Nie do końca Amatorska Stacja Meteorologiczna – Część 1

Nie do końca Amatorska Stacja Meteorologiczna – Część 1

Witajcie, długo już nie mogłem znaleźć czasu aby napisać kolejny wpis na blogu. Dziś wziąłem się w garść i postaram Wam się przybliżyć moje zmagania ze stacją meteorologiczną.
W zasadzie jest to Amatorska Stacja Meteo która dorównuje a nawet przewyższa funkcjonalnością nie jedną stację meteo na rynku.

Stacja meteo zbudowana przeze mnie posiada jedną wielką zaletę a mianowicie może działać samodzielnie i wysyłać dane na serwer mysql, a za pomocą html, php oraz css wyświetlane są dane na stronie internetowej http://meteo.avrtech.pl.

7 Marca 2016 roku opublikowałem na blogu stację meteo kolegi: http://avrtech.pl/2016/03/07/projekt-od-anonimowy-e-meteo/ kiedy ja byłem już za półmetkiem budowy swojej stacji, bynajmniej tak mi się wydawało, że to jest półmetek :) na forum http://forum.atnel.pl kolega anonimowy opublikował swój projekt stacji meteo.

13 czerwca 2016 roku na blogu pojawił się wpis dotyczący druku 3D a dokładniej osłony radiacyjnej dla czujników stacji meteo: http://avrtech.pl/2016/06/13/obudowa-radiacyjna-czujnikow-stacji-meteo/ Po wydrukowaniu osłony radiacyjnej przyszły kolejne pomysły ale o tym za chwilkę zacznijmy od początku.

Wszystko zaczęło się 24 Sierpnia 2015 roku, o mato teraz dopiero zobaczyłem, że prace nad stacją trwają już ponad rok, a ja mam jeszcze tyle pomysłów na jej udoskonalanie i dodawanie kolejnych czujników jak i rozbudowę strony internetowej. Wracając do daty 24 sierpnia 2015 roku, to wtedy zacząłem planować i rozmyślać nad stacją meteo, można powiedzieć, że to wtedy rozpoczęły się prace nad amatorską stacją meteo gdyż dokładnie tego dnia stworzyłem pierwszy prosty schemat jak i płytki PCB lecz ten projekt trafił do kosza. Następnego dnia rozpocząłem prace od 0.

Pierwsza wersja schematu jak i płytki do stacji meteo była bardzo uboga, nie zawierała przetwornicy step down i złożona została na próbę, pracowała na biurku i choćby wydawać się mogło nie rozpocząłem prac od czujnika temperatury DS18B20 czy też czujnika ciśnienia BMP180 lub czujnika wilgotności DHT22. Pracę nad stacją rozpocząłem od czujnika prędkości wiatru.
Czujnik prędkości wiatru jaki wykorzystałem do budowy stacji meteo jest trudno dostępny w Polsce a zamówienie go z zagranicy jest praktycznie nie możliwe jeżeli nie ma się kogoś kto na miejscu zamówi go za nas i po prostu nam go prześle co wiąże się z dodatkowymi kosztami wysyłek, nie raz cła czy opłaty VAT. To samo tyczy się czujnika kierunku wiatru jak i opadu.

