Цель:
Создание автоматической метеостанции с функцией загрузки данных в интернет.
Задачи:
- Сделать модели датчика скорости ветра и датчика направления ветра в программе Autodesk Inventor. Распечатать модели на 3D принтере Собрать датчики Написать программу сбора данных с датчиков в среде Arduino и отправку на сайт narodmon. ru Написать программу приёма и визуализации данных в среде Processing
Электронные компоненты:
- Arduino Uno Ethernet-шилд Wiznet W5100 датчик Холла оптопары датчик температуры и влажности AM2302 датчик давления BMP180 датчик освещенности TSL2561
Метеостанция будет измерять температуру и влажность воздуха, давление, освещенность, скорость и направление ветра. Последние два датчика было решено сделать самостоятельно.
Датчик скорости ветра сделан магнитным. На оси с лопастями установлен диск с 6 магнитами чередующейся полярностью. Рядом с диском располагается датчик Холла, т. е. датчик магнитного поля. Используемый нами тип датчика переключает свой выход с высокого на низкий при смене полярности.
Модель создана в программе Autodesk Inventor. Далее детали были подготовлены для печати на 3Д принтере. Для печати потребовалось 17 часов и 34 метра пластика. При сборке были использованы два подшипника и резьбовая шпилька. Ось с подшипниками устанавливается в отверстия в корпусе. Далее верхняя часть корпуса вставляется в нижнюю, в которой закреплен датчик Холла.
В основе датчика направления ветра лежит код Грея. Его суть заключается в том, что в отличии от простого двоичного кода, в коде Грея между соседними двумя числами отличия заключаются только в одном разряде.
Для работе в датчике вращения с помощью кода Грея сделан диск с прорезями, соответствующим 0 и 1. Далее диск одевается на ось и помещается между 4 парами инфракрасный светодиод-фотодиод. Таким образом диск в необходимых комбинациях прерывает свет светодиодов на фотодиоды, что и фиксируется программой и преобразовывается в соответсветсвующий этой комбинации номер сектора. В нашем случае секторов 16, точность 22.5 градуса.
Модель создана также в программе Autodesk Inventor. Далее детали были подготовлены для печати на 3Д принтере. Для печати потребовалось 14 часов и 25 метров пластика. При сборке так же используется резьбовая шпилька и два подшипника. Которая так же устанавливается в соответствующие отверстия в корпусе. Далее собирается датчик, состоящий из 4 пар инфракрасный светодиод - фотодиод. Датчик устанавливается внутрь и к оси прикрепляется флюгер.
Работой метеостанции управляет плата Arduino Uno. К ней одключен ethernet-шилд. Arduino собирает информацию с датчиков и отправляет её через сеть на сайт narodmon. ru. Так же была сделана программа визуализации полученных данных при подключении к Arduino через локальную сеть. Программа сделана в среде Processing.
Датчики давления, освещенности, влажности и температуры подключаются используя готовые библиотеки для работы с ними. При вызове функции измерения скорости ветра программа измеряет количество изменений полярности, а следовательно количество прошедших мимо датчика магнитов за одну секунду. Это значение необходимо перевести в метры в секунду. Для этого потребовался анемометр и источник ветра.
Опытным путем была установлена зависимость между количество магнитов и скоростью в метрах в секунду, построен график и получена кривая с уравнением, которое было записано в программу.
В случае датчика направления ветра программа проверяет какая комбинация фотодиодов засвечена и выдает номер сектора на круге. Этот номер сектора передается в программу визуализации.
Processing является языком программирования для создания визуализаций. Программа принимает данные от платы Arduino по http и отображает полученные данные в виде числовых значений, графиков, визуальных отображениях приборов. Все элементы на экране созданы из окружностей, прямоугольников, треугольников, точек нарисованных по координатам. Задача программы разобрать какая именно величина поступила и а зависимости от этого изменить тот или иной визуальный элемент.
Работу метеостанции можно посмотреть на сайте narodmon. ru, найдя город Приозерск. Так как метеостанция пока стоит не на улице, в открытом доступе находится лишь датчик атмосферного давления.
