Датчики направления и скорости ветра купить в Москве | NEOPOD

Описание принципиальной электрической схемы метеостанции

Согласно представленным выше требованиям технического задания была разработана принципиальная электрическая схема, представленная ниже.

Принципиальная электрическая схема метеостанции содержит микроконтроллер PIC, выполняющий сбор, обработку, индикацию, оповещение. Кроме того, микроконтроллер обеспечивает управление исполнительными устройствами.

Для нормального функционирования любого микроконтроллера требуется выполнить ряд условий: подать питание, обеспечить генерацию тактовых импульсов, организовать начальный сброс, подключить периферию к входам-выходам.

Тактовая частота контроллера метеостанции задаётся кварцевым резонатором ZQ1 (HC-49SM) 8 МГц, подключенным к выводам 9, 10 микроконтроллера.

Основная задача

Разработка учебного проекта метеостанции.

Ultrasonic wind sensor на алиэкспресс — купить онлайн по выгодной цене

Анемометр v.1.0

Анемометр своими руками: самая простая схема | 2 схемы

Анемометр – прибор для измерения скорости ветра. Классический чашечный анемометр представляет собой чисто механический прибор, способный измерять скорость ветра в диапазоне от 2 до 20 м/с. Анемометр просто подсчитывает количество оборотов крыльчатки. Для определения скорости ветра надо отмерить количество оборотов за некоторый промежуток времени, например 30 с, а затем рассчитать количество делений которые проходит стрелка анемометра за 1 с. После этого для определения скорости ветра следует воспользоваться графиком.

Сконструировать его аналог проще всего на основе маломощного электромотора, например ДМ-03-3АМ 3 91, который выступает в роли генератора. Четырехлопастная крыльчатка анемометра взята готовая, приобретена на Aliexpress примерно за 1 доллар.

Диаметр крыльчатки 10 см, а высота 6 см.

Электромотор располагается в корпусе, сделанном из емкости для холодной сварки, в крышке которой прорезано отверстие для вала электродвигателя и ведущих от двигателя проводов.

К электродвигателю подключен диодный мост VD1 собранный на диодах Шоттки 1N5817. На выходе диодного моста подключен электролитический конденсатор C1 1000 мкФ х 16 В.

Диоды Шоттки выбраны из-за того, что скорость вращения крыльчатки, в обычных условиях (если нет урагана) не очень велика. При скорости ветра около 6 м/с, на выходе прибора появляется напряжение около 0,5 В. В таких условиях рационально минимизировать потери на всех элементах схемы. По этой же причине в качестве соединительных проводов используются проводники избыточно большого сечения.

К выводам выпрямителя можно подключить любой вольтметр постоянного тока на 2 В. С его ролью отлично справляется мультиметр. Хотя использование отдельного стрелочного прибора позволяет непосредственно градуировать шкалу в скорости ветра.

Так как устройство планировалось эксплуатировать на улице диодный мост был залит в эпоксидную смолу. Как оказалось конденсатор был взят избыточно емкий так, что быстрые перепады напряжения и соответственно, порывы ветра прибор зафиксировать не может. Автор обзора Denev.

Виды датчиков

Для измерения параметров среды часто применяют три вида сенсоров:

Плюс первого — дешевизна, скорость работы и стабильность сигнала. Из минусов отметим сравнительно слабую программную реализацию библиотеки, высокую погрешность выполняемых измерений и не всегда подходящий диапазон рабочих температур. DHT22 выгодно отличается благодаря:

• малым погрешностям;
• высокой дальности сигнала;
• поддержке дробных значений.

Как и первый сенсор, DHT22 не работает без подгруженной библиотеки. Кроме того, для профессиональных задач его чувствительность и скорость реакции может стать недостаточной.