Czujniki jakie wykorzystałem do budowy stacji meteo to:
– czujnik prędkości wiatru to Wind Speed Sensor for N96FY a dokładniej to Anemometr, producent podaje, że jedno zwarcie kontaktronu w ciągu 1 sekundy to 0.24 km/h (1 Hz) mierzy prędkość wiatru zwierając obwód poprzez kontaktron.
– czujnik kierunku wiatru to Wind Direction Sensor for N96FY/N96GY działa on na zasadzie odczytu ADC – mierzymy napięcie analogowe. Czujnik wskazuje 8 różnych kierunków wiatru, zasadę jego działania opiszę w dalszej części wpisu.
– czujnik opadu to Rain Gauge for N25FR/N96FY/N96GY jest to czujnik o budowie korytkowej, gdzie opad zbierany na górze czujnika przelewając się przez sito przechyla korytko i wylewa się po za czujnik. Tutaj należy zapamiętać, że każde przechylenie korytka to 27mm na 1 metr kwadratowy
– czujnik temperatury DS18B20, dlaczego akurat ten skoro kolejne czujniki również mierzą temperaturę? Odpowiedź jest prosta ma on najlepsze parametry oraz zakres temperatur.
– czujnik ciśnienia BMP180, mimo iż aby określić ciśnienie atmosferyczne czujnik najpierw musi zmierzyć temperaturę to został on stworzony do odczytu Ciśnienia Atmosferycznego a nie do mierzenia temperatur a jego dokładność 1 stC +/- 5%
– czujnik wilgotności DHT22 jest czujnikiem wilgotności, nie użyłem tańszego DHT11 ze względu na jego słaby zakres pomiarów, DHT22 zaprojektowany został do pomiaru wilgotności otoczenia a jego dokładność pomiaru temperatury to 0,5 stC +/- 5%, stąd też dodatkowo pojawił się DS18B20

W planach dodatkowo jest czujnik burz oraz promieniowania UV i jeszcze parę opcji świata mi w głowie tylko czas strasznie szybko leci.

Założeniem było aby stacja mogła działać samodzielnie dlatego też płytka stacji meteo została osadzona w obudowie hermetycznej OBO T100 N/T rozgałęźna 151x117x67 IP 66  i to było strzałem w dziesiątkę. Z tego rozwiązania w kolejnych wersjach stacji nie zrezygnowałem. Dodatkowo dorobiłem jej uchwyt (Druk 3D) aby można było bez problemu i bez utraty szczelności zamontować ją na maszcie który został wykonany z profili aluminiowych zamkniętych o wymiarach 20x20mm jak i 30x30mm dokładnie z takich o 2mm grubości ścianki.profil aluminiowy

W pierwszej wersji profile po prostu zostały skręcone ze sobą a czujnik prędkości wiatru został zamontowany łopatkami w dół.stacja_600_450

Szybko się okazało, że taki montaż czujnika prędkości wiatru ma swoje wady. Pierwsze roztopy mrozu i wieczorne ujemne temperatury zamroziły czujnik prędkości wiatru. Otworem przez który wychodzi przewód leciała woda do tego stopnia, że cała wewnętrzna część czujnika została zamrożona.
Demontaż czujnika i rozebranie go na części pierwsze pokazały, że tak nie wolno montować czujnika prędkości wiatru. W środku była bryła lodu którą roztopiłem pod ciepłą bieżącą wodą, w efekcie uszkodził się kontaktron. Szybka wymiana kontaktronu i przebudowa umiejscowienia czujnika prędkości wiatru łopatkami do góry pozwoliła przeżyć czujnikowi całą zimę jak i kolejne miesiące. W chwili pisania artykułu czujnik nadal działa :) Czujnik opadu deszczu oraz prędkości wiatru został zamontowany na maszcie.

Przyszedł czas na osłonę radiacyjną, która  została zbudowana a w zasadzie składana przez 3 dni z podstawek od doniczek co nie wygląda ani ładnie ani estetycznie a już na pewno nie spełnia swojego zadania i nie chroni w znacznym stopniu przed opadami, promieniowaniem słonecznym, grubość ścianki podstawek od doniczek jest po prostu za cienka. Z biegiem czasu udało mi się zaprojektować osłonę radiacyjną o odpowiednich kształtach, wymiarach aby zastąpić tę z podstawek od doniczek. Same nawiercenie otworów i starania precyzyjnego wykonania w podstawkach zajęło dobre kilka godzin, przyszedł czas na skręcanie podstawek ze sobą, tutaj niestety czasu trzeba było poświęcić sporo czasu a to nie pasowały otwory a to za luźna była podstawka. Zmagania ze skręceniem osłony radiacyjnej trwały dobre 3 dni i nigdy więcej nie będę skręcał tych nakrętek na szpilki. W przypadku tej osłony pomiędzy talerzykami skręcone zostały po 4 sztuki nakrętek na każdą szpilkę oraz po jednej na górze i dole co dało łączną ilość około 174 nakrętek nakręconych na 12 centymetrowe 3 szpilki. Efekt wizualny takiej osłony radiacyjnej jest łagodnie pisząc nie do przyjęcia.

