها پیچ کردم. مجبور شدم لبه های تخته را خرد کنم تا مرتب شود. من حتی یک طرح کلی برای این کار ندارم ، واقعاً آسان است: فقط یک مقاومت 1k را از Vin اجرا کرده و آن را سیم کشی کنید تا LED همیشه روشن باشد و خروجی آشکارساز روی پین خود قرار گیرد. مواد: 1 مقاومت 940 نانومتری LED 1k 1 سنسور OPTEK OPL550 1 دوشاخه سه پین (زن) 1 برد مدار 1.5 "x1.5" طول های مختلف سیم ها اگر دوست دارید سیم های خود را به صورت بسته بندی کنید

مرحله 7: Data Logger را بسازید

تابلوی نمونه اولیه آردوینو بسیار مناسب بود تا در شاسی جا شود. من از EagleCAD برای قرار دادن یک برد مدار کوچکتر استفاده کردم ، و یک لایه را از بین بردم … چهار سیم زشت وجود دارد که من برای برطرف کردن چند شکاف به آنها نیاز دارم.

(من فکر می کردم این قدرت را با 50 مگاوات پوند اندازه گیری می کنم و بر اساس ساعت وات باتری ها ، فکر می کردم که در هفته کمتر از 5 ولت می افتم ، اما یا اندازه گیری توان من یا ریاضیات من اشتباه بود زیرا 4 سلول C نگه داشته شده بود. مدت زمان زیادی طول می کشد.) طرح بندی نسبتاً ساده: فقط یک رزوناتور ، ATmega328 ، یک تراشه فلش ، یک جهش دهنده اشکال زدایی ، یک LED اشکال زدایی ، درپوش منبع تغذیه ، و این همه چیز است. چیزی به نام DorkBoard وجود دارد که من نیز می توانستم از آن استفاده کنم ، این اساساً همه چیز مورد نیاز برای یک برد ATMega328 dev در اندازه سوکت DIP است. من خرید را در نظر گرفتم اما روش مجزا من حدود 50 cheaper ارزان تر بود. در اینجا پیوند dorkboard است:

در اینجا ایده اصلی (کد منبع بعداً درج می شود) نحوه عملکرد برد: Jumper روی حالت "اشکال زدایی" تنظیم شده است: وقفه تغییر مقدار را به خروجی سنسور نوری وصل کنید و LED تست را همزمان با آشکارساز فلش کنید. این برای اشکال زدایی بسیار مفید بود. بلوز روی حالت "ضبط" تنظیم شده است: همان وقفه را به شمارنده وصل کرده و در حلقه اصلی ، 1000 ثانیه را به تأخیر بیندازید. در پایان 1000 میلی ثانیه ، # تعداد لبه ها را در یک صفحه فلش 256 بایتی بنویسید و وقتی صفحه پر شد ، آن را بنویسید و تعداد را بازنشانی کنید. ساده ، درست است؟ تقریبا. من واقعاً از دستگاه های فلش Winbond خوشم می آید ، من در دهه 90 فلش را طراحی می کردم ، بنابراین برنامه ریزی مجدد آنها جالب بود. رابط SPI درخشان است. بسیار ساده برای استفاده. اجازه می دهم طرحواره ها و کد منبع به خودی خود صحبت کنند. آیا اشاره کردم EagleCAD عالی است؟ واقعا هست. در YouTube آموزش های عالی وجود دارد.

مرحله 8: لوازم الکترونیکی را وصل کنید

باز هم ، من تصاویر خوب زیادی در اینجا ندارم ، اما اگر تصور کنید که دو لایه پلاستیکی به داخل PVC چسبیده اند ، هر دو تخته در آن پیچ خورده اند. در اینجا یک عکس از تخته چوب به پایین متصل شده است. برد آشکارساز داخل محفظه است.

