محطة الطقس مع تسجيل البيانات: 7 خطوات (بالصور)

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

سأوضح لك في هذا الدليل كيفية إنشاء نظام محطة الطقس بنفسك. كل ما تحتاجه هو المعرفة الأساسية في الإلكترونيات والبرمجة وقليل من الوقت.

هذا المشروع لا يزال في طور التكوين. هذا هو الجزء الأول فقط. سيتم تحميل الترقيات في الشهر أو الشهرين القادمين.

إذا كان لديك أي أسئلة أو مشاكل ، يمكنك الاتصال بي على بريدي الإلكتروني: [email protected]. المكونات المقدمة من DFRobot

فلنبدأ

الخطوة 1: المواد

يمكن شراء جميع المواد اللازمة لهذا المشروع تقريبًا من المتجر الإلكتروني: DFRobot

لهذا المشروع سوف نحتاج:

- طقم محطة الطقس

- بطاقة SD اردوينو

-بطاقة الذاكرة

- مدير الطاقة الشمسية

-5V 1A لوحة شمسية

-بعض روابط الكابلات النايلون

- طقم التركيب

-عرض شاشات الكريستال السائل

- اللوح

- بطاريات ليثيوم أيون (استخدمت بطاريات سانيو 3.7 فولت 2250 مللي أمبير في الساعة)

-مربع وصلات بلاستيك مقاوم للماء

-بعض الاسلاك

-مقاومات (2 × 10 كيلو أوم)

الخطوة 2: الوحدات

بالنسبة لهذا المشروع ، استخدمت وحدتين مختلفتين.

مدير الطاقة الشمسية

يمكن تزويد هذه الوحدة بمصدرين مختلفين ، بطارية 3.7 فولت ، لوحة شمسية 4.5 فولت - 6 فولت أو كابل USB.

لها نواتج مختلفة. مخرج USB 5 فولت يمكن استخدامه لتزويد Arduino أو بعض وحدات التحكم الأخرى ودبابيس 5 فولت لتشغيل وحدات وأجهزة استشعار مختلفة.

تحديد:

• جهد إدخال الطاقة الشمسية (SOLAR IN): 4.5V ~ 6V
• مدخلات البطارية (BAT IN): 3.7 فولت أحادي الخلية ليثيوم بوليمر / ليثيوم أيون
• BatteryCharge Current (USB / SOLAR IN): 900mA أقصى شحن هزيل ، تيار ثابت ، جهد ثابت ثلاث مراحل شحن
• جهد قطع الشحن (USB / مدخل الطاقة الشمسية): 4.2V ± 1٪
• مزود الطاقة المنظم: 5V 1A
• كفاءة إمداد الطاقة المنظمة (3.7 فولت BAT IN): تحميل 86٪ @ 50٪
• كفاءة شحن USB / الطاقة الشمسية: 73٪@3.7V 900mA BAT IN

وحدة SD

هذه الوحدة متوافقة تمامًا مع Arduino. يسمح لك بإضافة مساحة تخزين كبيرة وتسجيل البيانات إلى مشروعك.

لقد استخدمته لجمع البيانات من محطة الطقس باستخدام بطاقة SD سعة 16 جيجابايت.

تحديد:

• لوحة تكسير لبطاقة SD القياسية وبطاقة Micro SD (TF)
• يحتوي على مفتاح لتحديد فتحة بطاقة الفلاش
• يجلس مباشرة على Arduino
• تستخدم أيضًا مع متحكمات أخرى

الخطوة 3: مجموعة محطة الطقس

المكون الرئيسي لهذا المشروع هو طقم محطة الطقس. يتم تشغيله بجهد 5 فولت من Arduino أو يمكنك أيضًا استخدام مصدر خارجي 5 فولت.

لديها 4 دبابيس (5V ، GND ، TX ، RX). يستخدم منفذ بيانات TXD 9600 بت في الثانية.

