Estación meteorológica de baja potencia: 6 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Ahora en su tercera versión y después de haber sido probada durante más de dos años, mi estación meteorológica se actualiza para un mejor rendimiento de baja potencia y confiabilidad en la transferencia de datos.

Consumo de energía: no es un problema en los meses que no sean diciembre y enero, pero en estos meses muy oscuros el panel solar, aunque tiene una potencia nominal de 40 vatios, no pudo satisfacer la demanda del sistema … y la mayor parte de la demanda provino de el módulo 2G FONA GPRS que transmite los datos directamente a las interwebs.

El siguiente problema fue con el módulo FONA GPRS en sí, o más probablemente con la red de telefonía celular. El dispositivo funcionaría perfectamente durante semanas / meses, pero luego se detendría repentinamente sin razón aparente. Aparentemente, la red intenta enviar algún tipo de 'información de actualización del sistema' que, si no se acepta, hace que el dispositivo se inicie fuera de la red, por lo que GPRS no es realmente una solución libre de mantenimiento para la transmisión de datos. Es una pena porque cuando funcionó, funcionó muy bien.

Esta actualización utiliza el protocolo LoRa de bajo consumo para enviar los datos a un servidor local Raspberry Pi, que luego los enviará a Internet. De esta manera, la estación meteorológica en sí puede ser de baja potencia en un panel solar y la parte de 'trabajo pesado' del proceso, se puede realizar en algún lugar dentro del rango de WIFI con la red eléctrica. Por supuesto, si tiene una puerta de enlace LoRa pública dentro del alcance, la Raspberry Pi no sería necesaria.

La construcción de la PCB de la estación meteorológica es fácil ya que los componentes SMD son todos bastante grandes (1206) y todo en la PCB funciona al 100%. Algunos de los componentes, a saber, los instrumentos de viento, son bastante caros, pero a veces se pueden encontrar de segunda mano en Ebay.

Paso 1: componentes

Arduino MKR1300 LORAWAN ………………………………………………………………. 1 de

Raspberry Pi (opcional dependiendo de la disponibilidad de la puerta de enlace LoRa local) ………… 1 de

BME280 para presión, humedad, temperatura y altitud ………………………….. 1 de

Conector RJ 25 477-387 ……………………………………………………………………… 1 de

L7S505 ………………………………………………………………………………………………. 1 de

Zumbador 754-2053 ……………………………… 1 de

Diodo Shottky (1206) …………………………………… 2 de

Restauradores R1K …………………………………… 3 de

Resistencia R4.7K ………………………………… 1 de

Condensador C100nF …………………………….. 3 de

R100K …………………………………………… 1 de

R10K …………………………………………….. 4 de

C1uF ……………………………………………… 1 de

C0.33uF ………………………………………… 1 de

R100 …………………………………………….. 1 de

R0 ……………………………………………….. 1 de

Sonda de temperatura Dallas DS18B20 ………… 1 de

PCB ……………………………………………………… 1 de

Pluviómetro ……………………………………………. 1 de

Sonda de suelo ……………………………………… 1 de (consulte el paso 6 para la sonda de bricolaje)

Anemómetro A100LK ………………………….. 1 de

Veleta W200P ………………………………..1 de

Paso 2: cómo funciona

Es bastante fácil hacer que los sensores funcionen para cosas como temperatura, humedad y presión, pero algunos de los otros son bastante complicados, aunque todo el código está incluido en este blog.

1. El pluviómetro está en una 'interrupción' y funciona cuando se detecta un cambio. La lluvia entra en el instrumento y gotea sobre un balancín balancín que se balancea una vez que un extremo está lleno, activando un sensor magnético dos veces cuando pasa. El sensor de lluvia tiene prioridad sobre todo y funciona incluso si se transmiten datos.