Датчики линейки SHT1x быстро срабатывают, имеют весьма низкую погрешность, экономичны и умеют «засыпать» при долгой неактивности. Из недостатков выделим:

• два цифровых интерфейса;
• невозможность работы без подключения программной библиотеки и диапазон от 0 до 50 градусов — как в других образцах. Его хватает не всегда.

По стоимости все три варианта примерно одинаковы. Для «домашних» установок чаще берут DHT11-22 за их сравнительную простоту в эксплуатации и настройке.

Выбор типа корпусов для разработанного проекта метеостанции

Большая часть элементной базы реализована на поверхностно-монтируемых компонентах (SMD монтаж). Это позволяет:

• снизить себестоимость разрабатываемого устройства;
• повысить перспективность будущих разработок .

Датчик для метеостанции купить в москве 👍

Датчик на arduino uno и плате расширения troyka shield

Рассмотрим еще одну погодную станцию. Ее особенности:

Датчики направления и скорости ветра купить в москве | neopod

Датчики спроектированной метеостанции

Датчика температуры B1 реализован на микросхеме DS18B20 и подключен к выводу 11 порта С микроконтроллера DD1 (PIC16F883).

Данные по влажности регистрируются датчиком влажности B3 (HIH-4030), подключенным к выводу 7 порта А микроконтроллера.

Индикация и устройства оповещения в проекте метеостанции

Режим работы, информационные сообщения, текущие показатели, а также результаты самодиагностики отображаются жидко-кристаллическим дисплеем. Для данного проекта метеостанции выбран четырёхстрочный 16-разрядный ЖК-дисплей WH1604B-YYH-CT# фирмы Winstar (H1). Управление яркостью подсветки дисплея осуществляется с помощью триммера R21 (3214G) фирмы Bourns.

Дистанционная индикация режимов работы метеостанции осуществляется:

• светодиодами HL2…HL4 (ARL-2835CW-L80);
• пьезокерамическими звукоизлучателями BA1, BA2.

Светодиод HL2 служит для индикации работы схемы. Его свечение служит признаком нормальной работы устройства. Свечение двух других светодиодов служит признаком отклонения от нормального режима работы:

• HL3 – предупреждение
• HL4 – критическая ошибка или угроза жизни и здоровью персонала.

Кнопки

Для полноценного функционирования метеостанции необходимо наличие клавиатуры или управляющих кнопок, которые также следует предусмотреть при разработке проекта.

Компоненты

Для сборки потребуются:

• сенсор DHT22;
• датчик давления BMP180;
• плата Ардуино Нано;
• lcd-экран с блоком I2C;
• резистор 10 кОм;
• плата макетная;
• припой;
• 40-контактный однорядный разъем;
• соединительные провода.

Придется паять и работать с контактами, поэтому также необходим паяльник и плоскогубцы.

Методика взаимодействия

Датчик транслирует цифровой сигнал с закодированными в нем значениями влажности и температуры. Оба параметра передаются одновременно.

Связь происходит по следующему принципу:

• микроконтроллер отправляет сенсору запрос проверки состояния;
• DHT11 меняет битовую кодировку и отдает на Arduino результат;
• если формат запроса-ответа согласован с обеих сторон, на управляющую плату поступает пятибайтовый отчет о влажности и температуре.

Состав отчета:

• первые два байта — уровень температуры;
• вторые два — влажность;
• пятый байт — нужная для предотвращения ошибки измерений и передачи контрольная сумма.

Механические датчики ветра (анеморумбометры)

Микроконтроллер

Из всей широкой номенклатуры предлагаемых микроконтроллеров следует уделить внимание микроконтроллерам фирмы PIC.

Отличительной особенностью данных устройств является:

• хорошая преемственность различных семейств;
• программная совместимость;
• совместимость по выводам, периферии, напряжениям питания.

При выборе микроконтроллера PIC, остановим свой выбор на 8-битном микроконтроллере PIC16F883-I/SO. Число портов выбранного микроконтроллера является достаточным для подключения внешних устройств. Данный факт позволяет упростить схему, повысить её надёжность, уменьшить габариты.

