🕹️ ☯️ 👨🏿‍💻 मौसम स्टेशन निगल 🐃 🕟 🙉

मेरे लिए इलेक्ट्रॉनिक्स विकास एक ही समय में एक नौकरी और एक शौक है। कुछ करने की इच्छा के अगले आवेग में, मैं सेंसर के एक शौकिया सस्ते सेट पर आया: बारिश, गति और हवा की दिशा। उन्होंने मेरे लिए एक नया क्षेत्र बनाया। इस लेख में मैं अपने मौसम स्टेशन को डिजाइन करने की आकर्षक प्रक्रिया के बारे में बात करूंगा।

एक छोटी कल्पना के बाद, सेंसर का एक सेट का गठन किया गया:

• तापमान
• आर्द्रता
• दबाव
• हवा की दिशा और गति
• वर्षा
• आयनीकरण करने वाले विकिरण
• रोशनी

कार्यान्वयन के लिए विकल्पों में से एक - रेडीमेड मॉड्यूल से विधानसभा (प्रोसेसर बोर्ड + ढाल) - मैं क्योंकि निम्नलिखित नुकसान के पसंद नहीं आया :

लचीलापन की कमी
• राक्षसी डिजाइन
• बिजली की खपत
• उबाऊ

इसके अलावा, मैं खुद एक मुद्रित सर्किट बोर्ड विकसित करना चाहता था। सामान्य तौर पर, परियोजना को मनोरंजक के रूप में योजनाबद्ध किया गया था। हमारे विकास की ख़ासियतों के कारण, मुझे बोर्ड को कड़ाई से सीमित निर्माण में संलग्न करना है, इसलिए मैं मुख्य इकाई का एक "थोपना" डिजाइन विकसित करना चाहता था, बहुत सारे एलईडी, सुंदर कनेक्टर आदि लगा रहा था,

पर्यावरणीय सेंसर के एक सेट के साथ एक माइक्रोकंट्रोलर सिस्टम विकसित करना एक साधारण कार्य है, इसलिए यह एक साधारण काम है। सौर पैनलों और उनके आधार पर बिजली योजनाओं के पूरक थे।

सेंसर की सूची के आधार पर, निम्नलिखित ब्लॉक आरेख का गठन किया गया था:

बाहरी सेंसर

घटकों का चुनाव सेंसर के उपरोक्त सेट के विकल्प की खोज के साथ शुरू हुआ। उनका प्रदर्शन आत्मविश्वास को प्रेरित नहीं करता था, मैं कुछ अधिक विश्वसनीय और सुंदर खोजना चाहता था। एक लंबी खोज के बाद, मुझे वैसाला मिला, जो पर्यावरणीय मापदंडों को मापने के लिए पेशेवर समाधान विकसित करने में माहिर है। यह कंपनी, उदाहरण के लिए, इस तरह के एक विश्वसनीय संयुक्त एनेमोमीटर का उत्पादन करती है, जिसे कम लागत वाले समाधान के रूप में तैनात किया जाता है।

यह एक शंकु के आकार का प्ररित करनेवाला है, अधिक रैखिक विशेषताओं के लिए पवन की गति - आउटपुट आवृत्ति। एक कीमत (75,000 रूबल) के लिए पूछने के बाद, मुझे अभी भी मूल शौकिया संस्करण पर लौटना पड़ा। इन सेंसर में सक्रिय विद्युत घटक शामिल नहीं हैं, वे मोशन डिटेक्टर के रूप में रीड स्विच और मैग्नेट का उपयोग करते हैं।

एनीमोमीटर में एक आवृत्ति आउटपुट होता है। जब प्ररित करनेवाला घूमता है, तो रीड स्विच हवा की गति के लिए आनुपातिक आवृत्ति के साथ बंद हो जाता है। एनेमोमीटर एक सुरक्षात्मक सर्किट के माध्यम से माइक्रोकंट्रोलर के टाइमर में से एक के इनपुट से जुड़ा हुआ है और संपर्क उछाल को दबाने के लिए एक आरसी फिल्टर है।

पवन दिशा संवेदक रीड स्विच पर एक ट्यून करने योग्य वोल्टेज विभक्त है। आउटपुट वोल्टेज है। यह एक सुरक्षात्मक सर्किट और एक फिल्टर के माध्यम से आंतरिक एडीसी एमके से भी जुड़ा हुआ है।

