Weerstation met datalogging: 7 stappen (met afbeeldingen)

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

In deze instructable laat ik je zien hoe je zelf een weerstationsysteem kunt maken. Het enige wat je nodig hebt is basiskennis in elektronica, programmeren en een beetje tijd.

Dit project is nog in de maak. Dit is pas het eerste deel. Upgrades zullen in de komende één of twee maanden worden geüpload.

Als u vragen of problemen heeft, kunt u contact met mij opnemen via mijn mail:[email protected]. Components geleverd door DFRobot

Dus laten we beginnen

Stap 1: Materialen

Bijna alle benodigde materialen voor dit project kunnen worden gekocht in de online winkel: DFRobot

Voor dit project hebben we nodig:

-Weerstation kit

-Arduino SD-kaartmodule

-SD-kaart

-Zonne-energiemanager

-5V 1A Zonnepaneel

-Sommige nylon kabelbinders

-Montagekit

-LCD scherm

-Broodplank

-Li-ion batterijen (ik gebruikte Sanyo 3.7V 2250mAh batterijen)

-Waterdichte kunststof aansluitdoos

-Sommige draden

-Weerstanden (2x 10kOhm)

Stap 2: Modules

Voor dit project heb ik twee verschillende modules gebruikt.

Zonne-energiemanager

Deze module kan gevoed worden met twee verschillende voedingen, 3.7V batterij, 4.5V - 6V zonnepaneel of USB kabel.

Het heeft twee verschillende uitgangen. 5V USB-uitgang die kan worden gebruikt voor het voeden van Arduino of een andere controller en 5V-pinnen voor het voeden van verschillende modules en sensoren.

Specificaties:

• Zonne-ingangsspanning (ZONNE-IN): 4.5V ~ 6V
• Batterij-ingang (BAT IN): 3.7V eencellige Li-polymeer/Li-ion
• Acculaadstroom (USB/SOLAR IN): 900mA Max. druppelladen, constante stroom, constante spanning drie fasen opladen
• Uitschakelspanning opladen (USB/SOLAR IN): 4,2 V ± 1%
• Gereguleerde voeding: 5V 1A
• Gereguleerde efficiëntie van de voeding (3,7 V BAT IN): 86% bij 50% belasting
• Efficiëntie USB/zonne-oplading: 73% bij 3,7 V 900 mA BAT IN

SD-module

Deze module is volledig compatibel met Arduino. Hiermee kunt u massaopslag en datalogging aan uw project toevoegen.

Ik gebruikte het voor het verzamelen van gegevens van het weerstation met een SD-kaart van 16 GB.

Specificaties:

• Break out board voor standaard SD-kaart en Micro SD (TF)-kaart
• Bevat een schakelaar om de flash-kaartsleuf te selecteren
• Zit direct op een Arduino
• Ook te gebruiken met andere microcontrollers

Stap 3: Weerstationkit

Het belangrijkste onderdeel voor dit project is een weerstationkit. Het wordt aangedreven door 5V van Arduino of u kunt ook een externe 5V-voeding gebruiken.

Het heeft 4 pinnen (5V, GND, TX, RX). TXD-gegevenspoort gebruikt 9600bps.

Weerstation kit bestaat uit:

• Anemometer
• Windvaan
• Regen emmer
• Sensorkaart
• Roestvrijstalen noppen (30CM) (11,81")
• Componentenpakket:

Het kan worden gebruikt om te meten:

• Windsnelheid
• Windrichting
• Hoeveelheid regen

Het heeft een ingebouwde vochtigheids- en temperatuursensor die ook de barometrische druk kan meten.

Anemometer kan windsnelheden meten tot 25 m/s. Windrichting wordt weergegeven in graden.

Meer informatie over deze kit en voorbeeldcode is te vinden op: DFRobot wiki

Stap 4: Hoe de weerstationkit te monteren

De montage van deze kit is vrij eenvoudig, maar voor meer informatie over de montage, bekijk een tutorial over hoe u deze kit in elkaar zet.

Tutorial: Hoe een weerstationkit in elkaar te zetten

Stap 5: Levering en huisvesting

Accu:

Voor dit project heb ik 3.7V li-ion batterijen gebruikt. Ik heb een batterijpakket gemaakt van 5x van deze batterijen. Elke batterij heeft ongeveer 2250 mAh, dus een pakket van 5x geeft ongeveer 11250 mAh bij parallelschakeling.

Aansluiting: Zoals ik al zei heb ik batterijen parallel geschakeld, omdat je parallel de originele spanning behoudt maar een grotere batterijcapaciteit krijgt. Bijvoorbeeld: als u twee 3.7V 2000 mAh-batterijen hebt en u deze parallel aansluit, krijgt u 3.7V en 4000 mAh.