Для получения информации о параметрах окружающей среды следует задействовать в разрабатываемой принципиальной электрической схеме датчики:

• влажности;
• температуры;
• давления;
• высоты.

Недостатки

Приведенная конструкция имеет один минус — при взаимодействии с экраном цифры округляются до целых. Для домашних вычислений это некритично, но при необходимости получить более точные величины придется заменить датчик на более продвинутый DHT22. Его поддержка в скетче есть по умолчанию.

Если используется простой DHT11, а нули после запятой не нужны или эстетически мешают, можно также добавить в код поддержку подсчетов с «плавающей точкой» — dtostrf.

Теперь рассмотрим образец метеостанции под Ардуино на основе DHT22 и с дополнительной функцией — измерением давления.

Общий принцип работы

Измеряющая данные окружающей среды метеостанция на Ардуино состоит из нескольких основных компонентов:

• собственно плата управления Arduino (например, Uno). На нее поступает информация со внешних датчиков, контроллер выполняет вычисления и выводит информацию на экран;
• электронный дисплей — служит для отображения поступивших с контроллера данных в понятной человекочитаемой форме;
• сенсор влажности температуры. В подобных схемах популярны датчики DHT11 и DHT22. Они регистрируют данные среды и отдают их контроллеру;
• макетная плата — основа для сборки всех компонентов. На ней фиксируются все элементы метеостанции, по ней же прокладываются электрические соединения;
• соединительные провода — с «оголенными» концами под пайку или оснащенные штекерами.

Кроме того, в плату понадобится залить соответствующее программное обеспечение — скетч. Его содержимое зависит от набора элементов и выполняемых задач, примеры скетчей мы также рассмотрим ниже.

Помощь в разработке

Нужна помощь в разработке электронного проекта печатной платы? Пишите.

Порядок сборки

Система собирается по шагам.

1. Установить плату расширения на Ардуино.
2. Подключить к пинам шины I2C метеодатчик.
3. Подсоединить дисплей в разъемы e-f на схеме. Пин CS идет на пин 10 микрокомпьютера Ардуино.
4. Барометр вставляется в слот B, пины шины I2C.
5. Термометр подключается в слот C, пин 4. Для его работы потребуется дополнительный модуль подтяжки.
6. И, наконец, к слоту D и на пин 8 подключается картридер.

Принципиальная схема

Так будет выглядеть схема сборки станции:

После сборки, прошивки и запуска на экране станет отображаться влажность и температура. Дисплей покажет:

• тепловой индекс — HiX;
• температуру воздуха — Т (temperature, в градусах);
• влажность — H (Humidity, в процентах).

Используется I2C-дисплей 1602.

Программная часть

Чтобы собранная метеостанция на базе Ардуино заработала, понадобится подходящий скетч.

Программные компоненты

Для работы системы нужно «прошить» Ардуино соответствующей программой. Исходный текст доступен ниже по ссылке, а «залить» его в плату можно через Arduino IDE.

Программный код

Для работы понадобятся скетч Ардуино и библиотеки датчиков. Все они доступны в приложениях к статье.

Пьезоизлучатель

Для звукового оповещение оператора в принципиальную электрическую схему добавим звуковые пьезоизлучатели. Данные элементы обладают оптимальными массогабаритными показателями. Низкая стоимость пьезоизлучателей также делает целесообразным их применение в разрабатываемом устройстве.

Разработка печатной платы метеостанции

Разработанная печатная плата метеостанции представлена на рисунках 2 (верхняя сторона) и 3 (нижняя сторона).

Выполненный сборочный чертеж для изготовления самодельной печатной платы метеостанции представлен на рисунке 4.

Разъем программирования

Для разрабатываемого проекта метеостанции следует предусмотреть возможность обновления программного обеспечения микроконтроллера. Для этого на плате разрабатываемого устройства нужно установить разъём программирования.