मेरी राय, डिजाइन में रेन सेंसर सबसे चालाक है। यह दो छोरों के साथ एक झूला है, जिसे वैकल्पिक रूप से उनके ऊपर स्थित एक फ़नल से भरा जाता है। प्रत्येक रोलओवर स्विंग के साथ, रीड स्विच बंद हो जाता है। एमके के लिए कनेक्शन एनेमोमीटर के समान है।

आर्द्रता और तापमान को मापने के लिए, SHT15 सेंसर का उपयोग किया जाता है। हमारे प्रिय आपूर्तिकर्ता से उपलब्ध सबसे सटीक घटक के रूप में चुना गया। इस सेंसर में I2C के समान इंटरफ़ेस है, लेकिन यह संबोधित करने का समर्थन नहीं करता है, इसलिए इसे एक अलग I2C_2 बस से जोड़ा जाना था। इंटरफ़ेस में अंतर उसके सर्वेक्षण के सॉफ्टवेयर कार्यान्वयन के लिए नेतृत्व किया। SHT15 सेंसर डिवाइस के बाहर स्थापित किया गया है, इसके लिए लंबे तारों की आवश्यकता होती है, और एक ही बस में अतिरिक्त उपकरणों से गलत संचालन हो सकता है। आर्द्रता और तापमान को सही ढंग से मापने के लिए, सेंसर को सीधे धूप और वर्षा से बचाने के लिए आवश्यक है। तात्कालिक सामग्रियों से सुरक्षा बनाना संभव था, लेकिन तब से यह राडेल प्रदर्शनी में मौसम केंद्र को प्रदर्शित करने की योजना बनाई गई थी, उपस्थिति की आवश्यकताएं सख्त थीं। नतीजतन, हम वैसाला से सुरक्षा पर बसे, इसकी लागत अधिक है,लेकिन यह भी उचित लगता है।

डिवाइस आरेख

STM32F207VC माइक्रोकंट्रोलर का चयन किया गया था। बेशक, माइक्रोकंट्रोलर इस कार्य को अधिक सरलता से करेगा, लेकिन यह कार्य मनोरंजक है, किसी एक उत्पाद की कीमत महत्वपूर्ण नहीं है, और इसके अलावा, हम अपने डिजाइनों में इस माइक्रोकंट्रोलर का व्यापक रूप से उपयोग करते हैं - डिजाइनिंग में समय की बचत।

I2C_1 बस डिवाइस के तापमान सेंसर, दबाव, रोशनी, साथ ही एक एक्सीलेरोमीटर और दो वर्तमान शंट एम्पलीफायरों को जोड़ता है।

STLM75 आंतरिक तापमान संवेदक आपको डिवाइस के तापमान की निगरानी करने की अनुमति देता है। यह निरीक्षण करना दिलचस्प है कि सूर्य में आंतरिक तापमान कैसे बढ़ता है।

एसटी LPS25 से प्रेशर सेंसर। MEMS सेंसर डिजिटल आउटपुट के साथ।

प्रकाश संवेदक OPT3001 मानव आंख के करीब वर्णक्रमीय संवेदनशीलता के साथ। इस कार्य के लिए बिल्कुल उपयुक्त नहीं है, क्योंकि जब सौर विकिरण की शक्ति को मापते हैं, तो आईआर और यूवी पर कब्जा करने के साथ एक व्यापक वर्णक्रमीय रेंज वाले सेंसर का उपयोग किया जाता है। हालाँकि, यह मेरे लिए अंधेरे / प्रकाश के रूप में रोशनी का निर्धारण करने के लिए पर्याप्त था।

एक्सेलेरोमीटर LSM303D। यह विचार बैटरी जीवन में एक चोरी डिटेक्टर के रूप में उपयोग करने के लिए है। दिलचस्प कार्यों में से मुक्त गिरावट और एमके के लिए एक बाधा की पीढ़ी का निर्धारण है।

एक डिजिटल आउटपुट के साथ वर्तमान शंट के एम्पलीफायरों से आप वोल्टेज और आपूर्ति बस के वर्तमान को माप सकते हैं, बोर्ड पर बिजली की गणना कर सकते हैं, जब पैरामीटर स्थापित सीमाओं से परे जाते हैं, तो व्यवधान उत्पन्न करते हैं। बिजली की खपत और उत्पन्न को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है।

