Как сделать самодельный анемометр (измеритель скорости ветра)

Cамодельный анемометр

Опубликовано 17.09.2013 21:06:00

Автор: roman2205

История такова. Перед тем как тратить деньги на большой проект ветряка решил сначала сделать анемометр, который покажет есть ли у меня ветры. А потом будет как дополнительный датчик для тормозной системы, который будет оповещать, что поднялся сильный ветер.

Должно было получиться что-то вот такое

Этапы изготовления самого датчика:

Корпус сделал так: взял кусок квадратной трубы в ней вырезал окошко, чтобы через него потом смонтировать начинку (кстати окошко вырезал с температурой, но так мне очень хотелось это сделать, что встал и пошел пилить). Затем внутрь приварил пластину (держатель внутреннего подшипника), тогда приварил низ (держатель нижнего подшипника). Когда решил делать верх задумал сделать скатную крышу-для этого вырезал четыре треугольника и аккуратно поприхватывал, а затем проварил полностью и так сделал заостренный козырек. Тогда зажал в тиски и сверлом на 0,5 мм меньше, чем диаметр подшипника просверлил вертикально отверстие в нижние крышке и в средние, оба для подшипников. Чтоб подшипники стали с натяжкой подгонял разверткой. Подшипники встали как родные. Затем в них вставил чуть-чуть подшлифованный гвоздь 100-ку при этом в середине окошка надев на него пластмассовую шаийбу с 4-мя прорезями. На гвозде снизу нарезал резьбу и на нее накрутил крыльчатку.

Крыльчатку изготовил так: к гайке электродом двойкой приварил три гвоздя потом их обрезал и на концах нарезал резьбу которой прикрутил половинки от мячика.

К корпусу приварил держатель- шестигранный пруток из нержавейки. Сам корпус покрасил белой эмалью два раза, чтобы точно не ржавел.

Решил не придумывать велосипед, а сделать так как в компьютерной мышке, есть пластмассовая шайба с четырьмя прорезями на оси вращения, когда крыльчатка крутится то крутится и шайба при этом проемы мелькают над датчиком, который крепится к передней крышки и когда крышка прикручивается, то он как раз становится так что шайба с прорезями крутится и заступает и отступает световой поток от светодиода к фототранзистору. Все… тут вам и импульсы, а их можно посчитать и иметь количество оборотов в секунду.

Светодиодиодно – фототранзисторный датчик выдернул из принтера, там таких навалом.

Сначала сделал из теннисных мячиков

Пришлось немного модифицировать прибор. На крыльчатка от теннисных мячиков он стартовал при ветре 5м/с. были куплены мячики в магазине детских игрушек диаметром 55 мм. Стартует при 2м/с и ведет измерения до 22 м/с, Мне хватаєт.

После того как датчик был готов. Надо было сделать электронику.

Первый вариант был самодельный ЛУТ технология + зеленая маска из Китая, сохнет под ультрафиолетом.

55 на фотографии это оборотов в секунду. Надо было как-то перевести в м/с. Долго думал как, достал даже два анемометры старый еще с СССР и китайский за 50 $, но с поверкой возникли проблемы, потому что ветер порывистый и не дует стабильно.

Поэтому придумал так: в выходной день я с Папой нашли за городом 2 км ровной дороги без машин, без ветра и с обеих сторон посадка деревьев (Папа за рулем а я сидел наполовину за окном) и давай гонять взад вперед. Сначала выставил СССР-кий и китайские анемометры я убедился, что они оба показывают одинаково и правильно, потому что если разделить скорость на спидометре машины на 3,6 то получалась цифра которую показывали анемометры в м/с. Папа ехал с одинаковой скоростью и приборы показывали одинаковый ветер. Таким образом я и проверял свой прибор. Папа добавлял каждый раз +5 км в час, а я записывал новый показатель (оборотов в секунду). Замеры провел трижды. Когда мы ехали более 80 км/ч (22м/с) мой анемометр уже не мог раскрутиться и цифра замирала, потому более 22м/с он не измеряет.

Кстати, Китайский показывал до 28м/с. СССР-кий до 20м/с. Когда установил его в месте с доработанной программой, еще раз сверил с китайским все сошлось.

Сейчас переделывается под Ардуино.

В планах это докрутить в систему умного дома, чтобы можно было со смартфона заходить и управлять нагрузками в доме, смотреть температуру в доме (для меня это актуально, просто порой газ выключают зимой и хорошо видеть какая температура) будет еще датчик газа, и плюс будет отображаться скорость ветра у дома.

Видео работы

Результаты работы за зиму

с-сть — часов за зиму
0 м/с — 511,0
1 м/с — 475,0
2 м/с — 386,5
3 м/с — 321,2
4 м/с — 219,0
5 м/с — 131,5
6 м/с — 63,3
7 м/с — 32,5
8 м/с — 15,4
9 м/с — 9,1
10 м/с — 5,0
11 м/с — 3,5
12 м/с — 2,2
13 м/с — 1,3
14 м/с — 0,8
15 м/с — 0,5
16 м/с — 0,5
17 м/с — 0,2
18 м/с — 0,0
19 м/с — 0,1

По результатам за две зимы я увидел что ветры у меня не сильные и ветряк будет не эффективен, поэтому сделал маленький с лопастями по 50см. мощностью в пику 150 Вт. Сделал просто, чтобы хотя бы одна экономная лампочка светила когда свет пропадет.

Теперь немного о Arduino.

Нашел в Интернете схему работы мышки, она наглядно иллюстрирует как работает моя система.

Отталкиваясь от схемы мышки я сделал следующую схемку.

Импульсы поступают с фототранзистора на Arduino, а он воспринимает их как нажатия кнопки.

