Cómo construir su propio anemómetro usando interruptores de lengüeta, sensor de efecto Hall y algunos restos en Nodemcu. - Parte 1 - Hardware: 8 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Introducción

Desde que comencé con los estudios de Arduino y la Cultura Maker me ha gustado construir dispositivos útiles usando chatarra y trozos de chatarra como tapas de botellas, trozos de PVC, latas de bebida, etc. Me encanta darle una segunda vida a cualquier pieza o cualquier material. Una gran parte de los materiales utilizados aquí son desechos que se retiran de algunos equipos y se reciclan.

Cuando inicié el proyecto de una estación meteorológica por mi cuenta me di cuenta de que la medición de la intensidad y dirección del viento no sería muy fácil ni barata. Después de varios meses les presento este proyecto que utiliza en su mayoría materiales reciclados y piezas electrónicas muy baratas que se encuentran fácilmente en cualquier tienda de electrónica.

Esta publicación tiene 2 partes.

Parte 1 - Construcción de los dispositivos Anemómetro y Dirección de Veleta.

Parte 2 - El boceto usando Arduino IDE para Esp8266 Nodemcu y transmisión a ThingSpeak.

Vea el video para conocer la solución final.

Cómo construir su propio anemómetro usando el sensor de efecto Hall y los interruptores de lengüeta

Descripción del Proyecto

El anemómetro es un dispositivo capaz de medir la velocidad del viento y su dirección. Usando un sensor de efecto Hall podremos contar cuántas rotaciones dan las copas en un período de tiempo. La intensidad del viento es proporcional a la velocidad de rotación del eje. Con algunas ecuaciones físicas simples, puede determinar la velocidad lineal del viento en ese momento. Los explicaremos todos en la parte 2.

Y la dirección del viento la mediremos a través de un parabrisas con un imán de neodimio e interruptores de lengüeta. La veleta apunta en la dirección del viento y el imán adjunto conectará los interruptores de lengüeta permitiendo que la corriente eléctrica pase a través de la conexión (o conexiones). Los circuitos que tienen corriente positiva indican la dirección del viento, como una brújula.

Tenemos 8 circuitos que emularán 16 direcciones: 4 puntos cardinales y 4 colaterales cuando se activa 1 interruptor (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW) y cuando se activan 2 interruptores simultáneamente tenemos 8 subcolaterales puntos (NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW).

La velocidad y la dirección del viento se calcularán y determinarán mediante un croquis en el nodemcu. Pero esto se explicará en la parte 2. Ahora vayamos al ensamblaje del hardware.

Descargo de responsabilidad: este anemómetro no debe utilizarse con fines profesionales. Es solo para uso académico o doméstico.

Nota: el inglés no es mi idioma natural. Si encuentra errores gramaticales que le impiden comprender el proyecto, hágamelo saber para corregirlos. Muchas gracias.

Paso 1: Lista de materiales

Veleta de viento

8 x interruptores de lengüeta

8 resistencias de 10 k ohmios

Tubo de PVC de 10 cm

2 tapones de PVC de 5 cm de diámetro

1 tapón de PVC de 2,5 cm de diámetro

1 multiplexor analógico CD4051

1 disco de plastico

20 x 20 pieza de plástico resistente

1 imán de neodimio (las dimensiones del imán deben permitir la conexión simultánea de dos interruptores. El mío es de 0,5 x 0,5 cm y está funcionando bien).

10 cables de diferentes colores

1 PCB genérico

1 rodamiento de bolas del mismo diámetro que los tubos de aluminio

1 tubo de aluminio de aproximadamente 20 cm

1 tubo de aluminio de aproximadamente 10 cm

1 abrazadera de manguera

Masa epoxi

Pegamento instantáneo - cianoacrilato y bicarbonato de sodio

Anemómetro

2 pelotas de ping pong

4 palos de madera o aluminio de aproximadamente 12 cm

1 rodamiento de bolas

1 tubo de aluminio de 5 cm aprox.

