محطة أرصاد جوية منخفضة الطاقة: 6 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

الآن في نسخته الثالثة وبعد اختباره لأكثر من عامين ، تمت ترقية محطة الطقس الخاصة بي للحصول على أداء منخفض للطاقة وموثوقية نقل البيانات.

استهلاك الطاقة - ليست مشكلة في الأشهر بخلاف ديسمبر ويناير ، ولكن في هذه الأشهر المظلمة للغاية ، لم تتمكن الألواح الشمسية ، على الرغم من تصنيفها عند 40 وات ، من مواكبة طلب النظام … وجاء معظم الطلب من وحدة 2G FONA GPRS التي تنقل البيانات مباشرة إلى الشبكات الداخلية.

كانت المشكلة التالية مع وحدة FONA GPRS نفسها ، أو على الأرجح شبكة الهاتف الخلوي. سيعمل الجهاز بشكل مثالي لأسابيع / أشهر ، لكنه يتوقف فجأة دون سبب واضح. من الواضح أن الشبكة تحاول إرسال نوع من "معلومات تحديث النظام" والتي ، إذا لم يتم قبولها ، تؤدي إلى فصل الجهاز عن الشبكة ، لذا فإن GPRS ليست حلاً خاليًا من الصيانة لنقل البيانات. إنه لأمر مخز لأنه عندما نجح ، كان يعمل بشكل جيد حقًا.

تستخدم هذه الترقية بروتوكول LoRa منخفض الطاقة لإرسال البيانات إلى خادم Raspberry Pi المحلي ، والذي سيرسلها بعد ذلك إلى الشبكات الداخلية. بهذه الطريقة ، يمكن أن تكون محطة الطقس نفسها منخفضة الطاقة على لوحة شمسية وجزء "الرفع الثقيل" من العملية ، يتم إجراؤه في مكان ما داخل نطاق WIFI على الطاقة الرئيسية. بالطبع ، إذا كان لديك بوابة LoRa عامة داخل النطاق ، فلن يكون Raspberry Pi مطلوبًا.

يعد بناء محطة الطقس PCB أمرًا سهلاً حيث أن مكونات SMD كلها كبيرة جدًا (1206) وكل شيء على PCB يعمل بنسبة 100 ٪. بعض المكونات ، وهي أدوات الرياح ، غالية الثمن للغاية ولكن يمكن العثور عليها في بعض الأحيان من جهة ثانية على موقع Ebay.

الخطوة 1: المكونات

Arduino MKR1300 LORAWAN ……………………………………………………………………. 1 من

Raspberry Pi (اختياري يعتمد على توفر بوابة LoRa المحلية) …………… 1 من

BME280 للضغط والرطوبة ودرجة الحرارة والارتفاع …………………………….. 1 من

موصل RJ 25 477-387 …………………………………………………………………………………… 1 من

L7S505 ……………………………………………………………………………………………………………. 1 من

Beeper 754-2053 ……………………………………… 1 من

شوتكي ديود (1206) ……………………………………. 2 من

ترميم R1K …………………………………………… 3 من

المقاوم R4.7K ……………………………………… 1 من

مكثف C100nF …………………………….. 3 من

R100K ……………………………………………………… 1 من

R10K ……………………………………………….. 4 من

C1uF ………………………………………………………… 1 من

C0.33uF …………………………………………………… 1 من

R100 …………………………………………….. 1 من

R0 ………………………………………………….. 1 من

مسبار درجة حرارة دالاس DS18B20 ………… 1 من

PCB …………………………………………………………………… 1 من

مقياس المطر ……………………………………………. 1 من

مسبار التربة ………………………………………………………… … 1 من (انظر الخطوة 6 لمسبار DIY)

مقياس شدة A100LK ………………………….. 1 من

W200P ريشة الريح ………………………………….. 1 من

الخطوة 2: كيف يعمل

من السهل بدرجة كافية تشغيل أجهزة الاستشعار لأشياء مثل درجة الحرارة والرطوبة والضغط ، لكن البعض الآخر صعب للغاية ، على الرغم من تضمين كل الكود في هذه المدونة.

1. مقياس المطر على "مقاطعة" ويعمل عند اكتشاف تغيير. يدخل المطر الجهاز ويقطر لأسفل على الكرسي الهزاز الذي يتصاعد بمجرد امتلاء أحد طرفيه ، مما يؤدي إلى تشغيل مستشعر مغناطيسي مرتين أثناء مروره. يحظى مستشعر المطر بالأولوية على كل شيء ويعمل حتى في حالة نقل البيانات.

2. يعمل مقياس شدة الريح عن طريق إرسال نبضة منخفضة الطاقة ، يعتمد ترددها على سرعتها. من السهل جدًا كتابة التعليمات البرمجية واستخدام القليل جدًا من الطاقة على الرغم من أنها تحتاج إلى تسجيل حوالي مرة واحدة كل ثانية للقبض على أشد العواصف. يحتفظ الكود بملاحظة جارية لمتوسط سرعة الرياح والعاصفة القصوى أثناء جلسة التسجيل.

