Cách xây dựng máy đo gió của riêng bạn bằng công tắc sậy, cảm biến hiệu ứng Hall và một số mẩu tin lưu niệm trên Nodemcu. - Phần 1 - Phần cứng: 8 bước (có Hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Giới thiệu

Kể từ khi tôi bắt đầu với các nghiên cứu về Arduino và Văn hóa nhà sản xuất, tôi đã thích chế tạo các thiết bị hữu ích bằng cách sử dụng các mảnh vụn và mảnh vụn như nắp chai, mảnh PVC, lon nước uống, v.v. Tôi thích mang lại cuộc sống thứ hai cho bất kỳ thiết bị nào hoặc bất kỳ vật liệu. Một phần lớn vật liệu được sử dụng ở đây là phế liệu được lấy ra từ một số thiết bị và được tái chế

Khi tôi bắt đầu một dự án về một trạm thời tiết cho riêng mình, tôi nhận ra rằng việc đo cường độ và hướng của gió sẽ không dễ dàng hoặc rẻ tiền. Sau vài tháng, tôi trình bày với các bạn dự án này sử dụng chủ yếu là vật liệu tái chế và các bộ phận điện tử rất rẻ, dễ dàng tìm thấy ở bất kỳ cửa hàng điện tử nào.

Bài này có 2 phần.

Phần 1 - Cấu tạo của thiết bị Máy đo gió và Hướng cánh gió.

Phần 2 - Bản phác thảo sử dụng Arduino IDE cho Esp8266 Nodemcu và truyền tới ThingSpeak.

Xem video để biết giải pháp cuối cùng.

Cách tạo Anemometer của riêng bạn bằng cách sử dụng Cảm biến Hiệu ứng Hall và Công tắc Reed

Mô tả dự án

Máy đo gió là một thiết bị có khả năng đo tốc độ gió và hướng của nó. Sử dụng cảm biến Hiệu ứng Hall, chúng tôi sẽ có thể đếm số vòng quay mà cốc tạo ra trong một khoảng thời gian. Cường độ của gió tỷ lệ thuận với tốc độ quay của trục. Với một số phương trình vật lý đơn giản, bạn có thể xác định vận tốc tuyến tính của gió tại thời điểm đó. Chúng tôi sẽ giải thích tất cả chúng trong phần 2.

Và hướng gió chúng ta sẽ đo thông qua kính chắn gió có gắn nam châm neodymium và các công tắc sậy. Cánh hướng gió hướng theo hướng gió và nam châm gắn vào nó sẽ kết nối các công tắc sậy cho phép dòng điện đi qua kết nối (hoặc các kết nối). Các mạch có dòng điện dương cho biết hướng gió, giống như la bàn.

Chúng ta có 8 mạch sẽ mô phỏng 16 hướng: 4 điểm chính và 4 điểm phụ khi 1 công tắc được kích hoạt (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW) và khi 2 công tắc được kích hoạt đồng thời, chúng ta có 8 điểm phụ. điểm (NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW).

Tốc độ và hướng gió sẽ được tính toán và xác định bằng bản phác thảo trong nút. Nhưng điều này sẽ được giải thích trong phần 2. Bây giờ chúng ta hãy đến phần lắp ráp phần cứng.

Khước từ trách nhiệm: Máy đo gió này không nên được sử dụng cho các mục đích chuyên nghiệp. Nó chỉ dành cho học tập hoặc sử dụng tại nhà.

Lưu ý: Tiếng Anh không phải là ngôn ngữ tự nhiên của tôi. Nếu bạn tìm thấy lỗi ngữ pháp khiến bạn không hiểu được dự án, vui lòng cho tôi biết để sửa chúng. Cảm ơn nhiều.

Bước 1: Hóa đơn nguyên vật liệu

Cánh gió

8 x Công tắc Reed

Điện trở 8 x 10 k ohms

Ống nhựa PVC 10 cm

2 nắp PVC đường kính 5 cm

1 nắp PVC đường kính 2,5 cm

1 Bộ ghép kênh tương tự CD4051

1 đĩa nhựa

20 x 20 mảnh nhựa mạnh mẽ

1 nam châm Neodymium (Kích thước của nam châm phải cho phép hai công tắc được kết nối đồng thời. Của tôi là 0,5 x 0,5 cm và nó đang hoạt động tốt.)