تتكون مجموعة محطة الطقس من:

• مقياس شدة الريح
• دوارة الرياح
• دلو المطر
• مجلس الاستشعار
• مسمار من الفولاذ المقاوم للصدأ (30 سم) (11.81 بوصة)
• حزمة المكونات

يمكن استخدامه لقياس:

• سرعة الرياح
• اتجاه الرياح
• كمية الأمطار

يحتوي على مستشعر الرطوبة ودرجة الحرارة الذي يمكنه أيضًا قياس الضغط الجوي.

يمكن لمقياس شدة الريح قياس سرعة الرياح حتى 25 م / ث. يتم عرض اتجاه الرياح بالدرجات.

يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول هذه المجموعة ونموذج التعليمات البرمجية على: DFRobot wiki

الخطوة 4: كيفية تجميع مجموعة أدوات محطة الطقس

يعد تجميع هذه المجموعة أمرًا سهلاً للغاية ولكن لمزيد من المعلومات حول التجميع ، شاهد برنامجًا تعليميًا حول كيفية تجميع هذه المجموعة.

البرنامج التعليمي: كيفية تجميع عدة محطة الطقس

الخطوة الخامسة: التوريد والإسكان

بطارية:

بالنسبة لهذا المشروع ، استخدمت بطاريات ليثيوم أيون 3.7 فولت. لقد صنعت حزمة بطارية من 5x من هذه البطاريات. تحتوي كل بطارية على حوالي 2250 مللي أمبير في الساعة ، لذا فإن حزمة 5x تعطي حوالي 11250 مللي أمبير في الساعة عند الاتصال بالتوازي.

الاتصال: كما ذكرت ، قمت بتوصيل البطاريات بالتوازي ، لأنك بالتوازي تحافظ على الجهد الأصلي ولكنك تكتسب سعة بطارية أكبر. على سبيل المثال: إذا كان لديك بطاريتان 3.7V 2000 mAh وقمت بتوصيلهما بالتوازي ، فستحصل على 3.7V و 4000 mAh.

إذا كنت ترغب في تحقيق جهد أكبر ، فأنت بحاجة إلى توصيلها في سلسلة. على سبيل المثال: إذا قمت بتوصيل بطاريتين 3.7 فولت 2000 مللي أمبير في الساعة ، فستحصل على 7 و 4 فولت و 2000 مللي أمبير في الساعة.

الألواح الشمسية:

لقد استخدمت لوحة شمسية 5V 1A. هذه اللوحة لديها حوالي 5 واط كحد أقصى من الطاقة الناتجة. يرتفع الجهد الناتج إلى 6V. عندما اختبرت اللوحة في طقس غائم ، كان جهد الخرج حوالي 5.8-5.9 فولت.

ولكن إذا كنت ترغب في إمداد محطة الطقس هذه بالطاقة الشمسية بالكامل ، فأنت بحاجة إلى إضافة لوح شمسي واحد أو اثنين وبطارية حمض الرصاص أو أي شيء آخر لتخزين الطاقة وتزويد المحطة عند عدم وجود الشمس.

السكن:

لا يبدو أن السكن هو أحد أهم أجزاء هذا النظام ، لأنه يحمي المكونات الحيوية من العناصر الخارجية.

لذلك اخترت صندوق تقاطع بلاستيكي مقاوم للماء. إنها كبيرة بما يكفي لتناسب جميع المكونات بالداخل. حوالي 19x15 سم.

الخطوة 6: الأسلاك والكود

اردوينو:

جميع المكونات متصلة بـ Arduino.

وحدة SD:

• 5 فولت -> 5 فولت
• GND -> GND
• MOSI -> دبوس رقمي 9
• MISO -> دبوس رقمي 11
• SCK -> دبوس رقمي 12
• SS -> رقم التعريف الشخصي 10

مجلس محطة الطقس:

• 5 فولت -> 5 فولت
• GND -> GND
• TX -> RX على Arduino
• RX -> TX على Arduino

حزمة البطارية متصلة مباشرة بمدير الطاقة (مدخل بطارية 3.7 فولت). لقد أجريت أيضًا اتصالًا من البطارية إلى الدبوس التناظري A0 على Arduino لمراقبة الجهد.