Сборка

Процесс сборки начинается с монтажа однорядных разъемов для DHT22 и Arduino:

От вывода DATA к GND припаян резистор на 10 кОм.

Далее монтируется разъем для BMP180 (питаться датчик будет от линии 3.3 В). Компоненты соединяются шиной I2C.

На последнем этапе та же шина соединяется с дисплеем.

Так выглядит домашняя метеостанция в сборе:

Пример вывода информации об атмосферном давлении:

Сенсор давления

Таковым послужит барометрический датчик с интерфейсом I2C BMP180. Он станет контролировать абсолютное значение параметра вокруг себя.  Падение обычно сигнализирует о приближении грозы и наступлении дождя (поскольку им сопутствует область низкого давления), а увеличение, наоборот, говорит о прохождении области низкого давления и наступлении ясной сухой погоды.

Давление всегда зависит от высоты над уровнем моря и погодных условий в зоне измерения. Но в нашем случае измеряется относительное — как если бы метеостанция находилась на уровне моря.

Важно: BMP180 нуждается в свободном доступе к атмосфере, поэтому нельзя помещать его в закрытый корпус. В таком случае считывать давление воздуха он не сможет. Полностью выносить прибор наружу не обязательно — достаточно оставить ему небольшое отверстие для вентиляции. Если оставить сенсор открытым, показания станут сбиваться ветром, поэтому требуется продумать ветрозащиту.

Кроме того, монитор погоды должен быть защищен и от нагрева — воздействие источников тепла исказит показания температуры. Попадание воды также внесет помехи, в конструкции это нужно учесть и предусмотреть защиту.

Еще один важный момент — светочувствительность. Благодаря силикону в конструктиве BMP180 он способен улавливать попадающий через отверстие в корпусе микрочипа свет и нагреваться. Максимально точные измерения потребуют изоляции от окружающего света.

BMP180 соединяется через шину I2C по следующей схеме:

A4 — SDA;

A5 — SCL;

3.3V — VCC;

GND — GND.

Станция с датчиком давления

Следующая модель будет уметь определять:

• влажность и температуру;
• уровень высоты;
• атмосферное давление.

Схема на датчике dht11

Выбор этого средства измерения температуры/влажности обусловлен его популярностью, дешевизной и надежностью — такой набор характеристик делает датчик отличным вариантом для домашнего проекта. DHT11 состоит из:

• определяющего влажность резистора;
• измеряющего температуру термистора.

Информация с выходов датчика идет на контроллер, в нашем случае это Ардуино.

Сенсор имеет следующие характеристики:

• рабочее напряжение — 3–5 В;
• питание — от источника в 2.5 мА;
• диапазон измерения влажности окружающей среды — 20–80% с погрешностью в 5%;
• диапазон измеряемых температур — 0–50 °С с погрешностью в 2%;
• частота измерений — раз в секунду;
• габариты — 15 на 15.15 на 5.5 мм.

На корпусе имеются четыре выхода, благодаря чему можно подключать сенсор к различным измерительным приборам. В домашней схеме будут использоваться лишь три:

Важно отметить, что подключать 5–10 кОм резистор на выход DATA необходимости нет. Иногда этот элемент встречается в других проектах, но в нашем случае он избыточен — плата уже несет на себе необходимый резистор.

В продаже встречаются и датчики DHT11 по отдельности, и в составе готового модуля. Рекомендуется найти последний вариант — он удобнее. В разных модулях внешний вид и конфигурация выходов могут различаться, но принцип везде одинаков, следует лишь обращать внимание на распиновку.

Схема питания разработанной метеостанции

Питание метеостанции осуществляется от источника 12В. Данное напряжение поступает на разъем питания XS2 (PJ-037AH). С разъема XS2 напряжение 12B поступает на входы стабилизаторов DA1(L78L05ABUTR) и DA2(L78L33ABUTR).