10 dây màu khác nhau

1 PCB chung

1 ổ bi có cùng đường kính của các ống nhôm

1 ống nhôm khoảng 20 cm

1 ống nhôm khoảng 10 cm

1 kẹp ống

Khối lượng Epoxy

Keo tức thì - cyanoacrylate và sodium bicarbonate

Máy đo gió

2 quả bóng bàn

4 thanh gỗ hoặc nhôm khoảng 12 cm

1 ổ bi

1 ống nhôm khoảng 5 cm

3 đoạn dây màu sắc khác nhau

1 cảm biến hội trường SS49E

1 nam châm neodymium

Epoxy Mass và Keo tức thì - cyanoacrylate và sodium bicarbonate

2 vòi nhựa có đường kính khoảng 3 x 5 cm

1 nắp PVC và ống PVC 5 cm

1 nắp PVC đường kính 2,5 cm

• Nodemcu
• Vỏ nhựa cho các dự án điện tử
• Sắt hàn
• 1 ống PVC dài khoảng 2 mét và đầu nối PVC "T"
• 1 PVC 90 độ kết nối
• Nguồn điện 5V (tôi đang sử dụng bảng điều khiển năng lượng mặt trời)

Bước 2: Lắp ráp Cánh gió Rosetta

Công tắc và điện trở Reed gắn trên PCB

Cắt PCB thông thường dưới dạng một hình tròn có đường kính nhỏ hơn một chút so với PVC CAP vì khi nó sẵn sàng, nó sẽ vừa vặn với nó.

Uốn cong chân của công tắc sậy 90 độ để lắp chúng vào PCB cẩn thận để không làm vỡ kính bảo vệ. Vật lý tưởng cách kính 3 mm. Lắp từng công tắc sậy theo sơ đồ. Đánh số mỗi thứ từ 0 đến 7 như sơ đồ. Việc xác định đúng sẽ rất quan trọng khi kết nối các thiết bị đầu cuối với bộ ghép kênh. Sử dụng mỏ hàn để hàn chúng trên tấm.

Định vị mỗi điện trở như sơ đồ trong đó một trong các đầu cuối được hàn vào một trong các đầu cuối của công tắc sậy và đầu kia sẽ là chung cho tất cả các điện trở, được đặt ở trung tâm của PCB.

Hàn cáp đồng kết nối tất cả các thiết bị đầu cuối bên ngoài của công tắc sậy, để lại hai đầu cuối không kết nối. Giống như một chiếc nhẫn. Thứ tự hàn không quan trọng.

Tại điểm giao nhau của mỗi điện trở và dây hàn chuyển đổi bằng cây sậy của mỗi màu. Chúng khác nhau 8 điểm. Hàn một dây màu đỏ vào vòng đồng của các công tắc sậy làm cực dương và một dây màu đen vào đường giao nhau của tất cả các điện trở ở trung tâm của "rosetta", là cực âm.

Nhìn vào sơ đồ và lưu ý đánh số của cáp để kết nối với bộ ghép kênh.

Kiểm tra các kết nối trước khi lắp ráp

Trước khi tiến hành lắp ráp, tôi khuyên bạn nên kiểm tra các kết nối. Sử dụng đèn LED, pin 18650 bất kỳ 3,7 V, nam châm neodymium và dây cáp có móng vuốt cá sấu. Kết nối pin với các cực VCC và GND và cáp cá sấu trong GND với đầu còn lại ở cực âm của led (sử dụng đầu màu xanh lam không cần điện trở). Kết nối cáp khác với cực dương của đèn led và cáp khác với mỗi cáp kết nối với các công tắc. Bây giờ đưa nam châm qua mép ngoài của công tắc được kết nối. Nếu đèn led sáng lên là ok. Nếu nó không bật, hãy kiểm tra các mối hàn. Để kiểm tra đồng thời hai kết nối, hãy sử dụng đồng thời một dây cáp khác và một con led khác. Khi đi qua nam châm giữa hai công tắc, hai đèn LED sẽ sáng. Điều cần thiết là cả hai đèn LED sáng cùng một lúc để tín hiệu điện có thể đại diện cho các điểm phụ của la bàn như ENE, ESE, SSW, NNW, v.v.

Bước 3: Kết nối đến và từ Bộ ghép kênh CD4051

Bộ ghép kênh tương tự CD4051

Bộ ghép kênh là các mạch tổ hợp với một số đầu vào và đầu ra dữ liệu đơn lẻ. Chúng được trang bị các đầu vào điều khiển có khả năng chọn một và chỉ một trong số các đầu vào dữ liệu để cho phép truyền của chúng từ đầu vào đã chọn đến đầu ra nói trên.

Nếu bạn không biết hoạt động của CD4051, tôi khuyên bạn nên đọc biểu dữ liệu mà bạn có thể tìm thấy trên web. Tóm lại, 4051 có 8 đầu vào tương tự được đánh số từ 0 đến 7, 3 và các chân A, B và C kết hợp với nhau cho phép đọc các đầu vào và xác định đầu ra tương tự nào đang được kết nối. Ở mỗi lần đọc, phần mềm sẽ phân tích kết nối nào có dòng điện dương và sẽ chỉ ra hướng gió tương ứng. Điều này sẽ được giải thích chi tiết trong phần 2 của bài viết. Nhìn vào sơ đồ để biết cách rosetta được kết nối với bộ ghép kênh.