3 UART इंटरफेस निम्नानुसार काम करते हैं:

• बाहरी वायर्ड इंटरफ़ेस। गैल्वेनिक अलगाव के साथ UART-RS485 कनवर्टर स्थापित किया गया है। टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स समाधान ISO3086T चिप पर आधारित है। यह माइक्रोकिरिट एक ट्रांसफॉर्मर चालक को शामिल करता है, जो आपको अतिरिक्त स्रोत के बिना कनवर्टर के आउटपुट भाग को बिजली देने की अनुमति देता है।

• जीएसएम मॉड्यूल SIM900। आप 3 जी और कम बिजली के साथ कुछ और आधुनिक उठा सकते हैं, लेकिन यह एक शेल्फ और पीसीबी सीएडी घटक पुस्तकालय में था।

• सटीक समय के लिए जीपीएस मॉड्यूल, उन्हीं कारणों के लिए चुना गया।

निशुल्क पिन पर "और क्या डालें" के रूप में, मुझे 128 * 64 के संकल्प के साथ एक सुंदर ग्राफिक ओएलईडी डिस्प्ले मिला। हां, निश्चित रूप से, स्टेशन के अंदर प्रदर्शन बेकार है, लेकिन मामले के पारदर्शी आवरण के माध्यम से यह बहुत अच्छा दिखता है और कनेक्शन की शुद्धता को नियंत्रित करने के लिए स्थापना के दौरान उपयोगी है।

गैस-डिस्चार्ज उपकरणों के प्यार के कारण, सेंसर की सूची में SBM-20 Geiger काउंटर पर एक आयनकारी विकिरण डिटेक्टर दिखाई दिया। यह गामा विकिरण का पता लगाता है। मैं एसबीएम -19 लगाना चाहता था, कैमरे की बड़ी मात्रा के कारण इसकी संवेदनशीलता अधिक है, लेकिन उसी कारण से, यह उस मामले में फिट नहीं हुआ जो मुझे पसंद था।

एक गीगर काउंटर को संचालित करने के लिए 400 वोल्ट की आवश्यकता होती है। उच्च वोल्टेज स्रोत MC33063AD पर आधारित ट्रांसफार्मर रहित सर्किट के अनुसार बनाया गया है। एक विवादास्पद निर्णय, लेकिन मैं इस योजना के अनुसार 5 में से 400 वोल्ट बनाने की कोशिश करना चाहता था। सुविधाओं में से - आपको छोटे थ्रेशोल्ड गेट वोल्टेज के साथ एक उच्च-वोल्टेज ट्रांजिस्टर की आवश्यकता होती है, उदाहरण के लिए ZVN0545।

काउंटर को कैथोड ग्राउंडिंग सर्किट के अनुसार चालू किया गया है। काउंटर में एक वर्तमान छलांग का पता लगाने के लिए कैथोड-ग्राउंड सर्किट में एक अधिक सामान्य सर्किट एक अवरोधक है। शोर उन्मुक्ति के कारणों के लिए बनाया गया, एक ग्राउंडेड मेटल काउंटर सिलेंडर होना बेहतर है, जो कैथोड है। यह बोर्ड पर बाकी सर्किटरी से उच्च वोल्टेज शोर शक्ति स्रोत को सफलतापूर्वक अलग करता है।

डिटेक्टर सेक्शन एक साधारण योजना के अनुसार बनाया गया है। जब एक कण काउंटर में प्रवेश करता है, तो इसके माध्यम से एक वर्तमान उछाल होता है, जिसके कारण एनोड संभावित परिवर्तन होता है, जो बेस सर्किट में वर्तमान की उपस्थिति की ओर जाता है और, परिणामस्वरूप, डिटेक्टर आउटपुट में वोल्टेज में कमी आती है। आयनीकरण अधिनियम के अंत के बाद, वर्तमान बंद हो जाता है और डिटेक्टर के आउटपुट में वोल्टेज 3.3 वोल्ट हो जाता है। डिटेक्टर से संकेत को एक बाहरी रुकावट एमके के रूप में संसाधित किया जाता है।

पावर प्लान विकसित करना सबसे अधिक समय की आवश्यकता है। ऊर्जा के तीन स्रोत हैं: एक बाहरी नेटवर्क, एक सौर पैनल और एक अंतर्निहित बैटरी। बाहरी बिजली इनपुट पर गैल्वेनिक रूप से पृथक डीसी-डीसी कनवर्टर स्थापित किया गया है। इनपुट रेंज 9-36 वोल्ट है, आउटपुट 5 वोल्ट है।

