Главная » LED автолампы » Лазерный анемометр своими руками. Анемометры сделанные своими руками (для детей подготовительной группы). Схема подключения анемометра

Лазерный анемометр своими руками. Анемометры сделанные своими руками (для детей подготовительной группы). Схема подключения анемометра

Метеостанция построена на Picaxe микроконтроллере от Revolution Education Ltd и состоит из двух основных частей: наружный блок, который посылает свои данные каждые 2 секунды, используя передатчик на частоте 433МГц. И внутренний блок, который отображает полученные данные на 20 х 4 ЖК-дисплее, а также атмосферное давление, которое измеряется локально во внутреннем блоке.

Я пытался сохранить дизайн максимально простым и в то же время функциональным. Связь устройства с компьютером осуществляется через COM-порт. В настоящее время на компьютере непрерывно строятся графики из полученных значений, а также идет отображение значений на обычных индикаторах. Графики и показания датчиков доступны на встроенном веб-сервере, все данные сохранятся и т.о. можно посмотреть данные за любой промежуток времени.

Постройка метеостанции заняло несколько месяцев, от разработки до завершения, и в целом я очень доволен результатом. Я особенно рад, что мне удалось построить все с нуля при помощи обычных инструментов. Меня она полностью устраивает, но совершенству предела нет, и особенно это касается графического интерфейса. Я не предпринял никаких попыток коммерциализации метеостанции, но если вы думаете о создании метеостанции для себя, то это хороший выбор.

Уличные датчики

Датчики используются для измерения температуры, влажности, осадков, направления и скорости ветра. Датчики представляют собой сочетание механических и электронных устройств.

Датчик температуры и относительной влажности воздуха

Измерение температуры, пожалуй, проще всего. Для это используется датчик DS18B20. Для измерения влажности был использован HIH-3610, выдающий напряжение 0.8 - 3.9В при влажности 0% до 100%

Я установил оба датчика на небольшой печатной плате. Плата установлена внутри самодельного корпуса, который предотвращает воздействие дождя и других внешних факторов.

Упрощенный код для каждого из датчиков приведен ниже. Более точный код, который считывает значения с точностью до одной десятой, показан на сайте Питера Андерсона . Его код используется в окончательном варианте метеостанции.

Датчик температуры обеспечивает точность ± 0.5 °C. Датчик влажности обеспечивает точность до ± 2%, так что это не очень важно, сколько знаков доступно после запятой!

Пример участка из программного обеспечения, работающего на ПК.

Температура

Main: readtemp B.6, b1 ; read value into b1 if b1 > 127 then neg ; test for negative sertxd (#b1, cr, lf) ; transmit value to PE terminal pause 5000 goto main neg: b1 = b1 - 128 ; adjust neg value sertxt ("-") ; transmit negative symbol sertxt (#b1, cr, lf) ; transmit value to PE terminal pause 5000 goto main

Влажность

Main: readadc B.7,b1 ; read humidity value b1 = b1 - 41 * 100 / 157 ; change to %RH sertxd (#b1, "%", cr, lf) pause 5000 ; wait 5 seconds goto main

Расчет показаний датчика влажности

Расчеты взяты из документации датчика Honeywell HIH-3610. На графике показывана стандартная зависимость при 0 °C.

Напряжение с датчика измеряется на входе АЦП (B.7) микроконтроллера Picaxe 18M2. В коде, показанном выше, значение, которое представлено в виде числа от 0 до 255 (т.е. 256 значений), хранится в переменной b1.

Наша схема питается от 5В, так что каждый шаг АЦП равен:
5/256 = 0.0195 В.

На графике видно начально значение АЦП 0.8 В:
0.8 / 0.0195 = 41

Взяв значения из графика, наклон графика (с учетом смещения) примерно:
Напряжение выхода / % относительной влажности или
(2.65 - 0.8) / 60 = 0.0308 В в% RH
(В документации 0.0306)

Рассчитаем кол-во шагов АЦП на 1% влажности:
(В на % RH) / (шаг АЦП)
0.0308 / 0.0195 = 1.57

% RH = значение с АЦП - смещение АЦП / (шаги АЦП в % RH), или
% RH = значение с АЦП - 41 / 1.57

Итоговая формула расчет для микроконтроллера будет выглядеть: % RH = значение с АЦП - 41 * 100/157

Защитный корпус

Начните с разрезания каждой панели на две части. Планки на одной части будут крепко прикреплены с двух сторон, а на второй части только с одной стороны. Не выбрасывайте эти части - они используются.

К целым частям прикрепите два деревянных бруска 20мм х 20мм сверху и с низу, и прикрутите к ним другие части.

Обрежьте одну из частей с одной целой стороной по размеру и приклейте ее к внутренней стороне одной из сторон. Убедитесь, что планки приклеены так, что образуют вместе "^" форму. Сделайте так со всеми сторонами.

Измеритель скорости и направления ветра

Механическая часть

Датчики скорости и направления ветра представляют собой сочетание механических и электронных компонентов. Механическая часть идентична для обеих датчиков.

12мм вставка из фанеры (marine ply) находится между трубой из ПВХ и диском из нержавеющей стали в верхнем конце трубы. Подшипник приклеен к диску из нержавеющей стали и удерживается нержавеющей пластиной.

Как только все будет полностью собрано и настроено, открытые места герметизируются герметиком для водонепроницаемости.

Остальные три отверстия на фотографии предназначены для лопастей. Лопасти длиной 80 мм дают радиус поворота 95мм. Чашки 50 мм в диаметре. Для них я использовал обрезанные флаконы от одеколона, которые имеют почти сферическую форму. Я не уверен в их надёжности, поэтому сделал их легкозаменяемыми.