2. El anemómetro funciona enviando un pulso de baja potencia, cuya frecuencia depende de su velocidad. Es muy simple de codificar y usa muy poca energía a pesar de que necesita grabar aproximadamente una vez por segundo para atrapar las ráfagas más severas. El código mantiene una nota actual de la velocidad media del viento y la ráfaga máxima durante la sesión de grabación.

3. Aunque a primera vista la veleta sería fácil de codificar, una vez que se exploran las complejidades, es mucho más complicado. En esencia, es solo un potenciómetro de par muy bajo, pero el problema de obtener lecturas se agrava por el hecho de que tiene una pequeña "zona muerta" alrededor de la dirección norte. Necesita resistencias y condensadores para evitar lecturas extrañas cerca del norte que luego causan no linealidad en las lecturas. Además, debido a que las lecturas son polares, los cálculos de la media normal no son posibles y, por lo tanto, es necesario calcular el modo más complicado, lo que implica la creación de una matriz masiva de aproximadamente 360 números. …. Y ese no es el final…. Se debe hacer una consideración especial con respecto a qué cuadrante apunta el sensor como si estuviera en el cuadrante a cada lado del norte, el modo debe tratarse de manera diferente.

4. La humedad del suelo es una simple sonda de conductividad, pero para ahorrar energía y prevenir la corrosión, se pulsa muy rápidamente con uno de los pines digitales de repuesto de Arduino.

5. El sistema envía datos desde Arduino a Raspberry Pi (o puerta de enlace LoRa) pero también necesita una 'devolución de llamada' del receptor para confirmar que realmente ha recibido los datos correctamente antes de reiniciar todos los contadores y promedios y tomar un nuevo conjunto de lecturas. Una sesión de grabación puede durar aproximadamente 5 minutos cada una, después de lo cual Arduino intenta enviar los datos. Si los datos están dañados o no hay conexión a Internet, la sesión de grabación se extiende hasta que la devolución de llamada indique que se ha realizado correctamente. De esta manera, no se perderá ninguna medición de ráfaga de viento máxima ni de lluvia.

6. Aunque más allá del alcance de este blog, una vez en el servidor de Internet (es una computadora grande ubicada en Ipswich, Reino Unido), los datos se ensamblan en una base de datos MySQL a la que se puede acceder usando simples scripts PHP. El usuario final también puede ver los datos mostrados en diales y gráficos elegantes gracias al software Java patentado de Amcharts. Entonces, el 'resultado final' se puede ver aquí:

www.goatindustries.co.uk/weather2/

Paso 3: archivos

Todos los archivos de código de Arduino, Raspberry Pi y el archivo para crear la PCB en el software 'Design Spark' se encuentran en el repositorio de Github aquí:

github.com/paddygoat/Weather-Station

Paso 4: poblar la PCB

No se requiere plantilla para soldar los componentes SMD; simplemente aplique un poco de soldadura en las almohadillas de la PCB y coloque los componentes con unas pinzas. Los componentes son lo suficientemente grandes como para hacer todo a simple vista y no importa si la soldadura se ve desordenada o los componentes están un poco descentrados.

Coloque la PCB en un horno tostador y caliéntela a 240 grados C usando una sonda de termómetro tipo K para monitorear las temperaturas. Espere 30 segundos a 240 grados y luego apague el horno y abra la puerta para liberar el calor.

Ahora el resto de los componentes se pueden soldar a mano.

Si desea comprar una PCB, descargue los archivos gerber comprimidos aquí:

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

y cárguelos en JLC aquí:

Seleccione el tamaño de placa de 100 x 100 mm y utilice todos los valores predeterminados. El costo es de $ 2 + gastos de envío por 10 tablas.

Paso 5: implementación

La estación meteorológica se despliega en medio de un campo con los instrumentos de viento en un poste alto con cables tensores. Los detalles de la implementación se dan aquí:

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

Paso 6: Trabajo anterior

Este instructable es la última etapa en un proyecto en curso que tiene su historial de desarrollo en otros siete proyectos anteriores:

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-…

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