Hoe u uw eigen windmeter kunt bouwen met behulp van reed-schakelaars, Hall-effectsensor en wat restjes op Nodemcu. - Deel 1 - Hardware: 8 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Invoering

Sinds ik ben begonnen met de studies van Arduino en de Maker Culture, heb ik het leuk gevonden om nuttige apparaten te bouwen met behulp van rommel en stukjes afval zoals kroonkurken, stukjes PVC, drankblikjes, enz. Ik geef graag een tweede leven aan elk stuk materiaal. Een groot deel van de materialen die hier worden gebruikt, is schroot dat van sommige apparatuur is verwijderd en wordt gerecycled

Toen ik voor mezelf een project van een weerstation begon, realiseerde ik me dat het meten van de intensiteit en richting van de wind niet erg gemakkelijk of goedkoop zou zijn. Na enkele maanden presenteer ik u dit project dat voornamelijk gebruik maakt van gerecyclede materialen en zeer goedkope elektronische onderdelen die gemakkelijk te vinden zijn in elke elektronische winkel.

Dit bericht bestaat uit 2 delen.

Deel 1 - Constructie van de apparaten Anemometer en windvaanrichting.

Deel 2 - De schets met Arduino IDE voor Esp8266 Nodemcu en verzending naar ThingSpeak.

Bekijk de video om de uiteindelijke oplossing te kennen.

Hoe u uw eigen anemometer kunt bouwen met behulp van Hall-effectsensor en reed-schakelaars

Projectbeschrijving

De anemometer is een apparaat dat de windsnelheid en de richting ervan kan meten. Met behulp van een Hall-effectsensor kunnen we tellen hoeveel omwentelingen de kopjes in een bepaalde periode geven. De intensiteit van de wind is evenredig met de rotatiesnelheid van de as. Met enkele eenvoudige natuurkundige vergelijkingen kun je de lineaire snelheid van de wind op dat moment bepalen. We zullen ze allemaal uitleggen in deel 2.

En de richting van de wind zullen we meten door een voorruit met een neodymiummagneet en reed-schakelaars. De vaan wijst in de richting van de wind en de eraan bevestigde magneet verbindt de reed-schakelaars waardoor de elektrische stroom door de verbinding (of verbindingen) kan gaan. Circuits met positieve stroom geven de richting van de wind aan, zoals een kompas.

We hebben 8 circuits die 16 richtingen nabootsen: 4 kardinale en 4 collaterale punten wanneer 1 schakelaar wordt geactiveerd (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW) en wanneer 2 schakelaars tegelijkertijd worden geactiveerd, hebben we 8 sub-onderpand punten (NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW).

De windsnelheid en -richting worden berekend en bepaald door een schets in de nodemcu. Maar dit zal in deel 2 worden uitgelegd. Laten we nu naar de hardware-assemblage gaan.

Disclaimer: Deze windmeter mag niet worden gebruikt voor professionele doeleinden. Het is alleen voor academisch of thuisgebruik.

Let op: Engels is niet mijn natuurlijke taal. Als u grammaticale fouten vindt waardoor u het project niet begrijpt, laat het me dan weten om ze te corrigeren. Heel erg bedankt.

Stap 1: Stuklijst

Windvaan

8 x reed-schakelaars

8 x 10 k ohm weerstanden

10 cm PVC-buis

2 PVC doppen 5 cm diameter

1 PVC-dop 2,5 cm diameter

1 CD4051 analoge multiplexer

1 plastic schijf

20 x 20 sterk plastic stuk

1 Neodymium magneet (De afmetingen van de magneet moeten het mogelijk maken om twee schakelaars tegelijk aan te sluiten. De mijne is 0,5 x 0,5 cm en doet het goed.)