सौर बैटरी के साथ काम करने के लिए, अंतर्निहित एमपीपीटी फ़ंक्शन (अधिकतम पावर ट्रैकिंग) के साथ एक विशेष चरण-अप कनवर्टर माइक्रोक्रिचट का उपयोग किया जाता है। इस विधि का उपयोग फोटोमोड्यूल्स की अधिकतम संभव उत्पादन शक्ति प्राप्त करने के लिए किया जाता है।

सर्किट 2 स्व-स्विचिंग पावर मल्टीप्लेक्सर्स का उपयोग करता है स्वचालित रूप से एक शक्ति स्रोत का चयन करने के लिए। इस स्विचिंग स्कीम में त्रुटियां की गईं। बैटरी कम होने पर बिजली बंद करने का कोई तरीका नहीं है। और, शायद, डिवाइस को खिलाए बिना सौर बैटरी को चार्ज करने के लिए यह अधिक सही होगा। कम रोशनी की स्थिति में, बैटरी को धीरे-धीरे चार्ज करने के लिए बिजली पर्याप्त होगी, लेकिन यह डिवाइस को स्वयं पावर देने के लिए पर्याप्त नहीं होगा।

ट्रेसिंग के बाद, बोर्ड ने निम्नलिखित फॉर्म का अधिग्रहण किया:

एक पारदर्शी मामले के साथ एक कमरे का मामला चुना गया था। निर्माता से विकल्प बहुत काम आया - दबाव को बराबर करने के लिए एक तत्व (इसके नीचे फोटो में कनेक्टर्स के बाईं ओर है)। यह आवास के अंदर और बाहर समान दबाव सुनिश्चित करता है, जो अंदर स्थित एक प्रेशर सेंसर के लिए आवश्यक है, और प्रेशर ड्रॉप्स पर डिवाइस की अधिक जकड़न भी प्रदान करता है। M12 औद्योगिक कनेक्टर्स का उपयोग बाहरी सेंसर, बिजली और संचार को जोड़ने के लिए किया जाता है। M12 कनेक्टर उच्च जकड़न और एक विश्वसनीय विद्युत कनेक्शन प्रदान करता है। एक रैक पर आवास स्थापित करने के लिए, पानी के पाइप के लिए फिटिंग पूरी तरह से फिट होती है।

प्रदर्शनी करीब आ रही थी, लेकिन सौर ऊर्जा सर्किट अभी तक डिबग नहीं किया गया था, इसलिए बाहरी शक्ति और वायर्ड इंटरफ़ेस का उपयोग करने का निर्णय लिया गया था।

फर्मवेयर जल्दी से लिखा गया था, एक शुरुआत के लिए हमने खुद को सभी सेंसरों को मतदान करने के लिए सीमित किया, मापदंडों को प्रदर्शित किया और आरएस -485 वायर्ड इंटरफेस के माध्यम से डेटा का आदान-प्रदान किया। पीसी के लिए एक प्रोग्राम लिखा गया था जो स्टेशन और मापदंडों के आउटपुट के साथ एक्सचेंज को लागू करता है।

एक पावर इंजेक्टर के साथ एक कंप्यूटर डिज़ाइन किए गए एडाप्टर USB - RS485 से कनेक्ट करने के लिए। इस मामले को सोल्डवर्क्स में डिज़ाइन किया गया था, यह इनसाइड्स पर विचार करने की संभावना के लिए पारदर्शी शीट प्लास्टिक से बना है। यह लेजर कटिंग का उपयोग करके निकटतम विज्ञापन कार्यशाला में बनाया गया था। यह मेरी राय में, बहुत अच्छा निकला।

24V एसी-डीसी कनवर्टर का उपयोग स्रोत के रूप में किया जाता है। USB-UART कनवर्टर प्रिय FTDI FT232, UART-RS485, टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स से ही मौसम स्टेशन के रूप में एक ही समाधान पर आधारित है।

प्रदर्शनी में, मौसम केंद्र ने गहरी रुचि जताई। हमारे बूथ पर आए मौसम उद्योग के पेशेवरों ने इसे शिल्प कहा, छात्रों ने इसकी पृष्ठभूमि के खिलाफ तस्वीरें लीं, हम संतुष्ट थे।

प्रदर्शनी के बाद, मैं छत पर स्टेशन स्थापित करने के लिए उत्सुक था, गंभीर तत्वों का परीक्षण करने के लिए। आधार को तात्कालिक सामग्रियों से इकट्ठा किया गया था। अब उपस्थिति ने हमें परेशान नहीं किया, मुख्य बात विश्वसनीयता है। परिणाम एक हेयरपिन और चेन से लड़के की छड़ के साथ एक कठोर डिजाइन था। एक तूफान से बच!