Стабилизатор напряжения DA1 запитывает всю схему метеостанции, включая микроконтроллер DD1.

Стабилизатор DA2 служит для питания датчика давления и высоты B2 (HP206C).

Требования, предъявляемые к разрабатываемому устройству

Устройство метеостанции должно удовлетворять следующим требованиям:

• обладать достаточной степенью надежности;
• иметь малые габаритные размеры, сохраняя при этом высокую функциональность;
• сохранять автономность работы длительный промежуток времени;
• обеспечивать сбор, обработку, хранение и передачу информации;
• встраиваемость в бортовые системы;
• возможность расширения функционала.

Управление исполнительными устройствами

Для расширения функционала разрабатываемой метеостанции в принципиальную электрическую схему добавлено реле HFD3. Две контактные группы которого подключены к клеммным колодкам X1 и X2. Это дает возможность управлять внешними исполнительными устройствами, подключенными к данным клеммникам.

Индикация режима работы реле отображается светодиодным индикатором HL1.

Управление разработанной метеостанцией

Осуществляется с помощью кнопок.

Внешний сброс активируется, если на входе «MCLR» в течение 1,5 мкс удерживается логический ноль. Для этого используется кнопка SB1. На данный вывод микроконтроллера приходят также сигналы от разъема «ICSP». Поэтому контакты кнопки SB1 при программировании должны всегда находиться в разомкнутом состоянии.

Управление и навигация метеостанцией осуществляется блоком кнопок SB2…SB5.

Устройства индикации

Получаемая и хранимая в памяти МК информация может отображаться:

• семисегментных индикаторов;
• жидкокристаллических дисплеев;
• другими специализированными устройствами.

Свой выбор средств отображения информации останавливаем на жидкокристаллическом дисплее. Выбранный ЖКИ позволяет получить необходимый объём информации при удовлетворительных показателях цены, габаритов и энергоёмкости.

Функции

Разработанное учебное устройство метеостанции должно иметь возможность измерения и индикации следующих параметров:

• температуры;
• влажности;
• давления;
• высоты.

Кроме того, для учебного проекта метеостанции было решено задействовать звуковое и световое оповещение.

Заключение

Мы рассмотрели несколько примеров несложных приборов на Ардуино. Простота и доступность платформы и компонентов позволяет своими руками собрать функциональную и недорогую метеостанцию, которая справится и с задачами измерений дома/на даче, и с более серьезными вызовами, вплоть до научных исследований.

Подведение итогов

Разработанная метеостанция должна реализовывать заданный цикл регистрации, обработки и вывода информации. Данные должны быть представлены в числовой и графической форме, удобной для восприятия оператором.

Очевидно, что для выполнения поставленных задач следует использовать микропроцессорную систему.  Для этого в проекте метеостанции необходимо примененить микроконтроллер.

Так как в отличие от устройств, собранных на традиционной элементной базе, устройства с применением микроконтроллеров:

• проще;
• надежнее;
• не требуют регулировки;
• выигрывают по размерам.

Кроме того, появляется возможность по добавлению новых потребительских функций и возможностей. Что также является немаловажным фактором, говорящим в пользу микроконтроллера.

Выводы по разработке метеостанции

По результатам разработки проекта метеостанции был сделан ряд выводов. При следующей модификации разработанного устройства было решено внести следующие изменения в конструкцию:

• добавить дополнительный литиевый источник питания;

Введение данного изменения в схему повысит автономность работы спроектированной метеостанции. Например, при перебоях и неисправностях питающей бортовой сети.

• заменить два светодиода аварийного режима – RGB модулем;
• расширить возможности управления исполнительными устройствами, задействовав больше линий микроконтроллера;
• улучшить эргономику;
• добавить в слой шелкографии подписи кнопок и светодиодных индикаторов.

Всё это необходимым сделать после отладки работы печатной платы и проведения испытаний метеостанции.