Электронная часть

Электроника для датчика скорости ветра состоит только из транзисторного ключа, фотодиода и двух резисторов. Они монтируются на небольшой круглой ПП диаметром 32мм. Они установлены в трубе свободно, чтобы влага в случае её попадания стекала вниз не задевая электронику.

Анемометр - один из трех датчиков, который необходимо откалибровать (два других – счетчик осадков и датчик атмосферного давления)

Фотодиод обеспечивает два импульса за один оборот. В простой «последовательной» системе, к которой я стремился (все датчик опрашиваются поочередно), должен быть компромисс между длиной времени, затрачиваемого на опрос каждого датчика (в данном случае, подсчет импульсов) и отзывчивость системы в целом. В идеале, на полный цикла опроса всех датчиков должно уйти не более 2-3 секунд.

На фото выше проверка датчика при помощью мотора с регулируемыми оборотами.

; LCD-specific commands shown in blue hsersetup B9600_4, %10000 ; Use LCD Pin 1, no hserin hserout 0, (13) : pause 100 ; Initialize LCD hserout 0, (13) : pause 100 hserout 0, (13) : pause 100 pause 500 hserout 0, ("ac1", 13) ; Clear display pause 50 hserout 0, ("acc", 13) hserout 0, ("ac81", 13, "adcount: ", 13) ; Print the headings pause 10 hserout 0, ("ac95", 13, "adpulsin: ", 13) ; Print the headings pause 10 do count C.2, 1000, w0 ; Count the pulses (two per rev) w1 = 0 for b8 = 1 to 2 ; Measure pulse length twice pulsin C.2, 1, w2 ; per rev and... w1 = w1 + w2 next w1 = w1 / 2 ; ...calculate average hserout 0, ("ac89", 13, "ad ", #w0, " ", 13) ;Print the count value hserout 0, ("ac9d", 13, "ad ", #w1, " ", 13) ;Print the pulse-length value pause 100 loop

Я хотел откалибровать его при движении на автомобиле, но на это не было времени. Я живу в относительно плоской местности с аэропортом в нескольких километрах рядом, поэтому я калибровал датчик, сравнивая мои показания скорости ветра с показаниями аэропорта.

Если бы мы имели 100% КПД и лопасти вертелись-бы со скоростью ветра, то:
Радиус ротора = 3.75"
Диаметр ротора = 7.5" = 0.625 фута
Длина окружности ротора = 1.9642 фута

1 фут/мин = 0.0113636 м/ч,
1.9642 фут/мин = 1 об = 0.02232 м/ч
1 м/ч = 1 / 0.02232 об

1 м/ч = 44.8 об
? м/ч = об / 44.8
= (об/мин * 60) / 44.8

Поскольку за поворот выходит два импульса
? м/ч = (импульсов в секунду * 30) / 44.8
= (импульсов в секунду) / 448

Датчик направления ветра - механическая часть

В датчике направления ветра, вместо алюминиевой пластины используется магнит, а вместо оптоэлектронного узла - специальная микросхема AS5040 (магнитный энкодер).

На фото ниже показан 5мм магнит, установленный на торце центрального винта. Выравнивание магнита относительно микросхемы очень важно. Магнит должен быть точно по центру на высоте около 1мм над микросхемой. Как только все будет точно выровнено, датчик будет работать правильно.

Датчик направления ветра - электронная часть

Существуют различные схемы для измерения направления ветра. В основном они состоят либо из 8 герконов расположенных под углом 45 градусов с интервалом вращающегося магнита или потенциометра который может полностью проворачиваться.

Оба метода имеют свои преимущества и недостатки. Основным преимуществом является то, что они оба просты в реализации. Недостатком является то, что они подлежат износу - особенно потенциометры. Альтернативой использованию герконов будет использовать датчика Холла для решения механического износа, но они по-прежнему ограничиваются 8 различными позициями... В идеале, я хотел бы попробовать что-то другое и в конечном счете решил о - поворотном магнитном датчике IC. Хотя это устройство для поверхностного монтажа (которого я стараюсь избегать), оно имеет ряд преимуществ, которые делают ее использование привлекательным!

Он имеет несколько различных форматов вывода, два из которых наиболее подходит для нашей цели. Наилучшая точность достигается с помощью SSI интерфейса. AS5040 выдает импульсы длиной от 1 мкс при 0° и до 1024 мкс при 359,6°

Проверка калибровки датчика направления ветра:

Do readadc10 B.3, w0 ;Read from AS5040 magnetic bearing pause 100 w0 = w0 * 64 / 182 ; Convert to 0 - 360 (degrees) debug ; Display in Prog/Edit debug window loop

Измеритель уровня осадков

Насколько это возможно, я сделал дождемер из пластика и нержавеющей стали, основание сделано из алюминия толщиной 3 мм для жесткости.

В измерителе уровня осадков есть две ведерка. Каждое ведерко вмещает до 6 мл воды до его смещения центра тяжести, которое заставляет его вылить воду в ёмкость и подать сигнал на датчик. Когда ведро опрокидывается, алюминий флаг проходит через оптический датчик, посылающий сигнал на электронику наружного блока.