3 piezas de alambres de diferentes colores

1 sensor de pasillo SS49E

1 imán de neodimio

Masa epoxi y pegamento instantáneo: cianoacrilato y bicarbonato de sodio

2 grifos de plástico de 3 a 5 cm de diámetro aprox.

1 tapón de PVC y tubo de PVC de 5 cm

1 tapón de PVC de 2,5 cm de diámetro

• Nodemcu
• Estuche de plástico para proyectos electrónicos
• Soldador
• 1 tubo de PVC de aproximadamente 2 metros y conector de PVC en "T"
• 1 conexión PVC 90 grados
• Fuente de alimentación de 5 V (estoy usando un panel solar)

Paso 2: Montaje de Wind Vane Rosetta

Interruptores de lengüeta y resistencias montados en PCB

Corta la PCB genérica en forma de círculo con un diámetro ligeramente menor que la TAPA de PVC porque cuando esté lista encajará en ella.

Doble las patas del interruptor de lengüeta en 90 grados para encajarlas en la PCB con cuidado y no romper el vidrio protector. Lo ideal está a 3 mm del vidrio. Coloque cada interruptor de láminas de acuerdo con el diagrama. Numere cada uno del 0 al 7 como el diagrama. La identificación correcta será importante al conectar los terminales al multiplexor. Utilice el soldador para soldarlos en la placa.

Posicione cada resistor como el diagrama en el que uno de los terminales se suelda en uno de los terminales del interruptor reed y el otro será común a todos los resistores, ubicado en el centro del PCB.

Suelde un cable de cobre que conecte todos los terminales externos de los interruptores de lengüeta, dejando los dos últimos sin conexión. Como un anillo. El orden de soldadura no importa.

En la unión de cada resistencia y el cable de soldadura del interruptor de láminas de cada color. Son 8 diferentes. Suelde un cable rojo al anillo de cobre de los interruptores de láminas como positivo y un cable negro a la unión de todas las resistencias en el centro de la "rosetta", como negativo.

Mire los diagramas y tenga cuidado de mantener la numeración de los cables para la conexión al multiplexor.

Pruebe las conexiones antes del montaje

Antes de continuar con el montaje, sugiero probar las conexiones. Utilice un led, cualquier batería 18650 de 3,7 V, un imán de neodimio y cables con garras de cocodrilo. Conecta la batería a los terminales VCC y GND y el cable cocodrilo en el GND con el otro extremo en el negativo del led (usa uno azul que no necesita resistor). Conecta el otro cable al positivo del led y el otro a cada cable conectado a los interruptores. Ahora pase el imán a través del borde exterior del interruptor conectado. Si el LED se enciende, está bien. Si no se enciende, revise las soldaduras. Para probar dos conexiones al mismo tiempo utilice otro cable y otro led simultáneamente. Al pasar el imán entre dos interruptores, los dos LED deben encenderse. Es fundamental que ambos LED se enciendan al mismo tiempo para que la señal eléctrica pueda representar puntos sub-colaterales de la brújula como ENE, ESE, SSW, NNW, etc.

Paso 3: Conexiones hacia y desde el multiplexor CD4051

Multiplexor analógico CD4051

Los multiplexores son circuitos combinacionales con varias entradas y una única salida de datos. Están equipados con entradas de control capaces de seleccionar una, y solo una, de las entradas de datos para permitir su transmisión desde la entrada seleccionada a dicha salida.

Si no conoces el funcionamiento del CD4051 te recomiendo leer la ficha técnica que puedes encontrar en la web. En resumen, el 4051 tiene 8 entradas analógicas numeradas del 0 al 7, 3 y los pines A, B y C que combinados permiten leer las entradas y definir qué salida analógica se está conectando. En cada lectura, el software analiza qué conexiones están con corriente positiva e indicará la dirección correspondiente del viento. Esto se explicará en detalle en la parte 2 del artículo. Mire el diagrama para ver cómo la rosetta está conectada al multiplexor.

