Estación meteorológica con registro de datos: 7 pasos (con imágenes)

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

En este instructivo, le mostraré cómo hacer un sistema de estación meteorológica usted mismo. Todo lo que necesitas son conocimientos básicos de electrónica, programación y un poco de tiempo.

Este proyecto aún está en proceso. Esta es solo la primera parte. Las actualizaciones se cargarán en los próximos uno o dos meses.

Si tiene alguna pregunta o problema puede ponerse en contacto conmigo en mi correo: [email protected]. Componentes proporcionados por DFRobot

Vamos a empezar

Paso 1: Materiales

Casi todos los materiales necesarios para este proyecto se pueden comprar en la tienda en línea: DFRobot

Para este proyecto necesitaremos:

-Kit de estación meteorológica

-Módulo de tarjeta SD Arduino

-Tarjeta SD

-Gestor de energía solar

-Panel solar de 5V 1A

-Algunas bridas de nailon

-Kit de montaje

-Pantalla LCD

-Tablero de circuitos

-Baterías de iones de litio (usé baterías Sanyo 3.7V 2250mAh)

-Caja de conexiones de plástico resistente al agua

-Algunos cables

-Resistores (2x 10kOhm)

Paso 2: módulos

Para este proyecto utilicé dos módulos diferentes.

Gestor de energía solar

Este módulo se puede alimentar con dos suministros diferentes, batería de 3,7 V, panel solar de 4,5 V - 6 V o cable USB.

Tiene dos salidas diferentes. Salida USB de 5 V que se puede utilizar para suministrar Arduino o algún otro controlador y pines de 5 V para alimentar diferentes módulos y sensores.

Especificaciones:

• Voltaje de entrada solar (ENTRADA SOLAR): 4.5V ~ 6V
• Entrada de batería (BAT IN): polímero de litio / ion de litio de celda única de 3,7 V
• Corriente de carga de la batería (USB / SOLAR IN): carga lenta máxima de 900mA, corriente constante, carga de tres fases de voltaje constante
• Voltaje de corte de carga (USB / SOLAR IN): 4.2V ± 1%
• Fuente de alimentación regulada: 5 V 1 A
• Eficiencia de la fuente de alimentación regulada (3,7 V BAT IN): 86% a 50% de carga
• Eficiencia de carga USB / solar: 73%@3.7V 900mA BAT IN

Módulo SD

Este módulo es totalmente compatible con Arduino. Le permite agregar almacenamiento masivo y registro de datos a su proyecto.

Lo usé para recopilar datos de la estación meteorológica con una tarjeta SD de 16 GB.

Especificaciones:

• Placa de ruptura para tarjeta SD estándar y tarjeta Micro SD (TF)
• Contiene un interruptor para seleccionar la ranura de la tarjeta flash
• Se sienta directamente en un Arduino
• También se puede utilizar con otros microcontroladores.

Paso 3: Kit de estación meteorológica

El componente principal de este proyecto es el kit de estación meteorológica. Está alimentado por 5V de Arduino o también puede usar una fuente externa de 5V.

Tiene 4 pines (5V, GND, TX, RX). El puerto de datos TXD usa 9600bps.

El kit de la estación meteorológica consta de:

• Anemómetro
• Veleta de viento
• Cubo de lluvia
• Tablero de sensores
• Espárrago de acero inoxidable (30 CM) (11,81 ")
• Paquete de componentes

Se puede utilizar para medir:

• Velocidad del viento
• Dirección del viento
• Cantidad de lluvia

Tiene incorporado un sensor de humedad y temperatura que también puede medir la presión barométrica.

El anemómetro puede medir la velocidad del viento hasta 25 m / s. La dirección del viento se muestra en grados.

Puede encontrar más información sobre este kit y código de muestra en: DFRobot wiki

Paso 4: Cómo armar el kit de la estación meteorológica

El montaje de este kit es bastante fácil, pero para obtener más información sobre el montaje, vea un tutorial sobre cómo montar este kit.

Tutorial: Cómo montar el kit de la estación meteorológica

Paso 5: suministro y vivienda

Batería:

Para este proyecto utilicé baterías de iones de litio de 3,7 V. Hice un paquete de baterías con 5x de estas baterías. Cada batería tiene aproximadamente 2250 mAh, por lo que un paquete de 5x proporciona aproximadamente 11250 mAh cuando se conecta en paralelo.

Conexión: Como mencioné conecté baterías en paralelo, porque en paralelo mantienes el voltaje original pero ganas mayor capacidad de batería. Por ejemplo: si tienes dos baterías de 3.7V 2000 mAh y las conectas en paralelo obtendrás 3.7V y 4000 mAh.

