مرصد داخلي بسيط: 9 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

سيوضح لك هذا المشروع كيفية إنشاء مرصد بسيط باستخدام بعض أجهزة الاستشعار الموجودة والتي يسهل الحصول عليها. في الواقع ، لقد قمت ببناء هذا لأحد طلابي. يرغب الطالب في معرفة كيفية تأثير ضوء الشمس على درجة حرارة الغرفة ورطوبتها. الكميات الفيزيائية المهتمة بهذا المشروع هي (1) شدة الضوء ، (2) الرطوبة ، (3) درجة الحرارة و (4) ضغط الهواء. باستخدام هذه المعلومات ، ستكون قادرًا على إنشاء أنظمة أو أجهزة أخرى للتحكم في مكيف الهواء أو المرطب أو السخان لتهيئة بيئة غرفة مريحة.

الخطوة الأولى: تجهيز المستشعرات

يمكنك بناء الدائرة باستخدام المستشعرات التالية أو ببساطة شراء لوحات الوحدة الخاصة بهذه المستشعرات أو لوحة الوحدة النمطية.

1. مستشعر الضوء المحيط TEMT6000 (ورقة بيانات PDF)

2. الضغط ودرجة الحرارة BMP085 أو BMP180 (* هما منتجان قديمان ، قد تحتاج إلى إيجاد بدائل أخرى) (وثيقة تعليمية من Adafruit)

3. مستشعر درجة الحرارة والرطوبة DHT11 (وثيقة تعليمية من Adafruit)

4. مستشعر الضوء فوق البنفسجي GUVA-S12SD (ورقة بيانات PDF)

لاستخدامات المستشعرات ، أرفقت بعض الروابط المرجعية. قد تجد بعض البرامج التعليمية والمراجع المفيدة على الإنترنت.

الخطوة الثانية: تجهيز المعالج الرئيسي

لقد اخترت لوحة Arduino Uno لاختبار النظام والترميز. ومع ذلك ، وجدت أن atmega328P لا يحتوي على ذاكرة كافية لتخزين وتشغيل الكود إذا تمت إضافة المزيد من أجهزة الاستشعار. وبالتالي ، أوصي بأنه يمكنك استخدام لوحة atmega2560 Arduino عندما تحتاج إلى أكثر من 4 أجهزة استشعار.

وحدة تحكم صغيرة (MCU):

· لوحة Atmega328P لاردوينو

· أو لوح Atmega2560 لاردوينو

الخطوة الثالثة: تجهيز النظام

أود قياس بعض الخصائص الفيزيائية في الهواء الطلق وداخل المباني. أخيرًا ، قمت بتوصيل المستشعرات التالية بلوحة Atmega2560.

بيئة داخلية:

1. الضغط ودرجة الحرارة BMP180 × 1 قطعة

2. جهاز استشعار درجة الحرارة والرطوبة DHT11 × 1 قطعة

البيئة الخارجية:

1. جهاز استشعار الضوء المحيط TEMT6000 × 1 قطعة

2. الضغط ودرجة الحرارة BMP085 × 1 قطعة

3. مستشعر درجة الحرارة والرطوبة DHT11 × 1 قطعة

4. جهاز استشعار ضوء الأشعة فوق البنفسجية GUVA-S12SD × 1 قطعة

قد تجد أنني استخدمت مستشعرات مختلفة لقياس الضغط. هذا فقط لأنني لا أملك لوحة وحدة BMP180 عندما كنت أقوم ببناء الدائرة. أوصي بضرورة استخدام نفس المستشعرات إذا كنت بحاجة إلى قياس دقيق ومقارنة عادلة.

الخطوة 4: تجهيز تسجيل البيانات

بالإضافة إلى ذلك ، أود أن يقوم الجهاز بتخزين البيانات دون الاتصال بجهاز كمبيوتر. أضفت وحدة تسجيل بيانات بساعة الوقت الحقيقي. فيما يلي البنود الخاصة بتسجيل البيانات وتوصيل الأسلاك.

· بطاقة الذاكرة

· بطارية عملة CR1220

· وحدة تسجيل البيانات لاردوينو (وثيقة تعلم من Adafruit)

الخطوة 5: تجهيز الأدوات

فيما يلي بعض الأدوات أو الأجهزة التي قد تكون ضرورية لبناء الدائرة.