يتم توصيل الألواح الشمسية مباشرة بهذا النموذج (المدخلات الشمسية). الألواح الشمسية متصلة أيضًا بمقسم الجهد. يتم توصيل خرج مقسم الجهد بالدبوس التمثيلي A1 على Arduino.

لقد قمت أيضًا بإجراء اتصال حتى تتمكن من توصيل شاشة LCD عليها للتحقق من الجهد. لذا فإن شاشة LCD متصلة بـ 5V و GND و SDA من LCD تنتقل إلى SDA على Arduino ونفس الشيء مع دبوس SCK.

يتم توصيل Arduino بوحدة إدارة الطاقة باستخدام كابل USB.

الشفرة:

يمكن العثور على رمز محطة الطقس هذه على موقع DFRobot wiki. لقد أرفقت أيضًا الكود الخاص بي بجميع الترقيات.

-إذا كنت ترغب في الحصول على اتجاه الرياح الصحيح لموضعك ، فأنت بحاجة إلى تغيير قيم الانحطاط يدويًا في البرنامج.

لذلك يتم تخزين جميع البيانات في ملف txt يسمى test. يمكنك إعادة تسمية هذا الملف إذا كنت تريد. أنا أكتب جميع القيم الممكنة من محطة الطقس كما أنه يكتب في جهد البطارية والجهد الشمسي. حتى تستطيع أن ترى كيف يتم استهلاك البطارية.

الخطوة السابعة: قياس الجهد والاختبار

كنت بحاجة إلى مراقبة الجهد على البطارية واللوحة الشمسية لمشروعي.

لمراقبة الجهد على البطارية ، استخدمت دبوسًا تمثيليًا. لقد قمت بتوصيل + من البطارية إلى الدبوس التناظري A0 و- من البطارية إلى GND على Arduino. في البرنامج ، استخدمت وظيفة "analogRead" و "lcd.print ()" لعرض قيمة الجهد على شاشة LCD. تظهر الصورة الثالثة الجهد على البطارية. قمت بقياسها باستخدام Arduino وأيضًا باستخدام مقياس متعدد حتى أتمكن من مقارنة القيمة. كان الفرق بين هاتين القيمتين حوالي 0.04 فولت.

لأن جهد الخرج من الألواح الشمسية أكبر من 5 فولت ، فأنا أحتاج لعمل مقسم للجهد. يمكن أن يستغرق الإدخال التناظري جهد إدخال 5 فولت كحد أقصى. لقد صنعتها بمقاومين 10 كيلو أوم. باستخدام اثنين من المقاومين بقيمة متساوية ، يقسم الجهد إلى النصف تمامًا. لذلك إذا قمت بتوصيل 5 فولت ، سيكون جهد الخرج حوالي 2.5 فولت. يوجد مقسم الجهد في الصورة الأولى. كان الفرق بين قيمة الجهد على شاشة LCD وعلى المتر المتعدد حوالي 0.1-0.2 فولت

تعادل خرج مقسم الجهد: Vout = (Vcc * R2) / R1 + R2

اختبارات

عندما قمت بتوصيل كل شيء معًا وحزم كل المكونات في السكن ، كنت بحاجة إلى إجراء اختبار خارجي. لذلك أخرجت محطة الطقس في الخارج لأرى كيف ستعمل في ظروف خارجية حقيقية. كان الغرض الرئيسي من هذا الاختبار هو معرفة كيفية عمل البطاريات أو مقدار تفريغها أثناء هذا الاختبار. أثناء الاختبار كانت درجة الحرارة الخارجية حوالي 1 درجة مئوية في الخارج وحوالي 4 درجات مئوية داخل الغلاف.

انخفض جهد البطارية من 3.58 إلى حوالي 3.47 في خمس ساعات.