Алгоритм работы программы таков: Считаем сколько нажатий кнопки произошло за одну секунду вот и имеем частоту вращения. Для того чтобы эту частоту перевести в м/с. еще когда я делал на Атмел я сделал алгоритм расчета частоты в м / с. Выглядел он так:

int ob_per_sec=0; // Переменная в которую попадает частота оборотов в секунду.

int speed_wind=0; // Сюда будет попадать значение после пересчета частоты в м/с.

int speed_wind_max=0; // Сюда попадает максимальное значение показаний ветра м/с.

int speed_wind_2=0; // К-во секунд с начала работы программы со скоростью ветра 2 м/с.

int speed_wind_3=0; // К-во секунд с начала работы программы со скоростью ветра 3 м/с.

int speed_wind_4=0; // К-во секунд с начала работы программы со скоростью ветра 4 м/с.

int speed_wind_5=0; // К-во секунд с начала работы программы со скоростью ветра 5 м/с.

int speed_wind_22=0; // К-во секунд с начала работы программы со скоростью ветра 22 м/с.

if (ob_per_sec >0 && ob_per_sec 4 && ob_per_sec 7 && ob_per_sec 11 && ob_per_sec 15 && ob_per_sec 18 && ob_per_sec 23 && ob_per_sec 27 && ob_per_sec 60 && ob_per_sec speed_wind_max)< speed_wind_max = speed_wind ;>// проверяем и перезаписываем, если максимальное значение больше чем предыдущее записанное.

И выводим на экран значение.

При необходимости можно затем просмотреть сколько минут дул ветер с определенной скоростью, для этого нужно на экран вывести переменную (с необходимым индексом скорости) speed_wind_№ (но разделить ее на 60, чтобы получились минуты.).

Я у себя в программе сделал так: при нажатии определенной кнопки поочередно выводятся все переменные, от speed_wind_1 до speed_wind_22.

А как же комментарии?

В данный момент еще реализованы не все элементы нашего сообщества. Мы активно работаем над ним и в ближайшее время возможность комментирования статей будет добавлена.

Самодельный анемометр ( Измеритель скорости ветра )

Список форумов » Мастерская Самоделкина
На страницу 1, 2, 3 След.
Следующая тема · Предыдущая тема