स्टेशन एक आवासीय भवन की छत पर स्थापित किया गया था। अपार्टमेंट में 5 मंजिलों के माध्यम से छत से मुड़ जोड़ी को खींचने के लिए एक बहुत ही रोमांचक शगल था।

ऑपरेटिंग अनुभव

स्वाभाविक रूप से, जैसे ही तापमान शून्य से नीचे चला गया, बारिश संवेदक कसकर जम गया। वह अभी भी नहीं जानता कि बर्फ का पता कैसे लगाया जाए। विकास की प्रक्रिया के दौरान, मैंने देखा कि कारीगरों ने इस सेंसर में हीटिंग के लिए शक्तिशाली प्रतिरोधों का निर्माण किया, लेकिन मुझे यह तरीका पसंद नहीं आया। भविष्य में मैंने एक साधारण वर्षा डिटेक्टर विकसित करने का फैसला किया, यह कुछ इस तरह दिखता है:

इसके संचालन का सिद्धांत निम्नानुसार है: एक मुद्रित सर्किट बोर्ड है जिसमें एक मास्क द्वारा कवर नहीं किए गए कंडक्टर के जोड़े हैं; जब पानी बोर्ड की सतह में प्रवेश करता है, तो उनके बीच प्रतिरोध कम हो जाता है। ठंड के मौसम में काम करने के लिए सेंसर के लिए, मुद्रित सर्किट बोर्ड को गर्म करना आवश्यक है।

कामकाजी गीगर काउंटर खोजने के लिए भी एक समस्या थी। दो SBM-20s स्टॉक में थे, लेकिन दोनों काम नहीं कर रहे थे। अब डिवाइस में एक अज्ञात छोटा गीगर काउंटर है, जिसे निचले बाएं कोने में बोर्ड पर देखा जा सकता है।

इस स्तर पर, सभी प्रयास सॉफ्टवेयर को अंतिम रूप देने और मौसम केंद्र के लिए वेब सर्वर बढ़ाने पर केंद्रित हैं। WeeWX ओपन सोर्स सॉफ्टवेयर पाया गया, यह अधिकांश मौसम स्टेशनों के साथ संवाद कर सकता है, डेटाबेस पर अपनी रीडिंग लिख सकता है, ग्राफ़ और वर्तमान रीडिंग आदि के साथ एचटीएमएल पेज जेनरेट कर सकता है। एक ड्राइवर को WeeWX के लिए लिखा गया है जो हमारे एक्सचेंज प्रोटोकॉल को लागू करता है।

हमारे मौसम केंद्र की रीडिंग वाला एक पृष्ठ यहाँ देखा जा सकता है । हालांकि यह विकास में है, डेटा सही ढंग से प्रदर्शित नहीं हो सकता है।

महत्वाकांक्षी विचारों में से एक अल्ट्रासोनिक हवा की दिशा और गति संवेदक विकसित करना है, इसका यांत्रिक लोगों पर एक बड़ा फायदा है - यह टुकड़े होने के कारण स्टाल नहीं कर सकता है। अल्ट्रासोनिक प्रकार के एनेमोमीटर के संचालन का सिद्धांत ध्वनि की गति को मापने पर आधारित है, जो ध्वनि प्रसार पथ के सापेक्ष वायु गति वेक्टर (हवा की दिशा) के उन्मुखीकरण के आधार पर भिन्न होता है।

यह डिजाइन इस प्रकार दिखता है।

रेडमीन में बिताए समय के निशान को देखते हुए, लोहे के हिस्से को विकसित करने में लगभग एक महीने का समय लगा। इस समय का बहुत से सिस्टम घटकों को चुनते समय विभिन्न सेंसर और आत्मा-फेंकने की प्रशंसा करते हुए बिताया गया था। लगभग दो सप्ताह सॉफ्टवेयर पर खर्च किए गए थे, और एक सप्ताह के लिए इसे WeeWX के लिए एक ड्राइवर विकसित करने में लगा।

कुल मिलाकर, यह परियोजना मेरे लिए बहुत दिलचस्प रही, मौसम संबंधी माप की दुनिया में एक रोमांचक यात्रा की गई।

मैं मौसम केंद्र के निर्माण में उनकी सक्रिय भागीदारी के लिए ana_lazareva को भी धन्यवाद देना चाहूंगा ।

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