Conexiones a Nodemcu

Necesitaremos 8 cables para conectar el Nodemcu. Vea el diagrama.

1 par de cables positivos (rojo) y de tierra (negro) que suministran corriente a la roseta

1 par de cables positivo (rojo) y de tierra (negro) que suministran corriente al CD4051

1 cable para salida analógica A0 (gris)

1 cable para entrada digital de pin A = D5 (azul)

1 cable para entrada digital de pin B = D4 (verde)

1 cable para entrada digital de pin C = D3 (amarillo)

Utilicé un cable telefónico de 10 hilos de diferentes colores para facilitar el montaje final.

Identificar cada uno de los cables con su correspondiente dirección para facilitar el montaje final.

Paso 4: Montaje de todo en el soporte de PVC

Montaje del soporte

Coge el TAPÓN de PVC de 5 cm de diámetro, un trozo de tubo de PVC y el TAPÓN de 2,5 cm de diámetro y pégalos todos con cola instantánea según la foto. También puedes hacer un agujero con el diámetro del tubo para mejorar la conexión entre las piezas. Después de pegar todas las piezas, aplique más pegamento en los bordes pegados de cada pieza y cúbralas inmediatamente con bicarbonato de sodio. Al secar el pegamento tendrás muy buena dureza.

También debes pegar la silicona en el borde del TAPÓN que permitirá sellar la unión entre los 2 TAPONES y facilitará la colocación de la roseta. Déjalos secar antes de continuar.

Inserte con cuidado la roseta ya montada en la pieza de soporte y que encaje perfectamente contra el borde del CAP. Recuerda que montaremos un segundo CAP por encima de este. Mira la foto con la solución final. E identifique cada uno de los cables para facilitar las conexiones con el nodemcu.

Paso 5: Montaje de la paleta

Montaje de la estructura de la paleta

Haz un puntero con masa epoxi con la forma que se muestra en la foto. Cuando esté bien seco pesar la pieza y guardar el valor.

Coge el trozo de plástico y córtalo simétricamente por la parte trasera de la veleta que sirve para dirigir el viento. Pese también y guarde el valor.

Tome uno de los tubos de aluminio y pegue el puntero y la veleta con pegamento instantáneo con todas las piezas alineadas en el medio. Haz lo mismo que hiciste antes con bicarbonato de sodio para aumentar la dureza de cada una de las partes pegadas.

Tome el segundo tubo de aluminio y determinemos dónde se atascará en el otro tubo. Para mantener el equilibrio de la pieza, la distancia por el peso de la espalda debe ser igual a la distancia por el peso del puntero. (Vea los cálculos que se muestran en el diagrama.) Las mediciones de distancia deben realizarse más o menos al centro de masa de cada pieza. Use pegamento instantáneo y bicarbonato de sodio.

Haga un agujero en el centro de la TAPA con el diámetro del rodamiento de bolas. Use pegamento instantáneo para pegarlo en la tapa. Importante elegir el rodamiento de bolas que tenga el mismo diámetro interno del tubo vertical de aluminio de la paleta.

Por último, coge el disco de plástico con un diámetro aproximado de 4,5 cm y pega un pequeño trozo de metal en el borde. Ver la foto De esta forma podrás "pegar" el imán de neodimio y ajustarlo cuando calibres el instrumento. Se puede mover en varias direcciones para adivinar las lecturas de las medidas.

Coloque el disco de plástico con la parte metálica pegada en la misma dirección que el puntero del tubo de aluminio horizontal. Esto es importante para que el imán indique la misma dirección que la paleta.