На данный момент, я оставил его с прозрачными стенками (потому что интересно наблюдать это работает!). Но я подозреваю, что нужно покрасить его белой краской, чтобы отражать тепло летом, во избежание испарения. Я не мог найти маленькую воронку, поэтому пришлось сделать её самому. Обратите внимание на проволоку внутри воронки и по центру желоба. Это поможет остановить поверхностное натяжение воды в воронке и помогает капать воде. Без проволоки, дождь имел бы тенденцию к "водовороту", и его траектория была-бы непредсказуемой

Оптодатчики крупным планом:

Электронная часть дождемера

Из-за случайного характера работы датчика, программное прерывание в микроконтроллере наружного блока, казалось, логичный подход. К сожалению, некоторые команды программы, отключают механизм прерываний в то время, как они выполняются, т.о. есть вероятность, что сигнал придет в никуда. По этим причинам, дождемер имеет собственный микроконтроллер 08М Picaxe.

Использование отдельного чипа позволяет использовать его для создания достаточно точной 1-часовой задержки для того, чтобы считать ведра в час.

Калибровка

Picaxe 18м2 получает текущее количество ведерок в час и выводит его на дисплей и компьютер.

В качестве отправной точки, я использую следующие данные:
Воронка диаметров 120мм и емкость площадью 11,311мм2
1 мм дождя = 11,311мм3 или 11,3 мл.
Каждое ведро это 5,65 мл. Таким образом, 2 ведра 2 х 5,65 = 11,3 мл (или 1 мм) осадков. Одно ведро = 0,5 мм осадков.

Для сверки, я купил дешевый стакан для измерения осадков.

Для вышеприведенной схемы и схемы 08М Picaxe для датчика используется одна и та же топология печатной платы. Устройство питается от аккумулятора 12V 7Ah через стабилизатор 7805.
Я использовал набор RF Connect kit для беспроводной связи на 433 МГц. Комплект содержит пару специально запрограммированных PIC контроллеров. Комплект беспроводных модулей в ходе испытаний зарекомендовал себя как достаточно надежный.

На ПП установлен 08М Picaxe и 18м2. Каждый из них имеет свой собственный разъем программирования. Отдельные разъемы, каждый со своим +5 В, предназначены для каждого датчика - за исключением температуры и влажности.

Обратите внимание, что я нарисовал чертёж в Paintshop Pro поэтому я не могу гарантировать точность расстояния между выводами.

Внутренний блок

Во внутреннем блоке используетя 18м2 Picaxe, датчик давления и ЖК-дисплей. Также есть стабилизатор напряжения 5В.

Датчик давления

После нескольких неудачных попыток, я остановился на MPX4115A. Хотя другие датчики имеют диапазон измерения немного больше, они труднодоступны. Кроме того, другие датчики, как правило, работают от 3,3В и требуют дополнительный стабилизатор. MPX4115A выдает аналоговое напряжение от 3,79 и до 4,25В пропорционально давлению. Хотя это почти достаточное разрешение для обнаружения 1 мбар изменения давления, после некоторого обсуждения на форуме, я добавил АЦП MCP3422. Он может работать в 16-битном режиме (или выше) по сравнению с 10-битном режиме Picaxe. MCP3422 может быть связан (как в нашей схеме) в дифференциальный режим с аналоговым входом от датчика. Основным преимуществом является то, что это позволяет корректировать выход датчика, тем самым легко компенсировать ошибки MPX4115A и обеспечить простой способ калибровки датчика.

MPC3422 на самом деле имеет два дифференциальных входа, но так-как один не используется они замкнуты. Выход из MCP3422 имеет интерфейс I2C и соединяется с SDA и SCL контактам на 18м2 Picaxe – выводы B.1 и B.4 соответственно. С моей точки зрения, единственный недостаток в использовании MCP3422 том, что это небольшое устройство для поверхностного монтажа, но я его припаял к адаптеру. В дополнение к I2C интерфейсу MCP3422 18м2 просто обрабатывает поступающие данные из 433МГц беспроводной приемник, выводит данные на дисплей и передает данные на ПК. Для того чтобы избежать ошибок внутреннего блока когда компьютер не работает, нет никаких ответов от ПК. Внутренний блок передает данные и идет дальше. Он передает данные приблизительно в 2-секундным интервалом, чтобы потери данных быстро компенсировались следующий раз. Я использовал незадействованные порты на 18м2 для подключения кнопки на передней панели. Переключатель S1 (вход С.5) используется для включения подсветки ЖК-дисплея. Переключатель S2 (вход C.0) сбрасывает значение давления (мбар) на ЖК-дисплее. Переключатель S3 (вход C.1) переключает осадки отображаемые на ЖК-дисплее между общим в предыдущий час и текущими. Кнопки необходимо удерживать более 1 секунды для их реакции.

Сборка внутреннего блока

Как и в печатной плате для наружного блока, я нарисовал макет вручную с помощью Paintshop Pro, так что в расстояниях могут быть ошибки

Плата немного больше, чем это необходимо, чтобы вписаться в пазы в алюминиевом корпусе.
Я сознательно сделал разъем для программирования немного "внутрь" от края платы, чтобы предотвратить его прикосновение к корпусу. Вырез для ЖК-дисплея производится высверливание и подгонкой до точных размеров.

На фото показано всё уже установленное в корпус.

Штырьки на плате делают сложным её установку в корпус, поэтому мне пришлось отпаять их и припаять дисплей к плате проводами.

Внешний блок - код Picaxe

; ================================================================== ; Main 18M2 code for the Picaxe Weather Station Outdoor (Transmitter) Unit ; Decimal precision Humidity & Temperature routines, ; copyright, Peter H Anderson, Baltimore, MD, Jan, "04 ; ; ================================================================== #Picaxe 18M2 Symbol HValue = w0 Symbol HighWord = w1 Symbol LowWord = w2 Symbol RH10 = w3 Symbol HQuotient = b0 Symbol HFract = b1 Symbol X = b0 Symbol aDig = b1 Symbol TFactor = b2 Symbol Tc = b3 Symbol SignBit = b4 Symbol TValue = w4 Symbol TQuotient = b10 Symbol TFract = b11 Symbol TempC_100 = w6 Symbol MagDir = w7 Symbol MagDirLo = b14 Symbol MagDirHi = b15 Symbol WindSpeed = w8 Symbol WindSpeedLo = b16 Symbol WindSpeedHi = b17 Symbol ThisHour = b18 Symbol LastHour = b19 Symbol RainRequest = b20 ; Hardware Symbol HumidRaw = B.7 Symbol TempRaw = B.6 Symbol DirRaw = B.3 Symbol Speed = B.0 do ; Read Humidity ReadADC10 HumidRaw, HValue ;Get Humidity (HValue) HighWord = 1613 ** HValue ; calculate RH LowWord = 1613 * HValue RH10 = LowWord / 1024 LowWord = Highword * 64 RH10 = RH10 + LowWord RH10 = RH10 - 258 pause 100 ; Read temperature Readtemp12 TempRaw, TValue ; Get temperature SignBit = TValue / 256 / 128 if SignBit = 0 then positive ; It"s negative so TValue = TValue ^ $ffff + 1 ; take twos comp positive: TempC_100 = TValue * 6 ; TC = value * 0.0625 TValue = TValue * 25 / 100 TempC_100 = TempC_100 + TValue TQuotient = TempC_100 / 100 TFract = TempC_100 % 100 / 10 X = TQuotient / 10 ; Calculate temperature correction factor for Humidity if SignBit = 0 then SignBit = " " else SignBit = "-" endif if SignBit = "-" then X = 4 - X else X = X + 4 endif GoSub TempCorrection ; compensate RH HQuotient = RH10 / 10 ; Calculate RH Quotient and... HFract = RH10 % 10 ; ...decimal place. if HQuotient > 99 then ; Over range HQuotient = 99 HFract = 9 endif if HQuotient > 127 then ; Under range HQuotient = 0 HFract = 0 endif ; Read AS540 magnetic encoder for wind direction readadc10 DirRaw, MagDir ; Read from AS5040 magnetic bearing pause 100 ; Read rpm from windspeed counter count Speed, 1000, WindSpeed ; Every 30th cycle (approx 1 minute), request rain gauge data from 08M inc RainRequest if RainRequest >= 30 then high C.1 serin , C.0, N2400, ("r"), LastHour, ThisHour ; Rain counters low C.1 RainRequest = 0 endif ; Send data to Indoor Unit in 8 byte blocks ; First group needs no calibration so calculations are done here first. ; Second group will need "tweaking" - more easily done at indoor end. serout C.2, N2400, ("t", SignBit, TQuotient, TFract, HQuotient, HFract, "A", "B") pause 100 serout C.2, N2400, ("m", MagDirHi, MagDirLo, WindSpeedHi, WindSpeedLo, LastHour, ThisHour, "C") loop TempCorrection: Lookup X, (87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 106, 108, 110, 113, 116, 119, 122, 126), TFactor " -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 if TFactor < 100 then aDig = TFactor / 10 RH10 = RH10 * aDig / 10 TFactor = TFactor % 10 aDig = TFactor RH10 = RH10 * aDig / 100 + RH10 else TFactor = TFactor % 100 aDig = TFactor / 10 RH10 = RH10 * aDig / 10 + RH10 TFactor = TFactor % 10 aDig = TFactor RH10 = RH10 * aDig / 100 + RH10 endif return

Использовано памяти = 295 байт из 2048

Счетчик количества осадков - 08M код

#picaxe 08M Symbol ThisHour = b2 ; Store the current sensor count in b2 Symbol LastHour = b3 ; Save the previous hour"s count in b3 ;Hardware definitions Symbol DataRequest = pin3 Symbol BucketSensor = pin4 setint %00010000, %00010000 ; pin4 is interrupt pin main: for w0 = 1 to 60000 ; Loop for 1 hour pause 60 next LastHour = ThisHour ; Update Last hour"s count with ThisHour = 0 ; current hour & reset current hour goto main ; Do the next hour interrupt: setint %00010000, %00010000 ; Re-instate interrupt if DataRequest = 1 then ; Was the interrupt from the 18M2 ? serout 2, N2400, ("r", LastHour, ThisHour) ; Yes, so send previous hour"s count & curent count. do: loop while DataRequest = 1 ; Wait until 18M2 stops requesting before continuing endif if BucketSensor = 1 then ; Was the interrupt from the rain sensor? inc ThisHour ; Yes, so increment bucket-tip count do: loop while BucketSensor = 1 ; Make sure flag has cleared sensor before continuing endif return

Внутренний блок - код Picaxe

;============================================================================ ; Main Indoor (Receiver) Program. ; ; Receives data from outdoor unit, displays on LCD and passes data on to PC ; Also measures the barometric pressure (thanks to "matherp") ;============================================================================ #PICAXE 18M2 ; Variable Definitions (b2 to b5 are re-used for mBar code when they become available) symbol Quotient = b2 symbol Fract = b3 symbol SignBit = b4 symbol Humidity = b5 symbol HFract = b14 symbol Dir = w5 symbol DirLo = b10 symbol DirHi = b11 symbol Speed = w3 symbol SpeedLo = b6 symbol SpeedHi = b7 symbol RainCountThisHour = b12 symbol RainCountLastHour = b13 symbol LCDRainWhole = b21 symbol LCDRainFract = b22 symbol LastOrThis = b23 ; MCP3422 ADC variables symbol mb900 = 17429 ; ADC reading for 900Mbar, then add 72.288 counts per mbar symbol adj0 = 72 symbol mBarADCValue = w0 symbol adj1 = b4 ; used to add 1 count every 4 mbar symbol adj2 = b5 ; used to add 1 count every 24 mbar symbol mBar = w4 ; Housekeeping variables symbol lastmbar = w8 ; Remember previous mBar reading symbol RiseFall = b18 ; Indicator for pressure rising or falling (up arrow or down arrow) symbol active = b19 ; Telltale shows activity on LCD screen symbol LCD_Status = b20 ; Is LCD Backlight on or off (0 or 1)? ; Hardware Definitions symbol Wireless = C.7 ; Incoming connection from Wireless receiver/decoder symbol Computer = C.2 ; Outgoing serial connection to computer symbol LCD = pinC.5 ; Front-panel button to blank / unblank LCD backlight symbol ClearRiseFall = pinC.0 ; Front-panel button to clear pressure "rising / falling" indicator symbol LastOrThisSwitch = pinC.1 ; Front-panel button to display current or previous hour"s rainfall Init: hsersetup B9600_4, %10000 ; Use LCD Pin 1, no hserin ; ByVac 20x4 IASI-2 Serial LCD hi2csetup i2cmaster, %11010000, i2cfast, i2cbyte ; Initialize I2C for MCP3422 ADC chip. hi2cout (%00011000) ; set MCP3422 for 16 bit continuous conversion pause 500 hserout 0, (13) : pause 100 ; Initialize LCD hserout 0, (13) : pause 100 hserout 0, (13) : pause 100 pause 500 hserout 0, ("ac50", 13) hserout 0, ("ad", 32, 32, 32, 32, 49, 42, 36, 32, 13) ; Define down arrow character (char 10) hserout 0, ("ac1", 13) ; Clear display pause 50 hserout 0, ("acc", 13) ; Hide cursor hserout 0, ("ac81", 13, "ad ", $df, "C", 13) ; Print the headings hserout 0, ("ac88", 13, "admBar", 13) hserout 0, ("ac8e", 13, "adRH %", 13) hserout 0, ("acd5", 13, "ad", "dir", 13) ; Print footings hserout 0, ("acdc", 13, "ad", "mph", 13) ; hserout 0, ("ace3", 13, "ad", "mm", 13) lastmbar = 0 ; Initialize variables LastOrThis = "c" ;========================================================================== ; Main Loop ;========================================================================== main: ; Check if a front-panel switch is pressed. The Picaxe interrupt mechanism is ; almost permanently disabled due to the large number of serin and serout commands ; so sprinkling the program with "gosub switches" to check the switch status is more ; effective that interrupts. gosub switches ; Get first group of values from outdoor unit via 433MHz radio link. serin Wireless, N2400, ("t"), SignBit, Quotient, Fract, Humidity, HFract, b15, b15 ; Flash "telltale" on LCD to indicate activity and successful "serin" from wireless. gosub telltale ; Display first group on LCD hserout 0, ("acc0", 13) hserout 0, ("ad", SignBit, #Quotient, ".", #Fract, " ", 13) hserout 0, ("acce", 13) hserout 0, ("ad", #Humidity,".", #HFract, " ", 13) gosub switches ; Send first group to computer COM port ; Each group has a start identifier, data and an end identifier: ; Start = "xS", End is "xE" eg Wind Start is WS, Wind End is WE ; Multiple data are separated by a single space character. serout Computer, N2400, ("TS", SignBit, #Quotient," ", #Fract, "TE") ; Temperature serout Computer, N2400, ("HS", #Humidity, " ", #HFract, "HE") ; Humidity ; Check switches again and at regular intervals throughout program. gosub switches ; Get second group of values from outdoor unit radio link. serin Wireless, N2400, ("m"), DirHi, DirLo, SpeedHi, SpeedLo, RainCountLastHour, RainCountThisHour, b15 gosub telltale Speed = Speed * 300 / 448 ; Estimated conversion from pulses/sec to mph Dir = Dir * 64 / 182 ; Convert 0 - 1023 to 0 - 359 degrees ; To preserve precision, rain gauge has to be calibrated by adjusting the ; mechanical stops on the tipping bucket so that 1 tip is 0.5 mm of rain. if LastOrThis = "c" then ; Decide whether to display previous hour"s LCDRainWhole = RainCountThisHour / 2 ; rainfall or the current hour"s. LCDRainFract = RainCountThisHour * 5 // 10 else LCDRainWhole = RainCountLastHour / 2 ; LCDRainFract = RainCountLastHour * 5 // 10 endif ; Send second group to LCD hserout 0, ("ac95", 13) hserout 0, ("ad", #Dir, " ", 13) hserout 0, ("ac9c", 13) hserout 0, ("ad", #Speed, " ", 13) hserout 0, ("aca1", 13) hserout 0, ("ad", LastOrThis, " ", #LCDRainWhole, ".", #LCDRainFract, " ", 13) ; Send second group to computer COM port serout Computer, N2400, ("WS", #Dir," ", #Speed, "WE") ; Wind serout Computer, N2400, ("RS", #RainCountLastHour," ", #RainCountThisHour, "RE") ; Rain gosub switches ; Thanks to "matherp" on the Picaxe forum for the mbar code loop: ; Measuring atmosperic pressure with a MPX4115A ; Analogue to digital conversion using a MCP3422 ; MPX output to V+, 2.5V to V- ; ADC in 16 bit mode hi2cin (b1,b0,b2) ; Read in the ADC reading and the status byte from MCP3422 adj1 = 0 adj2 = 0 w1 = mb900 mbar = 900 do while mBarADCValue > w1 ; mBarADCValue = w0 = b1:b0 inc mbar w1 = w1 + adj0 inc adj1 if adj1 = 4 then inc adj2 w1 = w1 + 1 adj1 = 0 endif if adj2 = 6 then w1 = w1 + 1 adj2 = 0 endif loop gosub switches gosub telltale ; Send pressure to computer COM port serout Computer, N2400, ("PS:", #mbar, "PE") ; Initialize previous pressure reading (lastmbar) if not already set if lastmbar = 0 then lastmbar = mbar RiseFall = " " endif ; Display up arrow or down arrow if pressure has changed if mbar > lastmbar then RiseFall = "^" ; ^ lastmbar = mbar endif if mbar < lastmbar then RiseFall = 10 ; Custom LCD character. Down arrow lastmbar = mbar endif hserout 0, ("acc7", 13) hserout 0, ("ad", RiseFall, #mbar, " ",13) gosub telltale goto main ; Check if one of the front panel buttons is pressed. switches: if LCD = 1 then ; LCD Backlight on/off Button is pressed if LCD_Status = 0 then ; Backlight is on so... hserout 0, ("ab0", 13) ; Turn it off LCD_Status = 1 else hserout 0, ("ab1", 13) ; Else turn it on. LCD_Status = 0 endif do: loop while LCD = 1 ; Don"t return while button is pressed endif if ClearRiseFall = 1 then ; Pressure rise/fall button is pressed RiseFall = " " ; Clear indicator and... hserout 0, ("acc7", 13) ; ... update display. hserout 0, ("ad", RiseFall, #mbar, " ",13) do: loop while ClearRiseFall = 1 endif if LastOrThisSwitch = 1 then ; Rain Previous Hour / Last Hour button. if LastOrThis = "c" then LastOrThis = "p" LCDRainWhole = RainCountLastHour / 2 ; Recalculate values and re-display to LCDRainFract = RainCountLastHour * 5 // 10 ; give visual confirmation of button-press else LastorThis = "c" LCDRainWhole = RainCountThisHour / 2 ; LCDRainFract = RainCountThisHour * 5 // 10 endif hserout 0, ("aca1", 13) hserout 0, ("ad", LastOrThis, " ", #LCDRainWhole, ".", #LCDRainFract, " ", 13) do: loop while LastOrThisSwitch = 1 endif return ; Flash "tell-tale" on LCD display to show activity telltale: if active = "*" then active = " " else active = "*" endif hserout 0, ("ac80", 13, "ad", active, 13) return

Использовано памяти = 764 байт из 2048

Программное обеспечение для ПК

Программное обеспечение, работающее на ПК было написано с использованием Borland Delphi 7. Оно довольно примитивно в его нынешнем виде, но это, по крайней мере, показывает связь Picaxe с компьютером.

Графики могут быть выбраны для показа в период 1 час или 12 часов. Графики можно прокручивать вперёд-назад с помощью мышки. Они могут быть сохранены. Для этого необходимо кликнуть по ним правой кнопкой мыши и указать имя и файл значения. Можно настроить ограниченный набор APRS данных, записываемых раз в минуту на одну строку файла APRS.TXT и которые сохраняются в той же папке, где находится Weather.exe. Отмечу, что температура в градусах по Фаренгейту и осадки в 1/100ths на дюйм.

Список радиоэлементов

Тип	Номинал	Количество	Магазин	Мой блокнот
Датчик температуры и относительной влажности воздуха
Датчик температуры	DS18B20	1		В блокнот
Датчик влажности	HIH-3610	1		В блокнот
Резистор	4.7 кОм	1		В блокнот
Измеритель скорости и направления ветра
Фототранзистор	ИК	1		В блокнот
Светодиод	ИК	1		В блокнот
Резистор	220 Ом	1		В блокнот
Резистор	4.7 кОм	1		В блокнот

Магнитный энкодер	1		В блокнот
Электролитический конденсатор	10 мкФ	4		В блокнот
Конденсатор	100 нФ	1		В блокнот
Резистор	4.7 кОм	1		В блокнот
Резистор	10 кОм	1		В блокнот
Измеритель уровня осадков
МК PICAXE	PICAXE-08M	1		В блокнот
Выпрямительный диод	1N4148	2		В блокнот
Конденсатор	100 нФ	1		В блокнот
Резистор	4.7 кОм	1		В блокнот
Резистор	10 кОм	4		В блокнот
Резистор	22 кОм	1		В блокнот
Резистор	220 Ом	2		В блокнот
Светодиод	ИК	1

Анемометром называют прибор, показывающий скорость, с которой движутся воздушные потоки. На сегодняшний день этот прибор в состоянии определять еще и их температуру. Приборы выпускаются промышленностью, но простейшие можно изготовить и самому. Существующие основные виды: анемометр крыльчатый, чашечный и термоанемометр.

Встречаются и другие разновидности данного прибора, но они используются мало и в довольно специфических отраслях.

Вид прибора, называемый крыльчатым

Рассматриваемый ручной анемометр с крыльчаткой порой называют лопастным или вентиляционным, по основной детали, которая похожа на вентилятор. Воздушные массы, попадая на крыльчатку, меняют скорость вращения лопастей. Этим устройством измеряют скорость движения воздуха в трубопроводах и в системах вентиляции. На рисунках показана схема анемометра разных видов. Ветер, попадая на крыльчатку (рисунок «а» №1), приводит в движение зубчатые, которые в свою очередь заставляют работать счетный механизм (рисунок «а» №2).

Виды анемометров

Иногда устройство сравнивают с флюгером, по принципу его работы. Прибор показывает не только скорость ветра, с которой вращается крыльчатка, но и само направление воздушного потока. Это качество, несомненно, является плюсом данного вида анемометра.

Чашечное устройство

Прибор, называемый чашечным ручным анемометром, появился раньше других видов этих приборов. Отличается простотой устройства. Название он получил по виду лопастей крыльчатки, которые напоминают чайные чашки. По скорости их вращения определяется скорость воздушных потоков.

Крыльчатка (рисунок «б» № 1) состоит из четырех лопастей, смотрящих в одну сторону. Счетчик (рисунок «б» №2) спрятан в корпус из пластмассы.

Крыльчатку держит ось из металла, связанная нижним концом со счетчиком. Дужки из крепкой проволоки (рисунок «б» № 3) защищают крыльчатку от механической деформации.

Термоанемометр

Термоанемометр сочетает в себе функции двух устройств

Принцип работы термоанемометра такой же, как и у всех акустических приборов – он измеряет скорость звука, а затем на основании этих данных передает информацию о скорости ветра. Данным прибор является электронным и используется чаще двух первых, к тому же он, работая по принципу акустического термодатчика, показывает температуру воздуха. Это ультразвуковой анемометр и его конструкция достаточно сложна. Поэтому его применяют для контроля микроклимата на рабочих местах в различных промышленных отраслях. В продаже существует много разновидностей портативных цифровых термоанемометров – анемометр тесто и проч.

Кроме трех вышеописанных, выпускается так называемый анемометр ручной индукционный «АРИ-49». В него вмонтирован электрический счетчик (рисунок «в»).

Правила пользования прибором

Пользуются устройством подобным образом: закрепленный на шест прибор поднимают вверх, ориентируя его по ветру. По истечении десяти минут снимают показания. Анемометры с механикой сверяют с поверкой, которая прилагается к устройствам, а индукционные показывает скорость воздушного потока (в метрах на секунду) на циферблате.

Изготовление анемометра своими руками

Приложив немного старания и желания, можно смастерить самодельный анемометр в домашних условиях. Для изготовления устройства понадобится старый видеомагнитофон, вернее, его часть называемая блоком вращения головок. Из него надо удалить все лишнее, оставив каркас из металла вращающейся головки с осью, часть с блоком подшипников и шайбу крепящую двигатель. Устройство будет измерять среднюю и сильную скорость ветра.

Проделываем следующее:

Настройка

Настраивать анемометр лучше по показаниям стандартного. Но за неимением такового можно применить следующий способ. Укрепив прибор к деревянной ручке при движении автомобиля в штиль сверить показания устройства со спидометром машины. Подобрав значение радиуса колеса в миллиметрах, настраиваем прибор.

Подключив установленный вертикально анемометр к велокомпьютеру получаем результаты измерений

Монтаж

Устанавливаем устройство на высокий шест на крышу дома. Рассчитываем, что и в какой последовательности мы будем делать, готовим материалы и инструменты. Модно сделать наметку без устройства, а после его установить. Проводим кабель в дом и включаем прибор. Как он работает можно посмотреть в видео материале.

Таким образом, мы знаем, как сделать анемометр своими руками и что для этого нужно. Неважно, для чего прибор служит – для вентиляции, измерения скорости или температуры. Неважно, каким он является – стационарным, миниатюрным или индукционным. Одно можно сказать точно – он приносит людям пользу.

Появилась задача собрать для одного проекта анемометр, чтобы снимать данные можно было на компьютере по интерфейсу USB. В статье речь пойдет больше о самом анемометре, чем о системе обработки данных с него:

1. Компоненты

Итак, для изготовления изделия понадобились следующие компоненты:

Шариковая мышь Mitsumi - 1 шт.
Мячик для пинг-понга - 2 шт.
Кусок оргстекла подходящего размера
Медная проволока сечением 2,5 мм2 - 3 см
Стержень от шариковой ручки - 1 шт.
Палочка от конфеты чупа-чупс - 1 шт.
Клипса для кабеля - 1 шт.
Полый латунный бочонок 1 шт.

2. Изготовление крыльчатки

К латунному бочонку были припаяны 3 куска медной проволоки длиной 1 см каждый под углом 120 градусов. В отверстие бочонка я припаял стойку из китайского плеера с резьбой на конце.

Трубочку от конфеты разрезал на 3 части длиной около 2 см.

Разрезал пополам 2 шарика и с помощью мелких шурупов из того же плеера и полистирольного клея (клеевым пистолетом) прикрепил половинки шарика к трубочкам от чупа-чупса.

Трубочки с половинками шарика надел на припаянные куски проволоки, сверху все закрепил клеем.

3. Изготовление основной части

Несущим элементом анемометра является металлический стержень от шариковой ручки. В нижнюю часть стержня (куда вставлялась пробка) я вставил диск от мышки (энкодер). В конструкции самой мышки нижняя часть энкодера упиралась в корпус мышки образуя точечный подшипник, там была смазка, поэтому энкодер легко крутился. Но нужно было зафиксировать верхнюю часть стержня, для этого я подобрал подходящий кусок пластика с отверстием точно по диаметру стержня (такой кусок был вырезан из системы выдвигания каретки CD-ROMa). Оставалось решить проблему с тем, чтобы стержень с энкодером не выпадал из точечного подшипника, поэтому на стержне непосредственно перед удерживающим элементом я напаял несколько капель припоя. Таким образом, стержень свободно крутился в удерживающей конструкции, но не выпадал из подшипника.