Si desea obtener un voltaje mayor, debe conectarlos en serie. Por ejemplo: si conecta dos baterías de 3,7 V 2000 mAh en serie obtendrá 7, 4 V y 2000 mAh.

Panel solar:

Usé un panel solar de 5V 1A. Este panel tiene un máximo de 5 W de potencia de salida. El voltaje de salida sube a 6V. Cuando probé el panel en un clima nublado, su voltaje de salida era de aproximadamente 5.8-5.9V.

Pero si desea abastecer completamente esta estación meteorológica con energía solar, debe agregar 1 o 2 paneles solares y una batería de plomo-ácido o algo más para almacenar energía y para la estación de suministro cuando no hay sol.

ALOJAMIENTO:

No lo parece, pero la carcasa es una de las partes más importantes de este sistema, ya que protege los componentes vitales de los elementos externos.

Así que elijo una caja de conexiones de plástico resistente al agua. Tiene el tamaño suficiente para que quepan todos los componentes en su interior. Mide unos 19x15 cm.

Paso 6: cableado y código

Arduino:

Todos los componentes están conectados con Arduino.

-Módulo SD:

• 5 V -> 5 V
• GND -> GND
• MOSI -> pin digital 9
• MISO -> pin digital 11
• SCK -> pin digital 12
• SS -> pin digital 10

Tablero de la estación meteorológica:

• 5 V -> 5 V
• GND -> GND
• TX -> RX en Arduino
• RX -> TX en Arduino

La batería está conectada directamente al administrador de energía (entrada de batería de 3,7 V). También hice la conexión de la batería al pin analógico A0 en Arduino para monitorear el voltaje.

El panel solar está conectado directamente a este módulo (entrada solar). El panel solar también está conectado al divisor de voltaje. La salida del divisor de voltaje está conectada al pin analógico A1 en Arduino.

También hice la conexión para que pueda conectar la pantalla LCD para verificar el voltaje. Entonces, el LCD está conectado a 5V, GND y SDA desde LCD va a SDA en Arduino y lo mismo con el pin SCK.

Arduino está conectado al módulo de administrador de energía con un cable USB.

CÓDIGO:

El código para esta estación meteorológica se puede encontrar en la wiki de DFRobot. También adjunté mi código con todas las actualizaciones.

-Si desea obtener la dirección correcta del viento para su posición, debe cambiar manualmente los valores de grado en el programa.

Entonces, todos los datos se almacenan en un archivo txt llamado test. Puede cambiar el nombre de este archivo si lo desea. Escribo todos los valores posibles de la estación meteorológica y también escribe el voltaje de la batería y el voltaje solar. Para que veas cómo es el consumo de batería.

Paso 7: medición de voltaje y prueba

Necesitaba hacer un monitoreo de voltaje en la batería y el panel solar para mi proyecto.

Para monitorear el voltaje en la batería utilicé un pin analógico. Conecté + de la batería al pin analógico A0 y - de la batería a GND en Arduino. En el programa utilicé la función "analogRead" y "lcd.print ()" para mostrar el valor de voltaje en la pantalla LCD. La tercera imagen muestra el voltaje de la batería. Lo medí con Arduino y también con multímetro para poder comparar el valor. La diferencia entre estos dos valores fue de aproximadamente 0,04 V.

Debido a que el voltaje de salida del panel solar es superior a 5 V, necesito hacer un divisor de voltaje. La entrada analógica puede tener un voltaje de entrada máximo de 5 V. Lo hice con dos resistencias de 10kOhm. El uso de dos resistencias con el mismo valor divide el voltaje exactamente a la mitad. Entonces, si conecta 5 V, el voltaje de salida será de aproximadamente 2,5 V. Este divisor de voltaje está en la primera imagen. La diferencia entre el valor de voltaje en la pantalla LCD y en el multímetro fue de aproximadamente 0,1-0,2 V

La ecuación para la salida del divisor de voltaje es: Vout = (Vcc * R2) / R1 + R2

Pruebas

Cuando conecté todo y empaqué todos los componentes en la carcasa, necesitaba hacer una prueba exterior. Así que saqué la estación meteorológica del exterior para ver cómo funcionaría en condiciones exteriores reales. El objetivo principal de esta prueba fue ver cómo funcionan las baterías o cuánto se descargarán durante esta prueba. Durante la prueba, la temperatura exterior fue de aproximadamente 1 ° C en el exterior y aproximadamente 4 ° C en el interior de la carcasa.

El voltaje de la batería bajó de 3,58 a aproximadamente 3,47 en cinco horas.