Kết nối với Nodemcu

Chúng tôi sẽ cần 8 dây cáp để kết nối Nodemcu. Xem sơ đồ.

1 cặp dây dương (đỏ) và dây nối đất (đen) cung cấp dòng điện cho rosetta

1 cặp cáp dương (đỏ) và cáp nối đất (đen) cung cấp dòng điện cho CD4051

1 cáp cho đầu ra analog A0 (xám)

1 cáp cho đầu vào kỹ thuật số của chân A = D5 (xanh lam)

1 cáp cho đầu vào kỹ thuật số của chân B = D4 (màu xanh lá cây)

1 cáp cho đầu vào kỹ thuật số của chân C = D3 (màu vàng)

Tôi đã sử dụng cáp điện thoại 10 dây với nhiều màu sắc khác nhau để tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp ráp cuối cùng.

Xác định từng loại cáp với địa chỉ tương ứng của chúng để tạo điều kiện cho việc lắp ráp cuối cùng.

Bước 4: Gắn mọi thứ vào chân đế PVC

Gắn kết hỗ trợ

Lấy CAP có đường kính 5 cm của PVC, một đoạn ống PVC và CAP có đường kính 2,5 cm và dán tất cả chúng bằng keo tức thì theo hình ảnh. Bạn cũng có thể tạo một lỗ bằng đường kính của ống để cải thiện kết nối giữa các mảnh. Sau khi tất cả các miếng được dán, hãy bôi thêm keo lên các cạnh đã dán của mỗi miếng và ngay lập tức phủ một lớp muối nở lên. Khi keo khô bạn sẽ có độ cứng rất tốt.

Bạn cũng nên dán silicone vào cạnh của NẮP sẽ cho phép bịt kín sự kết hợp giữa 2 NẮP và tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp rosetta. Hãy để chúng khô trước khi tiếp tục.

Cẩn thận lắp rosetta đã được gắn trên miếng đỡ và nó vừa khít với cạnh của NẮP. Hãy nhớ rằng chúng tôi sẽ gắn một CAP thứ hai ở trên này. Nhìn vào bức ảnh với giải pháp cuối cùng. Và hãy xác định từng loại cáp để tạo điều kiện kết nối với nút bấm.

Bước 5: Gắn cánh gạt

Gắn kết cấu của cánh gạt

Tạo một con trỏ bằng khối lượng epoxy với hình dạng như trong hình. Khi nó khô thích hợp, cân mảnh và lưu lại giá trị.

Lấy miếng nhựa và cắt đối xứng cho phần sau của cánh gió làm nhiệm vụ dẫn gió. Cân cũng và lưu giá trị.

Lấy một trong các ống nhôm và dán con trỏ và cánh gió bằng keo tức thì với tất cả các mảnh được xếp ở giữa. Làm tương tự như bạn đã làm trước đó với baking soda để tăng độ cứng của từng bộ phận được dán.

Lấy ống nhôm thứ hai và xác định vị trí nó sẽ bị kẹt trong ống kia. Để duy trì trạng thái cân bằng của mảnh, khoảng cách bởi trọng lượng của lưng phải bằng khoảng cách bởi trọng lượng của con trỏ. (Xem các phép tính được hiển thị trong sơ đồ.) Các phép đo khoảng cách nên được thực hiện nhiều hơn hoặc ít hơn đến khối tâm của mỗi mảnh. Sử dụng keo và muối nở tức thì.

Tạo một lỗ ở tâm của nắp bằng đường kính của ổ bi. Dùng keo dán ngay trên nắp hộp. Điều quan trọng là chọn ổ bi có cùng đường kính trong của ống nhôm thẳng đứng của cánh gạt.

Cuối cùng, lấy chiếc đĩa nhựa có đường kính xấp xỉ 4,5 cm và dán một miếng kim loại nhỏ lên mép. Xem ảnh Bằng cách này, bạn sẽ có thể "dính" nam châm neodymium và điều chỉnh nó khi bạn hiệu chỉnh thiết bị. Nó có thể được di chuyển theo nhiều hướng để đoán kết quả của các phép đo.

Định vị đĩa nhựa có phần kim loại bị kẹt cùng chiều với con trỏ ống nhôm nằm ngang. Điều này rất quan trọng để nam châm chỉ ra cùng hướng với cánh gạt.

Để thuận tiện cho việc lắp ráp cuối cùng của máy đo gió và căn chỉnh phía bắc của cánh gió với vị trí địa lý phía bắc, hãy in một bông hoa hồng và dán trên nắp trên cùng của CAP. Đĩa sẽ bị kẹt trong ống nhôm, nhưng trước tiên, bạn hãy lắp ống nhôm vào ổ bi rồi lắp ống nhôm vào đĩa. Điều chỉnh độ cao sao cho khoảng cách giữa nam châm và cạnh của nắp là từ 1 đến 1,5 cm. Điều đó phải đủ để nam châm kết nối chính xác công tắc sậy. Dán đĩa bằng keo tức thì và canxi bicacbonat theo chiều ngang càng tốt.