3. على الرغم من أنه في البداية سيكون من السهل كتابة رمز ريشة الرياح ، إلا أنه بمجرد استكشاف التعقيدات ، يكون الأمر أكثر تعقيدًا. في جوهره ، إنه مجرد مقياس جهد منخفض جدًا لعزم الدوران ، ولكن مشكلة الحصول على قراءات منه تتفاقم بسبب حقيقة أنه يحتوي على "منطقة ميتة" قصيرة حول الاتجاه الشمالي. يحتاج إلى مقاومات ومكثفات سحب لأسفل لمنع القراءات الغريبة بالقرب من الشمال والتي تسبب بعد ذلك عدم خطية في القراءات. أيضًا ، نظرًا لأن القراءات قطبية ، فإن متوسط الحسابات العادية غير ممكن ، وبالتالي يجب حساب الوضع الأكثر تعقيدًا والذي يتضمن إنشاء مجموعة ضخمة من حوالي 360 رقمًا! …. وهذه ليست نهاية الأمر…. يجب إيلاء اعتبار خاص فيما يتعلق بالرباع الذي يشير إليه المستشعر كما لو كان في الربع على جانبي الشمال ، يجب التعامل مع الوضع بشكل مختلف.

4. رطوبة التربة عبارة عن مجس موصلية بسيط ، ولكن لتوفير الطاقة ومنع التآكل ، فإنه ينبض بسرعة كبيرة باستخدام أحد دبابيس Arduino الرقمية الاحتياطية.

5. يرسل النظام البيانات من Arduino إلى Raspberry Pi (أو بوابة LoRa) ولكنه يحتاج أيضًا إلى "معاودة الاتصال" من المتلقي لتأكيد أنه قد استقبل البيانات بالفعل بشكل صحيح قبل إعادة تعيين جميع العدادات والمتوسطات المختلفة وأخذ مجموعة جديدة من القراءات. قد تستغرق كل جلسة تسجيل حوالي 5 دقائق ، وبعد ذلك يحاول Arduino إرسال البيانات. في حالة تلف البيانات أو عدم وجود اتصال بالإنترنت ، يتم تمديد جلسة التسجيل حتى تشير معاودة الاتصال إلى نجاحها. وبهذه الطريقة ، لن يتم تفويت أي قياس للرياح أو المطر.

6. على الرغم من أنه خارج نطاق هذه المدونة ، مرة واحدة في خادم الإنترنت (إنه كمبيوتر كبير موجود في Ipswich ، المملكة المتحدة) ، يتم بعد ذلك تجميع البيانات في قاعدة بيانات MySQL والتي يمكن الوصول إليها باستخدام نصوص PHP بسيطة. يمكن للمستخدم النهائي أيضًا رؤية البيانات المعروضة بأرقام ورسوم بيانية رائعة بفضل برنامج Java الخاص من قبل Amcharts. ثم يمكن رؤية "النتيجة النهائية" هنا:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

الخطوة 3: الملفات

يتم تسجيل جميع ملفات أكواد Arduino و Raspberry Pi وملف إنشاء PCB على برنامج 'Design Spark' في مستودع Github هنا:

github.com/paddygoat/Weather-Station

الخطوة 4: ملء ثنائي الفينيل متعدد الكلور

لا يلزم الاستنسل لحام مكونات SMD - ما عليك سوى وضع القليل من اللحام على وسادات PCB ووضع المكونات ببعض الملاقط. المكونات كبيرة بما يكفي للقيام بكل شيء بالعين ولا يهم ما إذا كان اللحام يبدو فوضويًا أو كانت المكونات بعيدة قليلاً عن المركز.

ضع ثنائي الفينيل متعدد الكلور في فرن محمصة وتسخينه إلى 240 درجة مئوية باستخدام مسبار ميزان الحرارة من النوع K لمراقبة درجات الحرارة. انتظر لمدة 30 ثانية على 240 درجة ثم أطفئ الفرن وافتح الباب لتحرير الحرارة.

الآن يمكن لحام بقية المكونات يدويًا.

إذا كنت ترغب في شراء PCB ، فقم بتنزيل ملفات gerber المضغوطة من هنا:

github.com/paddygoat/Weather-Station/blob/master/PCB/Gerbers_Weather٪20station٪203_Tx_01.zip

وتحميلها على JLC هنا:

حدد حجم اللوحة 100 × 100 مم واستخدم جميع الإعدادات الافتراضية. التكلفة 2 دولار + رسوم بريدية لـ 10 لوحات.

الخطوة 5: النشر

تم نشر محطة الطقس في وسط حقل مع وجود أدوات الرياح على عمود طويل مزود بكابلات تثبيت. تفاصيل النشر متوفرة هنا:

www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat …

الخطوة 6: العمل السابق

هذه التعليمات هي أحدث مرحلة في مشروع مستمر له تاريخ تطوير في سبعة مشاريع أخرى سابقة:

www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat …

www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat …

www.instructables.com/id/Setting-Up-an-A10…

www.instructables.com/id/Analogue-Sensors-…

www.instructables.com/id/Analogue-Wind-Van…

www.instructables.com/id/Arduino-Soil-Prob…

www.instructables.com/id/Arduino-GPRS-Weat …