АвторСообщение
m.ix

#1 от 22/11/2009 08:26цитата
http://sam-stroy.info/vetryak/PIC.htm

http://sam-stroy.info/img/vetryak/24.1.jpg схемка анемометра на piс16f84

:020000040000FA
:1000000001288316273081008312003039228C00AA
:100010008B2285018601AD01AC01AB01AA01AF01C4
:100020004722472247224722472202302E214722D9
:1000300001302E2147220C302E21472223203C2044
:10004000061CCE29202883302E2147227B302121F7
:100050001130212113302121243021211F30212171
:10006000243021211F3021211D3021211530212153
:100070002030212147220800C4302E214722113090
:10008000212118302121153021211D3021211F303F
:1000900021211D3021211530212124302121203022
:1000A00021214722080001302E21472223205022FF
:1000B0008B2250225022502250225022E6223823F6
:1000C000C0302E21472278302121113021211D30CE
:1000D0002121F030212121210C1D7B28F03021210C
:1000E00021214830212101302121F03021212121FD
:1000F0002121212186284830212101302121003071
:10010000212121212121F03021212121CC302E213A
:100110000C1C912800302121FE30212101302121A9
:10012000A0288C189A28F030212101302121F030AC
:100130002121A0280130212100302121F03021216E
:10014000333021218B22A5205E28831618308500AC
:1001500083120C18C0288C18D9287E308D00FF30EF
:10016000980009213821980BB12800008D0BAF2889
:1001700000005F30980009210921980BBB28F32863
:100180000C308D00FF30980009213821980BC428CD
:1001900000008D0BC2280000FD30980009210000EE
:1001A000980BCE28000000000000000000000000B6
:1001B000F3280A308E007E308D00FF309800092130
:1001C0003821980BDF2800008D0BDD2800008E0BF6
:1001D000DB2800000C308E00923098000921980B2B
:1001E000EE288E0BEC2800000000831610308500EE
:1001F0008312092101089B009A019A0A851585112D
:100200000000010803111B020319FD289A099A0A2C
:1002100008000B1D1729FF3003111C02031D1429B0
:100220009D0A9C010B1120299C0A0B11202900001A
:1002300000000000000000000000000000000000BE
:10024000080005149900303E86003F221908303E10
:100250009800180E86003F22190808000510990022
:1002600086003F2219089800180E86003F220800D9
:10027000861C4129861D8129061D9929061CCE2927
:100280000800AF1958290C1849298C184B298C14CF
:100290004D290C104D298C100C140C0888000030CE
:1002A00089005B225022861C53298B2247225F281B
:1002B000861C5829F530A7000430A8008C130C19AF
:1002C0008C170C138C180C178C120C188C160C082D
:1002D0008800003089005B222D08880003308900E7
:1002E0005B222C088800043089005B222B088800E0
:1002F000053089005B222A088800063089005B22CD
:100300008C29F530A7000430A8004722861D8129DA
:10031000AF199629AF15682238215022A70B8C29D6
:10032000A80B93295F28F530A7008C29AF118B22E9
:100330005F28AF19AC290C199F290C15A1290C11A4
:10034000A1290C088800003089005B225022061D7C
:10035000A7298B2247225F28061DAC29F530A7006C
:100360000430A8008B22033039229D00043039224A
:100370009C00053039229B00063039229A0000305B
:1003800039228C000C118C1B0C158C100C1B8C143E
:100390000C108C1A0C14E62238238C29AF18D329A0
:1003A000D621AF14DC29D621AF105328061CD6293C
:1003B0004722061CD629080001302E2147223C2066
:1003C00047228B22E62286302E2147220030130757
:1003D000031DF229F030930000301207031DF229AB
:1003E000F030920013082121120821211108212147
:1003F000FE30212110082121F03021218C302121D3
:10040000FF302121333021214722061CCE298B22A7
:1004100083161830850083127E308D00FF309800DF
:1004200009210000061C252A000000000000980B8E
:10043000102A00008D0B0E2A00005F309800092161
:100440000921980B1F2A0000000083161030850038
:100450008312092101089B009A019A0A85158511CA
:100460000000010803111B0203192D2A9A099A0A98
:10047000E2298900831608148312080808008514ED
:100480000000851019309800980B442A0800FF30AE
:1004900098000000000000000000980B492A0800A6
:1004A000FF308D00061CCE29FF309800980B562A8D
:1004B0008D0B522A08008316081508125530890042
:1004C000AA3089008814081E632A081183120800C4
:1004D000C0302E21123021217E30212128302121CF
:1004E0001F302121B0302121F03021211330212172
:1004F0007B3021217530212124302121F030212130
:100500007430212111302121783021211F30212107
:100510001D30212108008316103085000F30860021
:10052000831285119001910192019301940195012B
:1005300096019701A001A1019A019B019C019D01D7
:100540008B0181010034F030212121211708212164
:1005500016082121150821211F0821211408212115
:1005600013082121120821211E082121110821210F
:10057000DA2B20082121170821211F082121160824
:10058000212115082121140821211E0821211308E9
:1005900021211208212111082121FE302121DA2BED
:1005A000F0302121212117082121160821211F08BF
:1005B00021211508212114082121130821211E08B9
:1005C00021211208212111082121DA2B1D08AD005B
:1005D0001C08AC001B08AB001A08AA00031020304E
:1005E0008D00940193019201910190019A0D9B0D50
:1005F0009C0D9D0D900D910D920D930D940D8D0BF5
:100600001D2B14080F39A000130E0F399700130883
:100610000F399600120E0F39950012080F39940009
:10062000110E0F39930011080F399200100E0F3977
:10063000910010080F3990000800103084002D231D
:10064000113084002D23123084002D2313308400B8
:100650002D23143084002D23F62A033000078E004A
:100660008E198000303000078E008E1B8000003411
:1006700080302E21FE309E009F007130A2000C19A8
:100680001D30A100B530A3000C18492B8C186E2B1F
:10069000A42B003003111707031DA32AF030970085
:1006A00000301607031DA32AF0309600003015070E
:1006B000031DA32AF03095009F008A300C1D1D30C9
:1006C000A10000301407031DA32AF030940000306D
:1006D0001307031DA32AF0309300A32A003003114F
:1006E0002007031DB92AF030A00000301707031DB2
:1006F000B92AF03097009F008A300C1D1D30A100F0
:1007000000301607031DB92AF03096000030150797
:10071000031DB92AF030950000301407031DB92AD3
:10072000F03094009E00F0300C1D8A30A1000030A3
:100730001307031DB92AF030930000301207031D80
:10074000B92AF0309200B92A003003111707031DAF
:10075000D02AF030970000301607031DD02AF03061
:1007600096009F008A300C1D1D30A1000030150737
:10077000031DD02AF030950000301407031DD02A45
:10078000F030940000301307031DD02AF03093009E
:100790009E00F0300C1D8A30A10000301207031DAE
:1007A000D02AF030920000301107031DD02AF0301B
:1007B0009100D02A10082121F03021212108212187
:0A07C000220821212308212108004E
:02400E00F23F7F
:10420000A500000000000000000000000000000009
:10421000000000000000000000000000000000009E
:10422000000000000000000000000000000000008E
:10423000000000000000000000000000000000007E
:10424000000000000000000000000000000000006E
:10425000000000000000000000000000000000005E
:10426000000000000000000000000000000000004E
:10427000000000000000000000000000000000003E
:00000001FF

==============
Самодельный анемометр (Измеритель скорости ветра)
Тут две сложных части.
1 Датчик измерения – вентилятор
2 То что имеряет, можно тахометр, одометр можно использовать.

Вентиляторы вибираем те что с подшипниками качения (шариковые подшипники) и что бы их там стояло два.
Если один будет sleeve скольжения, то свободы вращения лопастей ни какой не будет.

Аккуратно разбираем кулер.
Аккуратно демонтируем внутренности (катушки, платы, магниты)

Мне пришлось два кулера минимум купить.
Первый оказался с одним подшипником качения.
Второй с обеими, но он был маленький.
Вот что собсна получилось на начальном этапе.

Оба кулера разобрал.
И у того где два подшипника было снял и ось на которой они крепятся и приклеил к большому.




Для усиления чуствительности делаю внутренний конус и внешнюю кайму.

Конус к сожалению пока не приклеивается.
По идее датчик анемометра должен иметь маленький размер.
Но такого кулера нету в продажи с большими лопастями, они у него короткие ну и отсюда чуствительность меньше.
А большой кулер освобождённый от внутренних магнитов и железок, замечательно вращается при лёгком дуновении ветерка.

Самодельный анемометр

Собираясь осенью и или зимой на работу не всегда в темное время суток понятно, какая погода за окном, в частности какой ветер. Я думаю при сильном ветре полезно одеть детей потеплее, да и самому не плошать. При ненастье также любопытно знать скорость бушующего за окном ветра. Вспоминая поговорку «готовь сани летом», решил летом построить своими руками анемометр. Опыт создания самодельных анемометров (измерителей скорости ветра) был, но конструкции создавались давно на старой электронной базе в 80 х годах прошлого века и время их не пощадило. Утилизируя очередной видеомагнитофон, решил оставить от него след на Земле. Во всех видеомагнитофонах есть блок вращающихся головок. Это прецизионный узел высокой точности и надежности — сердце каждого видеомагнитофона. Узел сделан из нержавеющего металла с осью вращающейся головки на герметичных подшипниках.

Как сделать анемометр своими руками

Узел вращения блока готлвлк становится теперь сердцем анемометра. После удаления лишних деталей (вращающего трансформатора, магнитной головки и деталей двигателя) остался металлический каркас вращающейся головки с осью, неподвижная часть с блоком подшипников и шайба крепления двигателя. Узел довольно массивный, поэтому будущий анемометр будет предназначен больше для измерения скорости ветра от среднего до сильного. В принципе эти измерения и необходимы.

1. Доработаем головку вращения. Просверлим сверлом по металлу в боковой поверхности

вращающейся части 3 отверстия диаметром 4мм для крепления чашек. При сверлении ориентируемся на три отверстия в головке для крепления внутренних узлов.

2. Вставим в отверстия винты М4 длиной 10мм, для лучшего контакта с чашками из велосипедной камеры вырежем ножницами резиновые шайбы для предотвращения вращения чашек анемометра.

Сверлим отверстия Резиновый шайбы Винт с резиновой шайбой

3. В качестве чашек применены пластмассовые кружки, специально купленые в магазине за 7 рублей. Каждая кружка доработана:

— на боковой поверхности в районе бывшей ручки просверлено отверстие диаметром 4мм.

Кружки для анемометра Кружка для анемометра Отверстие в чашке

4. Прикручиваем чашки к узлу вращения, используя шайбу и гайку. Прикручиваем аккуратно, не повредив стакан. Обратите внимание, чтобы выступающие части резиновой шайбы не касались при сборе неподвижного узла. Собираем конструкцию и проверяем легкость вращения.

Крепим чашку Чашка прикручена Чашки прикреплены

Узел вращения собран. Теперь необходимо подумать об установке датчика вращения и о креплении узла. В качестве датчика оптимально применить геркон, срабатывающий от магнита, закрепленного на вращающемся узле. Частоту импульсов вращения можно преобразовать в оценку скорости ветра при помощи аналоговых или цифровых схем. Но можно пойти более простым путём – использовать велокомпьютер.

Установим в анемометр датчик велокомпьютера

1. Приклеим магнит

Магнит приклеен Магнит извлечен

на вращающейся части узла. Во время крепления можно заодно провести работу по балансировке узла вращения. Магнит применен от комплекта велокомпьютера, единственно он вынут из пластмассового контейнера с помощью которого он крепится на спицах велосипеда. Балансировка необходима для устранения биений при вращении анемометра и как следствие раскачивания шеста и появления посторонних звуков в узлах крепления.

2. Просверлим в неподвижной части

Датчик установлен Отверстие 7мм

узла отверстие диаметром 7мм и закрепим клеем герконовый датчик велокомпьютера в пластмассовом корпусе. При вклеивании датчика я собрал узел, положил на магнит кусочек картона толщиной 1мм, вставил датчик смазанный клеем в нужном месте в отверстие до касания с картоном и дополнительно промазал клееем. Такой способ установки датчика позволяет сохранить минимальный зазор между магнитом и датчиком и обеспечить надежное его срабатывание.

3. Проверяем работу узла на отсутствия касаний и по надежности срабатывания датчика (проверяем тестером).

Узел крепления

Узел крепления выполнен из уголка купленного в строительном магазине. Уголок двумя длинными винтами прикреплен к неподвижной части. Особенности крепления зависят от конкретного конструктивного исполнения головки видеомагнитофона.

Уголок Уголок доработан Уголок установлен

Подключаем кабель

Кабель датчика удлинен на 7 метров с применением кабеля для построения компьютерной сети. Для удобства подключения на кабель и в разрывы сигнального кабеля велокомпьютера установлены разъемы от вентиляторов и блока питания компьютера. Сам велокомпьютер выполнен в настольном варианте, при помощи медной проволоки прикручен к магнитной системе двигателя видеоголовки. Получилась устойчивая конструкция.

Основание Разъём Настольный вариант

Настраиваем самодельный анемометр

Для настройки показаний анемометра в идеале применить настоящий анемометр. Я за свою жизнь держал в руках это чудо всего раз пять. Поэтому применил стандартный способ, прикрепил анемометр к ручке из дерева. И при езде на автомобиле в безветренную погоду настроил велокомпьютер по совпадению показаний со спидометром. В моем велокомпьютере настройка заключалась в подборе значения радиуса колеса в миллиметрах. Запоминаем величину найденного радиуса (лучше записываем), а то при смене батарейки компьютер забудет настройки.Цель получить суперточные показания не ставилась. Всё — настроено.

Установка анемометра

Анемометр лучше установить на длинный шест вдали от построек или на крышу дома. При монтаже продумываем все действия, готовим инструмент и крепежный материал. Полезно провести установку шеста без анемометра, сделать крепежные отверстия и отверстия для проходки кабеля. Закрепляем анемометр на шесте и аккуратно монтируем конструкцию. Пропускаем кабель внутрь здания и подключаем велокомпьютер.

В каждом простом велокомпьютере есть опции по замеру максимальной скорости, средней скорости за весь пробег, средней скорости за заданный период. Использование этих опций позволит замерить в месте установки анемометра максимальную скорость ветра, среднюю скорость ветра за период и за всё время его работы. Фрагмент работы самодельного анемометра показан на видео.

Самостоятельное изготовление анемометра: подробная схема сборки, монтажа и подключения

Дата публикации: 23 мая 2019

Определить на глаз точную скорость ветра не представляется возможным. Но в этом есть насущная необходимость, тем более что сегодня сила ветра успешно применяется в качестве альтернативного источника электрической энергии. Поэтому для получения точных данных о скорости ветра разработан и сконструирован специальный прибор – анемометр. В зависимости от используемых материалов и выполняемых функций различают несколько моделей анемометров, находящих широкое применение в быту, в лабораториях и на промышленных предприятиях.

Основные виды и варианты использования анемометра

Наиболее распространенные модели анемометра – это:

  • Ручная модель с крыльчаткой, или так называемый лопастной анемометр. Его принцип действия напоминает работу вентилятора, что дало устройству еще одно название – вентиляционный анемометр. Попадая на широкую площадь поверхности лопастей, воздушная масса меняет интенсивность их вращения и позволяет легко рассчитать скорость ветра. От крыльчатки с помощью зубчатого колесного устройства запускается счетный механизм, отмечающий количество оборотов лопастей за единицу времени. Остается только вычислить скорость, которая будет равна произведению длины окружности траектории лопастей и количества оборотов. В числе главного преимущества данной модели – возможность определить не только скорость, но и направление ветра. Область применения лопастного анемометра – измерение параметров воздушных потоков в системах вентиляции и трубопроводах.

  • Чашечный анемометр. Первая модель, сконструированная человеком для измерения скорости ветра. Лопасти устройства напоминают небольшие чашки, последовательно размещенные на концах металлической конструкции и направленные в одну сторону. Принцип работы чашечного анемометра аналогичен действию лопастной модели. Счетчик, «зашитый» в пластиковый корпус, точно определяет количество полных оборотов лопастей за единицу времени. Такой анемометр можно легко сделать своими руками.
  • Термоанемометр – выполняет сразу две функции: определяет скорость и температуру воздушных масс. Принцип работы базируется на законах акустики: прибор улавливает звук, определяет его скорость и рассчитывает скорость ветра, одновременно отмечая его температуру. Электронная «начинка» гарантирует точность измерений и оперативную корректировку данных по мере изменения интенсивности перемещения воздушных масс. Термоанемометр находит широкое применение в ходе лабораторных исследований и контрольных замеров микроклиматических условий на рабочем месте в крупных промышленных цехах.

Принцип действия анемометров всех перечисленных моделей практически одинаков. Закрепленное на высоком шесте устройство поднимают как можно выше и устанавливают в направлении, позволяющем точно уловить движение воздушных масс. Механические анемометры контролируют по поверочному устройству, входящему в комплект поставки. На индукционных моделях показания, выраженные в метрах в секунду, отображаются на встроенном циферблате.

Чашечный анемометр своими руками: схема устройства

Для изготовления самодельного анемометра в домашних условиях понадобится старая модель видеомагнитофона. Его блок вращения головок станет основой будущей конструкции. Для этого с узла снимают лишние детали, чтобы получить в остатке только каркас с осью, блок подшипников и шайбу для крепления двигателя. Всего перечисленного вполне достаточно для замеров и расчета энергии ветра. Для дальнейшей работы потребуются домашние электроинструменты и немного терпения:

  • Во вращающейся части высверливаются отверстия диаметром 4мм, на которых будут устанавливаться чашки лопастей. Три отверстия на одной из них уже есть – это места креплений внутренних узлов в разобранном магнитофоне. По ним стоит ориентироваться, выбирая места для оставшихся девяти отверстий.
  • В отверстия вставляют болты типа М4 длиной 10мм. Надежно закрепить чашки и исключить их вращение на оси лопасти помогут резиновые шайбы, вырезанные из старой велосипедной камеры.
  • Теперь нужно взять 4 пластмассовые кружки для воды одного размера и просверлить в дне отверстие 4мм. Ручки чашек срезают «под корень».
  • Чашки крепят на оси, разворачивая их в одном направлении и фиксируя с помощью болтов и резиновых шайб. Полностью собранная конструкция должна легко вращаться под воздействием даже легкого ветра.

Теперь можно собрать конструкцию полностью. Для этого:

  • На вращающуюся часть узла устанавливается и крепится магнит, еще один элемент старого велосипеда. Затем проводится балансировка узла вращения, чтобы исключить одновременное вращение шеста вместе с движущимися лопастями.
  • В качестве счетного датчика можно использовать снятый с велосипеда мини-компьютер. Его приклеивают к неподвижной части узла, закрыв магнит листом картона. Обязательно стоит проверить датчик тестером на быстроту срабатывания.
  • Остается подключить кабель и закрепить на неподвижной части устройства кусок металлического уголка для последующего монтажа конструкции.

Схема подключения и настройки анемометра

Для точной настройки самодельного анемометра потребуется стандартная модель устройства, изготовленная в заводских условиях. В ходе одновременно выполняемых замеров показания обоих приборов должны полностью совпадать. В случае если достать готовую модель устройства не представляется возможным, самодельный анемометр можно проверить в ходе движения автомобиля в условиях полного отсутствия ветра. Количество вращений лопастей должно соответствовать показаниям спидометра. Остается только рассчитать радиус колеса в мм и сделать соответствующий перерасчет по геометрическим размерам анемометра.

После проверки точности измерения можно приступать к установке конструкции на крышу дома. Для этого понадобится достаточно высокий прочный шест, чтобы измеряемый поток воздушных масс не ограничивали расположенные рядом деревья и постройки. И для полного завершения работ остается только подключить электронную часть прибора. Теперь анемометр полностью готов выполнять свою основную функцию – фиксировать точную скорость ветра за окном.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Как сделать анемометр на базе Arduino

Автор этой самоделки однажды столкнулся с вопросом, как можно определить, есть ли ветер в том месте, где он живет. Такой вопрос возник из-за того, что он хотел поставить ветряк для генерации электричества. С помощью этого хитроумного приспособления можно сделать замеры, как часто бывает ветер, с какой средней скоростью он дует и так далее. В качество основы для сбора и обработки информации лежит плата Arduino.

Материалы и инструменты для изготовления анемометра:
– кусок квадратной трубы;
– болгарка;
– сварка;
– подшипник;
– развертка;
– гвозди;
– краска;
– светодиодиодно-фототранзисторный датчик (можно вытащить из принтера);
– схема Arduino;
– минимальный набор инструмента.

Шаг первый. Изготавливаем датчик анемометра
Для изготовления датчика нужно взять кусок квадратной трубы и затем в ней вырезать окошко, через него потом будет происходить установка начинки. Внутри этой трубы нужно приварить металлическую пластину, она будет выступать в качестве держателя подшипника. Потом приваривается еще одна пластина для фиксирования нижнего подшипника.

Верх автор решил сделать в виде скатной крыше. Для этого берется четыре треугольника, сперва прихватывается сваркой, а затем хорошо проваривается.

Далее заготовка зажимается в тиски и диаметром сверла на 0.5 мм меньше, чем диаметр подшипника в нижней крышке и середине сверлится отверстие. Оба они нужны для подшипников. Чтобы подшипники встали на места с натяжкой, размер отверстий подгоняется разверткой. После того как подшипники были установлены, в них был вставлен гвоздь 100-ка. В середине окошка на него надевается пластмассовая шайба с четырьмя прорезями. Снизу гвоздя была нарезана резьба и затем на эту ось была накручена крыльчатка.

Шаг второй. Процесс изготовления крыльчатки
Чтобы изготовить крыльчатку нужно взять гайку и приварить к ней электродом на 2мм три гвоздя. Концы гвоздей обрезаются, и на них нарезается резьба. Затем на концы надеваются половинки от мячика.

В качестве держателя к корпусу был приварен шестигранный пруток из нержавеющей стали. А чтобы корпус не ржавел, он был покрыт белой эмалью.


Чтобы датчик мог считывать информацию, нужна шайба с прорезями. Автор достал ее из старой шариковой компьютерной мышки. Когда прорезь проходит перед светодиодно-фототранзисторным датчиком, он посылает сигнал электронике.

Что касается лопастей крыльчатки, то они сперва были изготовлены из теннисных мячиков. При таком размере лопастей крыльчатка заводится при ветре от 5 м/с. Чтобы сделать крыльчатку чувствительнее, были приобретены мячики диметром 55 мм, в таком случае крыльчатка начинает крутится уже при м/с. При этом измерение ведется до 22 м/с.

Шаг третий. Электронная часть
В качестве электронной схемы автор сперва использовал самодельную ЛУТ схему с добавлением зеленой макси из Китая. Но система не могла показывать скорость ветра в метрах/секунду. Она лишь отображала количество оборотов.




На данный момент идет сборка схемы на Arduino. Принцип работы анемометра автора точно такой, как и компьютерной мышки. Нужно теперь лишь соединить две схемы.

Было решено передать импульсы с фототранзистора на Arduino, при этом схема стала воспринимать такие сигналы как нажатия на кнопку. Чтобы получить скорость ветра, нужно просто посчитать, сколько идет нажатий на кнопку в течение определенного времени, скажем, в секунду. Однако не все так просто, чтобы перевести частоту вращения крыльчатки в скорость движения ветра м/с, требуется специальная формула. Ей автор с удовольствием делится.

Метеостанция своими руками

Метеостанция построена на Picaxe микроконтроллере от Revolution Education Ltd и состоит из двух основных частей: наружный блок, который посылает свои данные каждые 2 секунды, используя передатчик на частоте 433МГц. И внутренний блок, который отображает полученные данные на 20 х 4 ЖК-дисплее, а также атмосферное давление, которое измеряется локально во внутреннем блоке.

Я пытался сохранить дизайн максимально простым и в то же время функциональным. Связь устройства с компьютером осуществляется через COM-порт. В настоящее время на компьютере непрерывно строятся графики из полученных значений, а также идет отображение значений на обычных индикаторах. Графики и показания датчиков доступны на встроенном веб-сервере, все данные сохранятся и т.о. можно посмотреть данные за любой промежуток времени.

Постройка метеостанции заняло несколько месяцев, от разработки до завершения, и в целом я очень доволен результатом. Я особенно рад, что мне удалось построить все с нуля при помощи обычных инструментов. Меня она полностью устраивает, но совершенству предела нет, и особенно это касается графического интерфейса. Я не предпринял никаких попыток коммерциализации метеостанции, но если вы думаете о создании метеостанции для себя, то это хороший выбор.

Уличные датчики

Датчики используются для измерения температуры, влажности, осадков, направления и скорости ветра. Датчики представляют собой сочетание механических и электронных устройств.

Датчик температуры и относительной влажности воздуха

Измерение температуры, пожалуй, проще всего. Для это используется датчик DS18B20. Для измерения влажности был использован HIH-3610, выдающий напряжение 0.8 – 3.9В при влажности 0% до 100%

Я установил оба датчика на небольшой печатной плате. Плата установлена внутри самодельного корпуса, который предотвращает воздействие дождя и других внешних факторов.

Упрощенный код для каждого из датчиков приведен ниже. Более точный код, который считывает значения с точностью до одной десятой, показан на сайте Питера Андерсона. Его код используется в окончательном варианте метеостанции.

Датчик температуры обеспечивает точность ± 0.5 °C. Датчик влажности обеспечивает точность до ± 2%, так что это не очень важно, сколько знаков доступно после запятой!

Пример участка из программного обеспечения, работающего на ПК.

Температура

Влажность

Расчет показаний датчика влажности

Расчеты взяты из документации датчика Honeywell HIH-3610. На графике показывана стандартная зависимость при 0 °C.

Напряжение с датчика измеряется на входе АЦП (B.7) микроконтроллера Picaxe 18M2. В коде, показанном выше, значение, которое представлено в виде числа от 0 до 255 (т.е. 256 значений), хранится в переменной b1.

Наша схема питается от 5В, так что каждый шаг АЦП равен:
5/256 = 0.0195 В.

На графике видно начально значение АЦП 0.8 В:
0.8 / 0.0195 = 41

Взяв значения из графика, наклон графика (с учетом смещения) примерно:
Напряжение выхода / % относительной влажности или
(2.65 – 0.8) / 60 = 0.0308 В в% RH
(В документации 0.0306)

Рассчитаем кол-во шагов АЦП на 1% влажности:
(В на % RH) / (шаг АЦП)
0.0308 / 0.0195 = 1.57

% RH = значение с АЦП – смещение АЦП / (шаги АЦП в % RH), или
% RH = значение с АЦП – 41 / 1.57

Итоговая формула расчет для микроконтроллера будет выглядеть: % RH = значение с АЦП – 41 * 100/157

Защитный корпус

Начните с разрезания каждой панели на две части. Планки на одной части будут крепко прикреплены с двух сторон, а на второй части только с одной стороны. Не выбрасывайте эти части – они используются.

К целым частям прикрепите два деревянных бруска 20мм х 20мм сверху и с низу, и прикрутите к ним другие части.

Обрежьте одну из частей с одной целой стороной по размеру и приклейте ее к внутренней стороне одной из сторон. Убедитесь, что планки приклеены так, что образуют вместе “^” форму. Сделайте так со всеми сторонами.

Измеритель скорости и направления ветра

Механическая часть

Датчики скорости и направления ветра представляют собой сочетание механических и электронных компонентов. Механическая часть идентична для обеих датчиков.

12мм вставка из фанеры (marine ply) находится между трубой из ПВХ и диском из нержавеющей стали в верхнем конце трубы. Подшипник приклеен к диску из нержавеющей стали и удерживается нержавеющей пластиной.

Как только все будет полностью собрано и настроено, открытые места герметизируются герметиком для водонепроницаемости.

Остальные три отверстия на фотографии предназначены для лопастей. Лопасти длиной 80 мм дают радиус поворота 95мм. Чашки 50 мм в диаметре. Для них я использовал обрезанные флаконы от одеколона, которые имеют почти сферическую форму. Я не уверен в их надёжности, поэтому сделал их легкозаменяемыми.

Электронная часть

Электроника для датчика скорости ветра состоит только из транзисторного ключа, фотодиода и двух резисторов. Они монтируются на небольшой круглой ПП диаметром 32мм. Они установлены в трубе свободно, чтобы влага в случае её попадания стекала вниз не задевая электронику.

Калибровка анемометра

Анемометр – один из трех датчиков, который необходимо откалибровать (два других – счетчик осадков и датчик атмосферного давления)

Фотодиод обеспечивает два импульса за один оборот. В простой «последовательной» системе, к которой я стремился (все датчик опрашиваются поочередно), должен быть компромисс между длиной времени, затрачиваемого на опрос каждого датчика (в данном случае, подсчет импульсов) и отзывчивость системы в целом. В идеале, на полный цикла опроса всех датчиков должно уйти не более 2-3 секунд.

На фото выше проверка датчика при помощью мотора с регулируемыми оборотами.

Я хотел откалибровать его при движении на автомобиле, но на это не было времени. Я живу в относительно плоской местности с аэропортом в нескольких километрах рядом, поэтому я калибровал датчик, сравнивая мои показания скорости ветра с показаниями аэропорта.

Если бы мы имели 100% КПД и лопасти вертелись-бы со скоростью ветра, то:
Радиус ротора = 3.75″
Диаметр ротора = 7.5″ = 0.625 фута
Длина окружности ротора = 1.9642 фута

1 фут/мин = 0.0113636 м/ч,
1.9642 фут/мин = 1 об = 0.02232 м/ч
1 м/ч = 1 / 0.02232 об

1 м/ч = 44.8 об
? м/ч = об / 44.8
= (об/мин * 60) / 44.8

Поскольку за поворот выходит два импульса
? м/ч = (импульсов в секунду * 30) / 44.8
= (импульсов в секунду) / 448

Датчик направления ветра – механическая часть

В датчике направления ветра, вместо алюминиевой пластины используется магнит, а вместо оптоэлектронного узла – специальная микросхема AS5040 (магнитный энкодер).

На фото ниже показан 5мм магнит, установленный на торце центрального винта. Выравнивание магнита относительно микросхемы очень важно. Магнит должен быть точно по центру на высоте около 1мм над микросхемой. Как только все будет точно выровнено, датчик будет работать правильно.

Датчик направления ветра – электронная часть

Существуют различные схемы для измерения направления ветра. В основном они состоят либо из 8 герконов расположенных под углом 45 градусов с интервалом вращающегося магнита или потенциометра который может полностью проворачиваться.

Оба метода имеют свои преимущества и недостатки. Основным преимуществом является то, что они оба просты в реализации. Недостатком является то, что они подлежат износу – особенно потенциометры. Альтернативой использованию герконов будет использовать датчика Холла для решения механического износа, но они по-прежнему ограничиваются 8 различными позициями . В идеале, я хотел бы попробовать что-то другое и в конечном счете решил о AS5040 – поворотном магнитном датчике IC. Хотя это устройство для поверхностного монтажа (которого я стараюсь избегать), оно имеет ряд преимуществ, которые делают ее использование привлекательным!

Он имеет несколько различных форматов вывода, два из которых наиболее подходит для нашей цели. Наилучшая точность достигается с помощью SSI интерфейса. AS5040 выдает импульсы длиной от 1 мкс при 0° и до 1024 мкс при 359,6°

Проверка калибровки датчика направления ветра:

Измеритель уровня осадков

Насколько это возможно, я сделал дождемер из пластика и нержавеющей стали, основание сделано из алюминия толщиной 3 мм для жесткости.

В измерителе уровня осадков есть две ведерка. Каждое ведерко вмещает до 6 мл воды до его смещения центра тяжести, которое заставляет его вылить воду в ёмкость и подать сигнал на датчик. Когда ведро опрокидывается, алюминий флаг проходит через оптический датчик, посылающий сигнал на электронику наружного блока.