Para facilitar el montaje final del anemómetro y alinear el norte de la veleta con la geografía norte imprima una rosa de los vientos y péguela en la tapa superior del CAP. El disco quedará atascado en el tubo de aluminio, pero primero, inserte el tubo de aluminio en el rodamiento de bolas e inserte el tubo de aluminio en el disco. Ajuste la altura para que la distancia entre el imán y el borde del TAPA esté entre 1 y 1,5 cm. Eso debe ser suficiente para que el imán conecte correctamente el interruptor de láminas. Pegue el disco con pegamento instantáneo y bicarbonato de calcio lo más horizontal posible.

Monte las dos piezas dirigiendo el norte de la rosa de los vientos alineada con el interruptor número 0 (que representa el norte) y use una abrazadera para unirlas. No uses pegamento porque tendrás que ajustar y calibrar muchas veces antes de estar totalmente listo.

Mira las fotos para ver la solución final.

Paso 6: Montaje del anemómetro

Montaje del soporte

Toma las 2 tapas de plástico y pégalas con pegamento instantáneo. Taladre 4 agujeros en las tapas como se muestra en el diagrama. Pegue varillas de madera o aluminio en cada agujero. Corta las 2 pelotas de ping pong por la mitad y pega cada una en los extremos de las varillas, todas con la parte cóncava por el mismo lado. Las medidas aproximadas se muestran en el diagrama.

Haga un agujero en el centro del CAP de 2,5 cm con el diámetro del rodamiento de bolas. Use pegamento instantáneo para pegarlo en la tapa. Use bicarbonato de sodio también con mucho cuidado.

Inserte el tubo de aluminio en el rodamiento de bolas a una altura compatible (ver foto). Si no está bien ajustado, ponga una gota de pegamento con cuidado.

Montaje del módulo Hall

En el borde del CAP, haga un pequeño orificio para pasar la cabeza del sensor Hall.

Pegue el imán de neodimio al lado de las tapas de plástico de acuerdo con la foto.

Utilice los 3 cables de diferentes colores para conectar el módulo del sensor.

Inserte el módulo Hall y apunte el sensor hacia el imán a una distancia de 2 a 4 mm. Pruebe si la rotación del eje no golpea el imán con el sensor.

Utilice una batería de 3,7 V para probar si el módulo responde al acercamiento del imán girando el led a cada contacto. Si el led se enciende, todo está bien. De lo contrario, acerque el sensor al imán hasta que se encienda el LED.

Si todo está bien, fije el módulo en el soporte con una gota de pegamento.

Finalmente, se pegará el otro extremo de la varilla en la tapa de plástico con pegamento instantáneo y bicarbonato de sodio, ajustando la altura correcta.

Identificando los cables

Identifique todos los cables - VCC, GND y Signal - para facilitar la conexión con el nodemcu.

Paso 7: Poner todo junto

Ahora puede montar los dos dispositivos juntos usando la conexión en "T" y un trozo de tubo de PVC como se muestra en la foto. No use pegamento porque si es necesario algún ajuste o mantenimiento no será posible. Hice pequeños agujeros y usé tornillos para mantenerlos apretados. Pasar los cables de los 2 dispositivos por el tubo. Como el anemómetro se instalará en el techo de la casa, también hice cables de 3 metros para conectarlo al nodemcu que se instalará en el interior.

Paso 8: Conexión de Nodemcu y la instalación

Los diagramas muestran la conexión correcta de cada cable. Para probar el funcionamiento utilicé una pantalla OLED de 0.96 para leer las medidas y verificar que sean correctas, conecte el OLED de esta manera:

D1 - SCL

D2 - SDA

VCC y GND

Para instalar en el techo, el único cuidado es mantener todo el dispositivo al nivel correcto. Para eso, use un nivel de burbuja y muchos tornillos grandes. Y no olvide direccionar el norte de su anemómetro para el norte geográfico de su brújula. De lo contrario, la dirección del viento no se corresponderá con la realidad.

Y eso es todo. En la próxima publicación, explicaré el boceto que se cargará en el nodemcu usando Arduino IDE.

Si tienes alguna duda, no dudes en contactarme.

Saludos

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