Gắn hai mảnh bằng cách hướng gió tăng về phía bắc thẳng hàng với công tắc số 0 (đại diện cho phương bắc) và dùng kẹp để ghép chúng lại. Không sử dụng keo vì bạn sẽ phải lắp và cân chỉnh nhiều lần trước khi hoàn toàn sẵn sàng.

Nhìn vào các bức ảnh để xem giải pháp cuối cùng.

Bước 6: Định tiếng cho máy đo gió

Gắn kết hỗ trợ

Lấy 2 nắp nhựa và dán bằng keo liền. Khoan 4 lỗ trên nắp như trong sơ đồ. Dán đũa gỗ hoặc nhôm vào mỗi lỗ. Cắt 2 quả bóng bàn ở giữa và dán mỗi quả vào các đầu của que, tất cả đều có phần lõm cho cùng một phía. Các phép đo gần đúng được thể hiện trong sơ đồ.

Tạo một lỗ ở trung tâm của CAP 2,5 cm bằng đường kính của ổ bi. Dùng keo dán ngay trên nắp hộp. Sử dụng baking soda cũng rất cẩn thận.

Đưa ống nhôm vào ổ bi ở độ cao tương thích (xem ảnh). Nếu nó không được điều chỉnh đúng cách, hãy nhỏ một giọt keo cẩn thận.

Gắn mô-đun hội trường

Ở cạnh của CAP, tạo một lỗ nhỏ để đi qua đầu của cảm biến Hall.

Dán nam châm neodymium vào mặt bên của các nắp nhựa theo hình ảnh.

Sử dụng 3 dây màu khác nhau để kết nối mô-đun cảm biến.

Lắp mô-đun Hall và hướng cảm biến đối diện với nam châm ở khoảng cách từ 2 đến 4 mm. Kiểm tra xem trục quay có chạm vào nam châm với cảm biến không.

Sử dụng pin 3,7 V để kiểm tra xem mô-đun có phản ứng với sự tiếp cận của nam châm hay không bằng cách xoay đèn led đến từng điểm tiếp xúc. Nếu đèn led bật sáng, mọi thứ đều ổn. Nếu không, hãy di chuyển cảm biến đến gần nam châm hơn cho đến khi đèn LED bật sáng.

Nếu mọi thứ đều ổn, hãy cố định mô-đun vào giá đỡ bằng cách sử dụng một giọt keo.

Cuối cùng, đầu que còn lại sẽ được dán vào nắp nhựa cùng với keo liền và baking soda, điều chỉnh độ cao chính xác.

Xác định các dây

Xác định tất cả các loại cáp - VCC, GND và Tín hiệu - để tạo điều kiện kết nối với nút bấm.

Bước 7: Kết hợp tất cả lại với nhau

Bây giờ bạn có thể gắn hai thiết bị với nhau bằng cách sử dụng kết nối "T" và một đoạn ống PVC như trong ảnh. Không sử dụng keo vì nếu cần điều chỉnh hoặc bảo dưỡng sẽ không thể thực hiện được. Tôi tạo những lỗ nhỏ và sử dụng đinh vít để giữ chặt chúng. Luồn dây cáp của 2 thiết bị qua ống, vì máy đo gió sẽ được lắp trên nóc nhà nên tôi cũng đã làm dây cáp dài 3m để kết nối nó với nút bấm sẽ được lắp trong nhà.

Bước 8: Kết nối Nodemcu và cài đặt

Các sơ đồ hiển thị kết nối chính xác của từng cáp. Để kiểm tra hoạt động, tôi đã sử dụng màn hình OLED 0,96 để đọc các phép đo và xác minh rằng chúng chính xác, hãy kết nối OLED theo cách này:

D1 - SCL

D2 - SDA

VCC và GND

Để lắp đặt trên trần nhà, sự cẩn thận duy nhất là giữ toàn bộ thiết bị ở mức chính xác. Đối với điều đó, sử dụng một mức độ bong bóng và nhiều ốc vít lớn. Và đừng quên xác định vị trí phía bắc của máy đo gió cho phía bắc địa lý của la bàn của bạn. Nếu không, hướng gió sẽ không tương ứng với thực tế.

Và đó là tất cả. Trong bài đăng tiếp theo, tôi sẽ giải thích bản phác thảo được tải trong gật đầu bằng cách sử dụng Arduino IDE.

Nếu bạn có bất kỳ nghi ngờ, đừng ngần ngại liên hệ với tôi.

Trân trọng

Giải thưởng lớn trong Thử thách IoT