• أداة التفاف 30AWG
• لحام حديد
• سلك لحام (بدون سلك)
• اللوح
• رؤوس 2.54 مم
• أسلاك العبور
• أسلاك التغليف (30AWG)
• الغراء الساخن
• الطباعة ثلاثية الأبعاد (إذا كنت بحاجة إلى غلاف لجهازك)
• Arduino IDE (نحتاج إلى هذا لبرمجة لوحة تحكم Micro)

الخطوة 6: إعادة ضبط DS1307 Real Time Clock (RTC) على وحدة تسجيل البيانات

أود استخدام البيانات للتجربة العلمية. وبالتالي ، فإن وقت القياس الصحيح مهم لتحليل البيانات. قد يؤدي استخدام وظيفة delay () في البرمجة إلى حدوث خطأ في القياس في إزاحة الوقت. على العكس من ذلك ، لا أعرف كيفية إجراء قياس دقيق للوقت الفعلي على منصة Arduino فقط. لتجنب خطأ وقت أخذ العينات أو تقليل خطأ القياس ، أود أن آخذ كل عينة قياس مع سجل زمني. لحسن الحظ ، تحتوي وحدة تسجيل البيانات على ساعة في الوقت الفعلي (RTC). يمكننا استخدامه لإخراج الوقت لأخذ عينات البيانات.

لاستخدام RTC ، أتبع التعليمات (الرابط) لإعادة تعيين RTC. أوصي بالقيام بذلك باستخدام لوحة Arduino Uno أولاً. ذلك لأنه يتعين عليك تعديل الدائرة عند استخدام لوحة Atmega2560 (اتصال I2C مختلف). بعد تعيين RTC ، يجب ألا تقوم بإزالة بطارية cr1220. في غضون ذلك ، يرجى التحقق من حالة البطارية قبل تسجيل البيانات.

الخطوة 7: الاتصال

لقد فصلت القياس الداخلي والخارجي. وبالتالي ، فقد صنعت رأسين لربط مجموعتين مختلفتين من أجهزة الاستشعار. لقد استخدمت المساحة الفارغة في وحدة تسجيل البيانات لتركيب الرؤوس. لإكمال اتصال الدائرة ، أستخدم كل من اللحام واللف. عملية التغليف نظيفة وسهلة الاستخدام ، في حين أن مفصل اللحام قوي ومضمون. يمكنك اختيار طريقة مريحة لبناء الدائرة. إذا كنت تستخدم لوحة Atmega2560 ، فتأكد من أنك قد قمت ببناء اتصال القفز لدبابيس SDA و SCL. يجب إعادة توصيل اتصال RTC على درع تسجيل البيانات.

لتوصيل المستشعرات ، قمت بلحام الرؤوس على وحدات المستشعر ثم استخدمت غلافًا سلكيًا لربط جميع المستشعرات بالرؤوس. عند استخدام وحدات استشعار الخروج ، أوصيك بفحص جهد التشغيل بعناية. تقبل بعض وحدات الاستشعار كلاً من مدخلات 5V و 3.3 V ، لكن بعضها مقيد لاستخدام إما 5V أو 3.3V فقط. يوضح الجدول التالي وحدات المستشعر المستخدمة وجهد التشغيل.

طاولة. وحدة الاستشعار والجهد التشغيلي

الخطوة 8: برمجة MCU

لحسن الحظ ، يمكنني العثور على أمثلة تطبيقية لجميع المستشعرات. إذا كنت جديدًا في استخدامها ، فيمكنك تنزيلها على الإنترنت أو يمكنك تثبيتها باستخدام مدير المكتبة في Arduino IDE.

لقد قمت ببرمجة إخراج النظام سلسلة لكل عينة. سيتم إخراج السلسلة وتخزينها في بطاقة SD المثبتة. إذا كنت بحاجة إلى عرض البيانات ، فقم بإيقاف تشغيل الجهاز ثم قم بإلغاء تحميل بطاقة SD. بعد ذلك ، يمكنك تركيب بطاقة SD على قارئ البطاقات. سيتم تخزين الملف كملف csv. بمجرد تنزيل ملف البيانات على الكمبيوتر ، يمكنك عرضه بواسطة برنامج نصي أو برنامج ورقة عمل.

(يمكنك تنزيل الكود المصدري في الملف المرفق).

الخطوة 9: اختبرها واستخدمها

من المهم أن تفهم معنى البيانات. تردد أخذ العينات هو أحد المعلمات الهامة. الفاصل الزمني للقياس الحالي هو 1 دقيقة ، قد تحتاج إلى تغييره.

بالإضافة إلى ذلك ، ستجد أن مقياس درجة حرارة DHT11 غير دقيق. إذا كنت بحاجة إلى قيمة أكثر دقة ، يمكنك فقط استخدام قراءة درجة الحرارة لمستشعرات ضغط BMP.

شكرا لقراءة هذا!