На данный момент, я оставил его с прозрачными стенками (потому что интересно наблюдать это работает!). Но я подозреваю, что нужно покрасить его белой краской, чтобы отражать тепло летом, во избежание испарения. Я не мог найти маленькую воронку, поэтому пришлось сделать её самому. Обратите внимание на проволоку внутри воронки и по центру желоба. Это поможет остановить поверхностное натяжение воды в воронке и помогает капать воде. Без проволоки, дождь имел бы тенденцию к “водовороту”, и его траектория была-бы непредсказуемой

Оптодатчики крупным планом:

Электронная часть дождемера

Из-за случайного характера работы датчика, программное прерывание в микроконтроллере наружного блока, казалось, логичный подход. К сожалению, некоторые команды программы, отключают механизм прерываний в то время, как они выполняются, т.о. есть вероятность, что сигнал придет в никуда. По этим причинам, дождемер имеет собственный микроконтроллер 08М Picaxe.

Использование отдельного чипа позволяет использовать его для создания достаточно точной 1-часовой задержки для того, чтобы считать ведра в час.

Калибровка

Picaxe 18м2 получает текущее количество ведерок в час и выводит его на дисплей и компьютер.

В качестве отправной точки, я использую следующие данные:
Воронка диаметров 120мм и емкость площадью 11,311мм2
1 мм дождя = 11,311мм3 или 11,3 мл.
Каждое ведро это 5,65 мл. Таким образом, 2 ведра 2 х 5,65 = 11,3 мл (или 1 мм) осадков. Одно ведро = 0,5 мм осадков.

Для сверки, я купил дешевый стакан для измерения осадков.

Наружный блок

Для вышеприведенной схемы и схемы 08М Picaxe для датчика используется одна и та же топология печатной платы. Устройство питается от аккумулятора 12V 7Ah через стабилизатор 7805.
Я использовал набор RF Connect kit для беспроводной связи на 433 МГц. Комплект содержит пару специально запрограммированных PIC контроллеров. Комплект беспроводных модулей в ходе испытаний зарекомендовал себя как достаточно надежный.

Печатная плата

На ПП установлен 08М Picaxe и 18м2. Каждый из них имеет свой собственный разъем программирования. Отдельные разъемы, каждый со своим +5 В, предназначены для каждого датчика – за исключением температуры и влажности.

Обратите внимание, что я нарисовал чертёж в Paintshop Pro поэтому я не могу гарантировать точность расстояния между выводами.

Внутренний блок

Во внутреннем блоке используетя 18м2 Picaxe, датчик давления и ЖК-дисплей. Также есть стабилизатор напряжения 5В.

Датчик давления

После нескольких неудачных попыток, я остановился на MPX4115A. Хотя другие датчики имеют диапазон измерения немного больше, они труднодоступны. Кроме того, другие датчики, как правило, работают от 3,3В и требуют дополнительный стабилизатор. MPX4115A выдает аналоговое напряжение от 3,79 и до 4,25В пропорционально давлению. Хотя это почти достаточное разрешение для обнаружения 1 мбар изменения давления, после некоторого обсуждения на форуме, я добавил АЦП MCP3422. Он может работать в 16-битном режиме (или выше) по сравнению с 10-битном режиме Picaxe. MCP3422 может быть связан (как в нашей схеме) в дифференциальный режим с аналоговым входом от датчика. Основным преимуществом является то, что это позволяет корректировать выход датчика, тем самым легко компенсировать ошибки MPX4115A и обеспечить простой способ калибровки датчика.

MPC3422 на самом деле имеет два дифференциальных входа, но так-как один не используется они замкнуты. Выход из MCP3422 имеет интерфейс I2C и соединяется с SDA и SCL контактам на 18м2 Picaxe – выводы B.1 и B.4 соответственно. С моей точки зрения, единственный недостаток в использовании MCP3422 том, что это небольшое устройство для поверхностного монтажа, но я его припаял к адаптеру. В дополнение к I2C интерфейсу MCP3422 18м2 просто обрабатывает поступающие данные из 433МГц беспроводной приемник, выводит данные на дисплей и передает данные на ПК. Для того чтобы избежать ошибок внутреннего блока когда компьютер не работает, нет никаких ответов от ПК. Внутренний блок передает данные и идет дальше. Он передает данные приблизительно в 2-секундным интервалом, чтобы потери данных быстро компенсировались следующий раз. Я использовал незадействованные порты на 18м2 для подключения кнопки на передней панели. Переключатель S1 (вход С.5) используется для включения подсветки ЖК-дисплея. Переключатель S2 (вход C.0) сбрасывает значение давления (мбар) на ЖК-дисплее. Переключатель S3 (вход C.1) переключает осадки отображаемые на ЖК-дисплее между общим в предыдущий час и текущими. Кнопки необходимо удерживать более 1 секунды для их реакции.

Сборка внутреннего блока

Как и в печатной плате для наружного блока, я нарисовал макет вручную с помощью Paintshop Pro, так что в расстояниях могут быть ошибки

Плата немного больше, чем это необходимо, чтобы вписаться в пазы в алюминиевом корпусе.
Я сознательно сделал разъем для программирования немного “внутрь” от края платы, чтобы предотвратить его прикосновение к корпусу. Вырез для ЖК-дисплея производится высверливание и подгонкой до точных размеров.

На фото показано всё уже установленное в корпус.

Штырьки на плате делают сложным её установку в корпус, поэтому мне пришлось отпаять их и припаять дисплей к плате проводами.

Внешний блок – код Picaxe

Использовано памяти = 295 байт из 2048

Счетчик количества осадков – 08M код

Внутренний блок – код Picaxe

Использовано памяти = 764 байт из 2048

Программное обеспечение для ПК

Программное обеспечение, работающее на ПК было написано с использованием Borland Delphi 7. Оно довольно примитивно в его нынешнем виде, но это, по крайней мере, показывает связь Picaxe с компьютером.

Читайте также:  Кодовый замок на Arduino своими руками
Ссылка на основную публикацию