10 verschillende kleuren draden

1 generieke printplaat

1 kogellager met dezelfde diameter van de aluminium buizen

1 aluminium buis ca. 20 cm

1 aluminium buis ca. 10 cm

1 slangklem

Epoxymassa

Instant Glue - cyanoacrylaat en natriumbicarbonaat

Anemometer

2 pingpongballen

4 houten of aluminium stokjes ca 12 cm

1 kogellager

1 aluminium buis ca. 5 cm

3 stuks draden verschillende kleuren

1 halsensor SS49E

1 neodymiummagneet

Epoxy Mass en Instant Glue - cyanoacrylaat en natriumbicarbonaat

2 kunststof kranen ca. 3 a 5 cm diameter

1 PVC-dop en 5 cm PVC-buis

1 PVC-dop 2,5 cm diameter

• Nodemcu
• Kunststof koffer voor elektronische projecten
• Soldeerbout
• 1 PVC-buis ca. 2 meter en "T" PVC-connector
• 1 PVC 90 graden aansluiting
• 5V voeding (ik gebruik zonnepaneel)

Stap 2: Montage van windvaan Rosetta

Reed-schakelaars en weerstanden gemonteerd op PCB

Snijd de generieke PCB in de vorm van een cirkel met een iets kleinere diameter dan de PVC CAP, want als hij klaar is, past hij erin.

Buig de poten van de reed-schakelaar in 90 graden om ze voorzichtig in de printplaat te passen om het beschermende glas niet te breken. Het ideaal is 3 mm verwijderd van het glas. Monteer elke reed-schakelaar volgens het schema. Nummer elk van 0 tot 7 als het diagram. Een correcte identificatie is belangrijk bij het aansluiten van de terminals op de multiplexer. Gebruik de soldeerbout om ze op de plaat te solderen.

Plaats elke weerstand als het diagram waarin een van de klemmen is gesoldeerd in een van de klemmen van de reed-schakelaar en de andere zal gemeenschappelijk zijn voor alle weerstanden, gepositioneerd in het midden van de PCB.

Soldeer een koperen kabel die alle externe terminals van de reed-schakelaars verbindt, laat de laatste twee zonder verbinding. Als een ring. De lasvolgorde maakt niet uit.

Op de kruising van elke weerstand en de reed-schakelaar soldeerdraad van elke kleur. Ze zijn 8 verschillend. Soldeer een rode draad aan de koperen ring van de reed-schakelaars als een positieve en een zwarte draad aan de kruising van alle weerstanden in het midden van de "rosetta", als een negatieve.

Bekijk de schema's en bewaar de nummering van de kabels voor aansluiting op de multiplexer.

Test de aansluitingen voor montage

Voordat ik verder ga met de montage, raad ik aan de verbindingen te testen. Gebruik een led, een willekeurige 18650-batterij 3,7 V, een neodymiummagneet en kabels met krokodillenklauwen. Sluit de batterij aan op de klemmen VCC en GND en de krokodilkabel in de GND met het andere uiteinde in de min van de led (gebruik een blauwe die geen weerstand nodig heeft). Sluit de andere kabel aan op de plus van de led en de andere op elke kabel die op de schakelaars is aangesloten. Haal nu de magneet door de buitenrand van de aangesloten schakelaar. Als de led oplicht, is het ok. Als het niet wordt ingeschakeld, controleert u de lassen. Om twee verbindingen tegelijkertijd te testen, gebruikt u tegelijkertijd een andere kabel en een andere led. Bij het passeren van de magneet tussen twee schakelaars moeten de twee LED's oplichten. Het is essentieel dat beide LED's tegelijkertijd branden, zodat het elektrische signaal sub-collaterale punten van het kompas kan vertegenwoordigen, zoals ENE, ESE, SSW, NNW, enz.

Stap 3: Verbindingen van en naar CD4051 Multiplexer

CD4051 analoge multiplexer

Multiplexers zijn combinatorische schakelingen met meerdere ingangen en enkele data-uitgang. Ze zijn uitgerust met besturingsingangen die in staat zijn om één, en slechts één, van de data-ingangen te selecteren om hun overdracht van de geselecteerde ingang naar genoemde uitgang mogelijk te maken.

Als u de werking van de CD4051 niet kent, raad ik u aan de datasheet te lezen die u op internet kunt vinden. Samenvattend heeft de 4051 8 analoge ingangen genummerd van 0 tot 7, 3 en pinnen A, B en C die gecombineerd het mogelijk maken om de ingangen te lezen en te bepalen welke analoge uitgang wordt aangesloten. Bij elke meting analyseert de software welke aansluitingen met positieve stroom lopen en geeft de bijbehorende windrichting aan. Dit wordt in deel 2 van het bericht in detail uitgelegd. Kijk naar het diagram om te zien hoe de rosetta is aangesloten op de multiplexer.