Als je een hogere spanning wilt bereiken, moet je ze in serie schakelen. Bijvoorbeeld: als u twee 3.7V 2000 mAh-batterijen in serie aansluit, krijgt u 7, 4V en 2000 mAh.

Zonnepaneel:

Ik gebruikte 5V 1A zonnepaneel. Dit paneel heeft ongeveer max 5W uitgangsvermogen. Uitgangsspanning gaat tot 6V. Toen ik het paneel testte bij bewolkt weer, was de uitgangsspanning ongeveer 5,8-5,9V.

Maar als je dit weerstation volledig wilt voorzien van zonne-energie moet je 1 of 2 zonnepanelen en loodaccu of iets anders toevoegen om energie op te slaan en het station te voeden als er geen zon is.

BEHUIZING:

Het lijkt niet, maar behuizing is een van de belangrijkste onderdelen van dit systeem, omdat het vitale componenten beschermt tegen externe elementen.

Dus ik kies voor waterdichte kunststof aansluitdoos. Het is net groot genoeg om alle componenten erin te passen. Het is ongeveer 19x15 cm.

Stap 6: bedrading en code

Arduino:

Alle componenten zijn verbonden met Arduino.

-SD-module:

• 5V -> 5V
• GND -> GND
• MOSI -> digitale pin 9
• MISO -> digitale pin 11
• SCK -> digitale pin 12
• SS -> digitale pin 10

Weerstation bord:

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

Batterijpakket is rechtstreeks aangesloten op powermanager (3.7V batterij-ingang). Ik heb ook verbinding gemaakt van batterij naar analoge pin A0 op Arduino voor spanningsbewaking.

Zonnepaneel wordt direct op deze module aangesloten (zonne-ingang). Zonnepaneel is ook aangesloten op spanningsdeler. De uitgang van de spanningsdeler is verbonden met analoge pin A1 op Arduino.

Ik heb ook verbinding gemaakt zodat je er een LCD-scherm op kunt aansluiten om de spanning te controleren. Dus LCD is verbonden met 5V, GND en SDA van LCD gaat naar SDA op Arduino en hetzelfde met SCK-pin.

Arduino is verbonden met de power manager-module met een USB-kabel.

CODE:

De code voor dit weerstation is te vinden op de DFRobot-wiki. Ik heb ook mijn code bijgevoegd bij alle upgrades.

-Als u de juiste windrichting voor uw positie wilt krijgen, moet u handmatig de degressiewaarden in het programma wijzigen.

Dus alle gegevens worden opgeslagen in een txt-bestand met de naam test. U kunt dit bestand desgewenst hernoemen. I schrijft alle mogelijke waarden van het weerstation en schrijft ook in batterijspanning en zonnespanning. Zodat u kunt zien hoe het batterijverbruik is.

Stap 7: Spanning meten en testen

Ik moest spanningsbewaking op batterij en zonnepaneel maken voor mijn project.

Voor het bewaken van de spanning op de batterij heb ik analoge pin gebruikt. Ik heb + van batterij naar analoge pin A0 en - van batterij naar GND op Arduino aangesloten. In het programma heb ik de functie "analogRead" en "lcd.print()" gebruikt om de spanningswaarde op het LCD-scherm weer te geven. Derde foto toont spanning op batterij. Ik heb het gemeten met Arduino en ook met multimeter, zodat ik de waarde kon vergelijken. Het verschil tussen deze twee waarden was ongeveer 0,04 V.

Omdat de uitgangsspanning van het zonnepaneel groter is dan 5V, moet ik een spanningsdeler maken. Analoge ingang kan maximaal 5V ingangsspanning hebben. Ik maakte het met twee 10kOhm weerstanden. Gebruik van twee weerstanden met gelijke waarde, verdeelt de spanning precies tot de helft. Dus als je 5V aansluit, zal de uitgangsspanning ongeveer 2,5V zijn. Deze spanningsdeler staat op de eerste foto. Verschil tussen spanningswaarde op LCD en op multimeter was ongeveer 0,1-0,2V

Vergelijking voor spanningsdeleruitgang is: Vout=(Vcc*R2)/R1+R2

Testen

Toen ik alles met elkaar verbond en alle componenten in de behuizing verpakte, moest ik een buitentest maken. Dus ik heb het weerstation buiten gehaald om te zien hoe het werkt in echte buitenomstandigheden. Het belangrijkste doel van deze test was om te zien hoe batterijen werken of hoeveel ze zullen ontladen tijdens deze test. Tijdens het testen was de buitentemperatuur ongeveer 1°C buiten en ongeveer 4°C in de behuizing.

De batterijspanning daalde in vijf uur van 3,58 naar ongeveer 3,47.