مرحله 9: کالیبراسیون

من یک دستگاه آزمایش برای کالیبراسیون جانور تهیه کردم تا بتوانم تعداد روتور خام را به MPH تبدیل کنم. بله ، این 2x4 است. بادسنج را به یک سر و یک اشکال زدایی Arduio را به سر دیگر وصل کردم. LCD تعداد روتورها را نشان می دهد. روند به این صورت پیش رفت: 1) یک جاده مستقیم طولانی بدون ترافیک پیدا کنید. 2) 4x4 را طوری نگه دارید که تا جایی که ممکن است از پنجره بیرون بیاید 3) ضبط صدا را در iPhone یا Android خود روشن کنید 4) یک دستگاه سرعت سنج دیجیتالی GPS را در دستگاه دستی انتخابی خود روشن کنید 5) با سرعت های ثابت رانندگی کنید و اعلام کنید برای ضبط شما سرعت و متوسط روتور 6 شمارش می کند) تصادف نکنید 7)؟ 8) بعداً ، هنگام رانندگی ، پیام تلفن خود را دوباره پخش کنید و داده ها را در اکسل وارد کنید و امیدوار باشید خطی یا نمایی یا چندجمله ای با مقدار مربع R بیشتر از 99 f متناسب باشد. این تبدیل # بعداً مورد استفاده قرار می گیرد. دستگاه فقط داده های خام را ضبط می کند ، من آنها را در MPH (یا KPH) در Excel پس پردازش می کنم. (آیا اشاره کردم که من یک لایه بد رنگ از رنگ زیتون استفاده کرده ام؟ این را "بادسنج ثبت اطلاعات تاکتیکی" می نامیدم ، اما بعداً یادم آمد که "تاکتیکی" به معنی "سیاه" است.)

مرحله 10: برو برخی از داده های باد را جمع آوری کنید

تقریباً همین است. من فکر می کنم چند عکس گم شده است ، به عنوان مثال نشان داده نشده است که چهار سلول C در قاعده پایینی قرار گرفته است. من نمی توانم یک نگهدارنده با فنر را جا دهم ، بنابراین سرنشینان را به باتری ها لحیم کردم. من این را یک سال پس از ساخت آن می آموزم و در تجدید نظر شماره 2 ، از باتری های AA استفاده کردم زیرا مصرف برق را بیش از حد برآورد کرده بودم. استفاده از AA به من اجازه داد یک سوئیچ روشن و خاموش اضافه کنم و واقعاً کمی فضای داخل را آزاد کردم ، در غیر این صورت بسیار محکم بود. در کل من از طراحی بسیار راضی بودم. نمودار زیر داده های متوسط یک هفته را نشان می دهد. باتری ها در روز هفتم شروع به خاموش شدن کردند. من می توانم عمر باتری را با اجرای LED در چرخه کار کمتر در حدود 1 کیلوهرتز افزایش دهم و به دلیل سرعت کم زاویه ای روتور ، هیچ لبه ای را از دست نمی دهم.

خوش بگذره! اگر جایی برای بهبود یافتید به من اطلاع دهید!

مرحله 11: کد منبع

پیوست یک فایل منبع آردوینو است. من آن را GPL کردم چون ، سلام ، GPL.

ویرایش: می خواهم اشاره کنم که استفاده من از تاخیر 1 ثانیه () ایده ای وحشتناک است و در ساعت زمان مورد نیاز برای نوشتن روی فلش و خواندن سنسور ممکن است کوچک به نظر برسد ، اما در طول 7 -10 ثانیه به افزایش قابل توجهی می افزاید. در عوض ، از وقفه تایمر 1 هرتز استفاده کنید (تایمر شماره 1 در 328P را می توان تا 1 هرتز کاملاً کالیبره کرد). برای ایمن بودن ، باید در حصار کد گذاری کنید در صورتی که صفحه نوشتن و خوانده شدن حسگر به دلایلی بیش از 1 ثانیه طول بکشد (نمونه های افتاده را کنترل کنید) ، اما وقفه زمان سنج راهی است برای انجام کارهایی که باید زمان ، دقیق. به سلامتی!