Verbindingen met Nodemcu

We hebben 8 kabels nodig om de Nodemcu aan te sluiten. Zie het schema.

1 paar positieve (rood) en aarde (zwarte) draden die stroom leveren aan de rozetta

1 paar positieve (rood) en aarde (zwart) kabels die stroom leveren aan de CD4051

1 kabel voor analoge uitgang A0 (grijs)

1 kabel voor digitale ingang van pin A = D5 (blauw)

1 kabel voor digitale ingang van pin B = D4 (groen)

1 kabel voor digitale ingang van pin C = D3 (geel)

Ik heb een 10-aderige telefoonkabel van verschillende kleuren gebruikt om de eindmontage te vergemakkelijken.

Identificeer elk van de kabels met het bijbehorende adres om de uiteindelijke montage te vergemakkelijken.

Stap 4: Alles in de PVC-standaard monteren

De steun monteren

Neem de dop van 5 cm diameter PVC, een stuk PVC-buis en de dop van 2,5 cm diameter en lijm ze allemaal vast met instantlijm volgens de foto. Je kunt ook een gat maken met de diameter van de buis om de verbinding tussen de stukken te verbeteren. Nadat alle stukjes zijn gelijmd, breng je meer lijm aan op de gelijmde randen van elk stuk en bedek je onmiddellijk met zuiveringszout. Bij het drogen van de lijm heeft u een zeer goede hardheid.

U moet ook de siliconen op de rand van de CAP plakken, zodat de verbinding tussen de 2 CAP's kan worden afgedicht en de montage van de rozetta wordt vergemakkelijkt. Laat ze drogen voordat je verder gaat.

Plaats de rozetta die al op het steunstuk is gemonteerd voorzichtig en goed tegen de rand van de CAP aan. Vergeet niet dat we hier een tweede CAP bovenop zullen monteren. Kijk naar de foto met de uiteindelijke oplossing. En identificeer elk van de kabels om verbindingen met de nodemcu te vergemakkelijken.

Stap 5: Montage van de vaan

Montage van de structuur van de lamel

Maak een aanwijzer met epoxymassa met de vorm die op de foto wordt weergegeven. Als het goed droog is, weegt u het stuk en slaat u de waarde op.

Neem het stuk plastic en knip het symmetrisch af voor het achterste deel van de schoep dat dient om de wind te leiden. Weeg ook en sla de waarde op.

Pak een van de aluminium buizen en plak de wijzer en de windwijzer vast met instantlijm met alle stukjes in het midden op een rij. Doe hetzelfde als voorheen met zuiveringszout om de hardheid van elk van de gelijmde delen te vergroten.

Neem de tweede aluminium buis en laten we bepalen waar deze in de andere buis komt te zitten. Om het evenwicht van het stuk te behouden, moet de afstand door het gewicht van de rug gelijk zijn aan de afstand door het gewicht van de wijzer. (Zie berekeningen die in het diagram worden getoond.) Afstandsmetingen moeten min of meer tot het massamiddelpunt van elk stuk worden gedaan. Gebruik instantlijm en bakpoeder.

Maak een gat in het midden van de dop met de diameter van het kogellager. Gebruik instantlijm om het op het deksel te plakken. Belangrijk om het kogellager te kiezen dat dezelfde inwendige diameter heeft als de verticale aluminium buis van de vaan.

Neem ten slotte de plastic schijf met een diameter van ongeveer 4,5 cm en plak een klein stukje metaal op de rand. Zie de foto Op deze manier kunt u de neodymiummagneet "plakken" en aanpassen wanneer u het instrument kalibreert. Het kan in verschillende richtingen worden bewogen om de meetwaarden te raden.

Plaats de plastic schijf met het metalen deel vast in dezelfde richting als de horizontale aluminium buiswijzer. Dit is belangrijk voor de magneet om dezelfde richting aan te geven als de vaan.

Om de uiteindelijke montage van de windmeter te vergemakkelijken en het noorden van de schoep uit te lijnen met de noordelijke geografie, drukt u een windroos af en plakt u deze op de bovenkap van de CAP. De schijf zit vast in de aluminium buis, maar steek eerst de aluminium buis in het kogellager en steek de aluminium buis in de schijf. Pas de hoogte zo aan dat de afstand tussen de magneet en de rand van de CAP tussen 1 en 1,5 cm is. Dat moet voldoende zijn voor de magneet om de reed-schakelaar correct aan te sluiten. Plak de schijf zo horizontaal mogelijk met instantlijm en calciumbicarbonaat.

Monteer de twee stukken door het noorden van de windroos in lijn te brengen met het schakelaarnummer 0 (dat het noorden vertegenwoordigt) en gebruik een klem om ze samen te voegen. Gebruik geen lijm, want u zult vele malen moeten passen en kalibreren voordat u helemaal klaar bent.

Kijk naar de foto's om de uiteindelijke oplossing te zien.

Stap 6: De windmeter monteren

De steun monteren

Pak de 2 plastic deksels en plak ze vast met instantlijm. Boor 4 gaten in de deksels zoals aangegeven in de afbeelding. Steek houten of aluminium stokjes in elk gat. Snijd de 2 pingpongballen in het midden en plak ze elk op de uiteinden van de staven, allemaal met het holle deel voor dezelfde kant. De geschatte afmetingen worden weergegeven in het diagram.

Maak een gat in het midden van de dop van 2,5 cm met de diameter van het kogellager. Gebruik instantlijm om het op het deksel te plakken. Gebruik zuiveringszout ook heel voorzichtig.

Steek de aluminium buis op een geschikte hoogte in het kogellager (zie foto). Als het niet goed is afgesteld, breng dan voorzichtig een lijmdruppel aan.

De halmodule monteren

Maak aan de rand van de CAP een klein gaatje om door de kop van de Hall-sensor te gaan.

Lijm de neodymium magneet aan de zijkant van de plastic doppen volgens de foto.

Gebruik de 3 verschillende gekleurde draden om de sensormodule aan te sluiten.

Plaats de Hall-module en richt de sensor naar de magneet op een afstand van 2 tot 4 mm. Test of de rotatie van de as de magneet niet raakt met de sensor.

Gebruik een 3,7 V batterij om te testen of de module reageert op de nadering van de magneet door de led naar elk contact te draaien. Als de led gaat branden, is alles in orde. Als dit niet het geval is, plaatst u de sensor dichter bij de magneet totdat de LED gaat branden.

Als alles in orde is, bevestigt u de module met een lijmdruppel in de steun.

Ten slotte wordt het andere uiteinde van de staaf in het plastic deksel geplakt met instantlijm en bakpoeder, waardoor de juiste hoogte wordt aangepast.

De draden identificeren

Identificeer alle kabels - VCC, GND en Signal - om de verbinding met de nodemcu te vergemakkelijken.

Stap 7: Alles bij elkaar zetten

Nu kunt u de twee apparaten aan elkaar monteren met behulp van de "T"-verbinding en een stuk PVC-buis zoals op de foto. Gebruik geen lijm, want als er enige aanpassing of onderhoud nodig is, zal dit niet mogelijk zijn. Ik maakte kleine gaatjes en gebruikte schroeven om ze strak te houden. Leid de kabels van de 2 apparaten door de buis. Omdat de anemometer op het dak van het huis wordt geïnstalleerd, heb ik ook kabels van 3 meter gemaakt om hem aan te sluiten op de nodemcu die binnenshuis wordt geïnstalleerd.

Stap 8: Nodemcu en installatie aansluiten

De schema's tonen de juiste aansluiting van elke kabel. Om de werking te testen heb ik een 0,96 OLED-scherm gebruikt om de metingen af te lezen en te controleren of ze correct zijn, sluit de OLED op deze manier aan:

D1 - SCL

D2 - SDA

VCC en GND

Om aan het plafond te installeren, is de enige zorg om het hele apparaat op het juiste niveau te houden. Gebruik daarvoor een waterpas en veel grote schroeven. En vergeet niet het noorden van uw windmeter aan te spreken voor het geografische noorden van uw kompas. Anders komt de windrichting niet overeen met de werkelijkheid.

En dat is alles. In het volgende bericht zal ik de schets uitleggen die in de nodemcu moet worden geladen met behulp van Arduino IDE.

Als u twijfelt, aarzel dan niet om contact met mij op te nemen.

Groeten

Hoofdprijs in de IoT Challenge