Причина, по которой была выбрана схема с энкодером, следующая: все статьи о самодельных анемометрах в Интернете описывали их изготовление на базе двигателя постоянного тока от плеера, CD-ROMa или еще какого изделия. Проблема с такими устройствами во первых в их калибровке и малой точности при малой скорости ветра, а во вторых - в нелинейной характеристике скорости ветра по отношению к выходному напряжению, т.е. для передачи информации на компьютер есть определенные проблемы, нужно просчитывать закон изменения напряжения или тока от скорости ветра. При использовании энкодера такой проблемы нет, так как зависимость получается линейной. Точность высочайшая, так как энкодер дает около 50 импульсов на один оборот оси анемометра, но несколько усложняется схема преобразователя, в котором стоит микроконтроллер, считающий количество импульсов в секунду на одном из портов и выдающий это значение в порт USB.

4. Испытания и калибровка

Для калибровки был использован лабораторный анемометр

Весь процесс наглядно виден на роликах:

Спасибо за внимание

Анемометр – это измерительный прибор для определения скорости ветра. Сегодня мы с вами сделаем этот прибор для измерения скорости ветра самостоятельно. Наш самодельный анемометр очень прост в изготовлении, но вместе с тем, скорость ветра он измеряет не хуже, чем настоящий анемометр. Вот как ты можешь сделать самодельный анемометр.

Для того чтобы сделать самодельный анемометр нам понадобится:

Транспортир

Спичка

Трубочка для коктейля, шампур или что-либо подобное

Клейкая лента

Хлопчатобумажная швейная нитка или нейлоновая рыболовная леска

Мяч для большого тенниса стандартного веса

Игла

Что нужно делать, чтобы получился самодельный анемометр

1. Иголкой проделай в теннисном мяче два крошечных отверстия одно напротив другого. Проще всего это сделать, нагрев кончик иглы на огне.

2. Продень швейную нитку или рыболовную леску сквозь мячик, оставив с одной стороны, примерно сорок пять сантиметров. Крепко привяжи ее и отрежь излишнюю длину.

3. Привяжи второй конец лески к палочке и обмотай ее ниткой, пока расстояние между палочкой и верхом мяча не достигнет тридцать сантиметров.

4. С помощью клейкой ленты прикрепи палочку к транспортиру. Нитка должна свисать с его наружной стороны из центральной точки.

5. Чтобы измерить скорость ветра, расположи транспортир в направлении ветра. Держи его за углы как можно дальше от себя. Нитка не должна касаться транспортира. При нулевой скорости ветра нитка будет висеть прямо вниз вдоль отметки девяносто градусов. Когда подует ветер, сними показания градусов и затем проверь по таблице скорость ветра.

Мы с вами провели очередной опыт и на этот раз измерили скорость ветра, которая постоянна в регионе, где вы проживаете. Проводить различные опыты и эксперименты очень интересно, увлекательно и познавательно. Особенно для таких любознательных мальчиков и девочек, как вы. Вы можете провести и другие опыты по различным направлениям и предметам. Например, очень интересно будет узнать, как же в своей колонии, что делают

Задумал мой хороший друг поставить себе на участок ветроэлектростанцию. И для принятия решения понадобилось оценить, на какие скоростя ветра можно расчитывать. Попросил меня помочь с изготовлением анемометра из подручных (ну или почти подручных) материалов.

Немного погуглив и помыслив, от идеи флюгера с пропеллером было решено отказаться, а сделать ультразвуковой измеритель. Основная идея - измерение фазового сдвига сингала между приемником и передатчиком. Собственно, теорию желающие могут без проблем нагуглить.

Так, чтобы не сильно раздувать бюджет, было принято решение использовать 3 пьезокерамических приемопередатчика, расположенные в углах равностороннего треугольника. Дальше был поставлен эксперимент, и оказалось, что на дистанции порядка 100мм получаются вполне приемлемые уровни сигнала на приемнике при раскачке передатчика от двух ножек проца, работающих в противофазе с частотой, близкой к резонансной частоте датчиков (40кГц). Это позволило отказаться от какой-либо электроники снаружи проца (под рукой оказалась ATMega8) и выполнить все программным способом. Попутно еще прикручен термометр (для коррекции скорости звука по температуре).

Хотя на данный момент проект до ума не доведен (не сделана запись данных на флешку, а вместо этого данные отдаются по Modbus/RS485 в скада-систему), но кое-что он уже показывает (правда, пока не удалось поднять его на крышу, в результате - болтается на балконе, вынесенный при помощи самой длинной деревянной палки, которая нашлась в хозяйстве).

Ну и фотки....

Настольные работы по отладке софта. Кусок белого ПВХ под датчиками с нарисованными равнобедренными треугольниками - полигон для первого испытания - "а можно ли вообще будет что-то получить"

Отладка продолжается при помощи вентилятора (сам датчик можно поворачивать на куске ПВХ)

Вынос на балкон. Девайс замотан в полиэтиленовый пакет (кстати, из-за этого термометр, который находится в том же пакете, здорово завышает показания, но это уже вопрос конструкции)

Ну и скриншоты со скады, на которых хорошо видно, что погода почти безветренная (средние значения - черная линия, красные - максимальные, синие - минимальные).

Хотя был период длинной примерно час, в котором ветер держался с заметной постоянностью - примерно 10м/с.(Добавленно позже - а вот и фигня. Очень заинтересовал меня этот почти плоский участок. Хорошо, сделал сбор данных не только результрующих, но и промежуточных. Оказалось - отпал один датчик. Датчики были соеденины с платой отрезками пар из UTP, кусок которой валялся без дела. Оказалось, этот кусок валялся без дела не просто так - пары были поломанны и соединение было на честном слове)

Вот такие пироги:) Ах да, измеряемые скорости до 25м/с.

Если вдруг кому-то нужен такой девайс, могу довести до ума.