W osłonie radiacyjnej zamontowane zostały 3 czujniki,
– czujnik temperatury DS18B20
– czujnik wilgotności DHT22
– czujnik ciśnienia BMP180
po kilku dniach budowy stacji i pisania programu na Atmega32 czujnik ciśnienia przestał działać. Czujnik ten jest bardzo wrażliwy na wysoką wilgotność powietrza, a w moim przypadku gdzie do Wisły jest około 100m otwartego terenu, wilgotność wieczorami i nocą jest wysoka to wszystko doprowadziło do śmierci czujnika.
Rozpocząłem kolejne testy pomiarowe czujnika które wykazały, że czujnik ciśnienia umieszczony w osłonie radiacyjnej ma 1hPa więcej niż taki sam czujnik umieszczony w obudowie OBO T-100 IP66.

Mając już pierwszą płytkę PCB i będąc w trakcie pisania programu zmuszony byłem do kolejnej przebudowy schematu jak i płytki w taki sposób aby nie umieszczać czujnika BMP180 w osłonie radiacyjnej, a umieścić go wprost na płytce stacji meteo która docelowo miała trafić właśnie do tej obudowy. Czujnik BMP180 komunikuje się z uC za pomocą magistrali I2C, dzięki umieszczeniu czujnika na płytce meteo pozbyłem się kolejnego elementu który stwarzał kłopoty a mianowicie długość magistrali I2C, która powinna pracować w obrębie płytki PCB i w tym wypadku ten wymóg został zachowany. Po zakończeniu zmiany płytki oraz przeniesieniu elementów elektronicznych na nową płytkę przyszedł czas na pisanie programu.

Program działał bez problemu przez całą zimę więc przyszedł czas na drobne poprawki PCB i zamówienie płytek w firmie tak aby płytka była profesjonalnie wykonana posiadała ochronę (soldermaskę). W kwietniu 2016 roku zainstalowałem w stacji nową płytkę, kóra również nie stwarza żadnych problemów czy też błędów w działaniu programu.

 

Spoglądając powyżej ile treści zostało już napisane we wstępie stwierdziłem, że opis stacji meteo zostanie podzielony na kilka części.

Jeżeli doczytałeś do tego momentu oznacza, że wpis Ciebie zainteresował w takim przypadku proszę o pozostawienie po sobie śladu w komentarzu :) a ja zabieram się za przygotowanie kolejnej części wpisu.

Informacje o: majeś

POLECANE POSTY

Komentarze:

  1. Temat artykułu  jest całkowicie trafiony, bo już po opisie widać bardzo profesjonalne podejście do zagadnienia stacji meteorologicznej.
    Podoba mi się również sposób opisywania, bardzo dobrze się to czyta :)

    Jak widać, temat ten nie jest prosty i tylko na podstawie wielu prób i błędów udaje się uzyskać taki zadowalające efekty. Podziwiam, że pomimo różnych problemów, przeciwności nie porzuciłeś projektu, tylko jeszcze bardziej go udoskonalałeś.

    No, a dostęp do druku 3D to już normalnie miodzio, ogranicza nas tylko własna wyobraźnia.

    Z niecierpliwością czekam na dalszy opis i więcej zdjęć konstrukcji.

    1. Bardzo dziękuję za miły komentarz. Jestem aktualnie w trakcie pisania kolejnego artykułu. Cieszę się również, że dobrze się czyta moje wpisy, jak do tej pory były to skrótowe opisy, dopiero raczkuję w pisaniu artykułów a chciałbym aby były one źródłem informacji dla wielu osób dlatego też wszelkie komentarze i podpowiedzi dotyczące wpisów są mile widziane.

      Pozdrawiam

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *