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11 Schritt:Schritt 1: Teile und Materialien Schritt 2: System Design Schritt 3: Electrical Design Schritt 4: Elektriker Schritt 5: Hardwaredesign Schritt 6: Basiseinheit Schritt 7: Rohrmontage Schritt 8: Anemometer Berg Schritt 9: Haupt Enclosure Montage Schritt 10: Software: Konfigurieren des Edison Schritt 11: Laufzeit +

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Nehmen Sie wieder die Macht der Wettervorhersage von Ihrem lokalen Wetterfrosch und beginnen Sie Ihren eigenen Ausflug in die Welt des Amateur Meteorologie und Bürger die Wissenschaft mit Ihrem ganz eigenen DIY-Wetterstation und Datenlogger. In diesem Instructable, werde ich Ihnen zeigen, wie ich entworfen und gebaut, eine Wetterstation auf der Intel Edison Brett und eine Handvoll von Sensoren. Mit wenig mehr als ein paar Teile aus dem Baumarkt, und Haufen von Schrauben ich nehme Sie Schritt für Schritt durch die Konstruktion und Montage Vorgang. Lass uns anfangen!

Schritt 1: Teile und Materialien

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    Intel Edison mit Arduino Breakout-Board
    Höhenmesser
    Staubsensor
    Feuchte-Sensor
    Windmesser
    Lichtsensor
    Sonnenkollektor
    Echtzeit-Uhr
    Solar LiPo Akku-Ladegerät
    5V-Boost-Wandler
    9V-Boost-Wandler
    4400 mAh LiPo-Akku
    8 GB Micro SD-Karte
    5mm grüne LED
    5mm blaue LED
    (2x) 1K Widerstand
    (Kondensator für Staub)
    (Widerstände für Staub)
    MF-Verlängerungskabel
    22-Gauge-Kabel
    26 Gauge-Flachbandkabel
    weiblich-männlichen Drahtbrücken
    10-24 Schrauben

    (12x); 1 "

    (8x) 1.5 "

    (8x) 2 "
    (28x) 10-24 Mutter
    (8x) 1 / 4-20 Schrauben
    (8x) 1 / 4-20 Kontermutter
    (4x) 2-56 x 1/2 "Schraube
    (4x) 2-56 x 1/2 "nut
    18 "Dübel-Stab (1" Durchmesser)
    3/4 "x60" EMT Leitung
    3/4 "EM Flex Kupplungs
    3/4 "Wellenkupplung
    3/4 "Welle mit Adaptergewinde
    3/4 "Bodenflansch
    3 "x40" verzinktem Entlüftungsrohr
    3 "vent Motorhaube
    3 "Entlüftungsband
    Wasserstand
    (3x) Leitriemen
    (3x) Heringen
    paracord (25ft)
    (2x) 24 "x36" 1/4 "Sperrholz
    12 "x12" x1 / 8 "klare Acrylplatte
    Doppel Klebeband
    Holzleim
    schwarze Sprühfarbe / Primer
    Silikon abdichten

Schritt 2: System Design

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    Was macht eine Wetterstation?
    An ihm ist am einfachsten, eine Wetterstation jedes System, das Umwelt- / Klimadaten sammelt. Während mehr als ein Netzwerk, habe ich einen einzelnen Knoten als wäre dies eine praktische Einführung in die Datenerfassung Wetter. Ich wollte das System zu sammeln und zu speichern, eine Handvoll von Messdaten: Windgeschwindigkeit, Licht, Feuchtigkeit, Temperatur, Druck und Luftqualität. Die Wetterstation hat viele verschiedene Teile und Ziele; um den Designprozess zu vereinfachen ich brach es in drei Teile: elektrische, Hardware und Software. Hier ist eine kurze Aufschlüsselung der einzelnen:
    Elektrisch
    Ich wollte die Marke die Wetterstation wartungsarm, so dass ich beschloss, es mit einem solarbetriebenen Einbau bullige (durch eingebettete Projektstandards) Li-Po Akku-Pack zu machen. Dieses Setup erlaubt die Station aus der Ferne ausführen und, abgesehen von übermäßiger Tages Dunkelheit, eine einigermaßen endlose Laufzeit. Die Edison Board hat einen sehr geringen Stromverbrauch und Bluetooth und WiFi-Radios sollte Ich möchte Wireless-Konnektivität später hinzufügen. Das elektrische Design und Komponenten werden in der Tiefe auf den folgenden Schritt diskutiert.
    Hardware
    Der Grundkörper besteht überwiegend aus Teilen zur Verfügung aus dem Baumarkt. Ein Leitungsrohr bildet den Kern des Körpers und eine solide Montagepunkt für die anderen Komponenten. Eine Reihe von lasergeschnittenen Platten bilden das Kopfstück für die Montage einer Reihe von Sensoren und eine solide Halterung Platz für die Solar-Panel und Leistungselektronik. Eine große verzinktem Belüftungsschlauch bietet eine wetterfeste Gehäuse für die zusätzlichen Sensoren, die auf "ausgesetzt" werden, um die Elemente für die ordnungsgemäße Datenerfassung benötigen. Das Hardware-Design ist mehr in die Tiefe zu Schritt 5 erläutert.
    Software
    Um die Höhe der Zeit verbrachte ich das Schreiben von Code zu minimieren, entschied ich mich für Sensoren, die bereits gut dokumentiert wurden und hatten entweder Bibliotheken oder einfache analoge Schnittstellen. Die eigentliche Software ist die Verdrahtung Sprache in Intels individuelle Arduino IDE geschrieben. Entwickeln mit Arduino Stil Syntax mir erlaubt, schnell zu arbeiten, denn es ist mein gehen zu Umgebung für interaktive Projekte. Die Software wird im einzelnen auf Schritt 10 diskutiert.

Schritt 3: Electrical Design

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    Zur Beschleunigung der Build-Prozess, entschied ich mich für Sensoren, die auf Breakout-Boards mit dem Standard 2.54 mm Stift herauskamen. Das System ist so gebaut mit Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung mit nur einer Handvoll von Spleißen mit so vielen temporären männlichen zu weiblichen Kopf Verbindungen wie möglich Löten auf ein Minimum zu halten. Hier ist eine Aufschlüsselung der verschiedenen elektrischen Systeme. Die obige Abbildung ist ein Hybrid-Blockschaltbild / schema da fast die gesamte Elektronik sind komplette Module (die Anlage ist die Sharp-Sensor Datenblatt).
    Leistung
    Das Stromversorgungssystem für die Wetterstation ist völlig in sich geschlossene (keine externen Ladeausgängen!). Ein kleines Solarpanel-Feeds rund 6 Volt bei etwa 330 mAh (an einem hellen Tag) in die DC-Eingangsanschlüsse eines Adafruit Solar Lithium-Polymer-Akku-Ladegerät. Das Ladegerät verfügt über zwei JST Buchsen: eine für den Akku und die anderen zur Last. Das gesamte System zieht rund 300 mAh, so sollte es viel Power haben, um durch eine lange Nacht dauern, bevor wieder Aufladung während des Tages. Der Erdungsstift vom Lastanschluss auf dem Ladegerät direkt an Systemmasse mit der positiven Ausgangsstift zu einem schönen Schiebeschalter verbunden ist,. Der Ausgang der Schiebeschalter zwei Anschlüsse (noch bei ~ 3,7) von der Batterie) mit einer Verbindung zu dem VIN-Pin des 5V Aufwärtswandler und der andere an der VIN-Pin des 9V Aufwärtswandler. Obwohl die 9V aus dem Hochsetzsteller kann sowohl die VIN Pin des Intel Edison Arduino Breakout-Board und dem Anemometer (die geskilled auf 7-24V betrieben wird), die Regelung wieder auf 5V wäre verschwenderisch Macht, so habe ich beschlossen, um die getrennte 5V-Versorgung verwenden. Die 5V-Versorgung wird über einen Micro-USB-Kabel gespleißt an das IEABB, die dann bietet eine schöne 2,54 mm freundliche Buchse für die Bereitstellung von externen 3.3V und 5V Anschlüsse für die Sensoren angeschlossen.
    Steuerung
    Der Intel Edison ist die Hauptsteuerung für das System. Ich beschloss, die Arduino-style Breakout-Board verwenden, da es stark vereinfacht die Verdrahtung an die Edison und bietet eine Micro-SD-Kartensteckplatz an Bord. Die Breakout-Board ermöglicht den einfachen Anschluss an die analogen Sensoren und macht es tirivial an die I2C und SPI-Ports verbinden.
    I / O
    Obwohl ich sechs Punkte sammeln von Daten, die ich brauchte nur fünf Sensoren. Ich habe ein Anemometer, die einen schönen Niederspannungsanalogsignal, das proportional zur Windgeschwindigkeit bietet. Ein Höhenmesser Breakout bietet mir sowohl Temperatur- und Druckwerte über I2C. Ich habe einen kleinen analogen Feuchtesensor, der mit der Temperatur von dem Höhenmesser kombiniert, erlaubte mir, relative Luftfeuchte berechnen. Der Lichtsensor ist ein TSL2561, die mir erlaubt, eine breite Palette von Werten in Lux gemessen und kommuniziert sie über I2C sowie, spart ein paar Stifte. Eine scharfe optischen Staubsensor liefert eine Analogspannung proportional zu der Konzentration von Partikeln in der Luft. Eine Echtzeituhr ist mit dem Edison via SPI für Zeitstempelung der Sensordaten verbunden. Eine LED bestätigt die 5V-Konverter einwandfrei arbeitet. Schließlich wird eine LED mit einem Edison digitalen Stift verbunden, damit es den Zustand des Systems zu kommunizieren.
    Der einzige wirkliche menschliche "input" ist der Netzschalter. Ich wollte, um Löcher in das Gehäuse auf ein Minimum reduzieren, da dies die Chancen für Wasser sickert in zu erhöhen, so dass es keine Benutzereingaben von einem Hardware-Standpunkt. Die Wetterstation soll allein für längere Zeiträume belassen werden, so dass jede sinnvolle Konfiguration sollte in Software durchgeführt, bevor die Station außerhalb eingesetzt werden.

Schritt 4: Elektriker

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    Power System
    Das Stromkabel ist ziemlich strait vorn. Die Drähte sind alle innerhalb von 22 bis 28 AWG, da die Gesamtstromaufnahme sollte 500 mAh überschreiten. Die Hochsetzsteller mit Schraubklemmen gekommen, um stark, aber leicht abnehmbar Stromverbindungen zu ermöglichen. Ein Mikro-USB-Kabel für die Stromversorgung des leicht Edison Bord aufgeteilt. Aufgrund der Art der Strom Design auf der Edisons Arduino breakout, ist es wichtig, Energie über den USB-Anschluss zu ernähren und nicht direkt über die 5V Ausgangsbuchse.
    Sensoren und I / O
    Ich abisoliert und verzinnt der Powerkabel des Anemometers sie angenehmer in der Klemme zu machen. I eine Stiftleiste in das analoge Signal Pin aufgenommen, um direkt eingesteckt in die Edison Breakout-Board zu ermöglichen. Für die Höhenmesser habe ich ein Verlängerungskabel mit einem weiblichen Kopf und ein paar Stränge der Flachbandkabel. Ich legte den Höhenmesser, Staubsensor und Feuchtigkeitssensor, was ich beschlossen, den Sensor pod nennen. Die Kapsel liefert eine sichere vertikale Montageposition für den Staubsensor und lässt sie bei Bedarf entfernt werden. Ich habe versucht, um die Drähte aus der Gondel durch die Kombination von GND und VCC Pins zu minimieren. Ich streckte die Drähte vom Sensor pod um etwa zweieinhalb Meter und wickelte sie mit einem Kabelmantel sie kompakter zu machen. Ich beendete die Sensor Pod Drähte in Stiftleisten zum direkten Anschluss an die Edison Bord. Ich habe den Echtzeit-Uhr mit unmodifizierten Verlängerungsdrähte, da es in der Hauptsache mit der Edison Bord ausruhen.

Schritt 5: Hardwaredesign

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    Ich entwarf die Wetterstation in einem Mix aus Adobe Illustrator ein Autodesk Fusion 360. I zuerst errichtet das 3D-Modell und dann exportiert die Profile der Körperplatten von Fusion als Vektor-Datei (oben angebracht). Ich war in der Lage, diese für meine 2D-Layout in Illustrator zu verwenden, um alles withing die Grenzen von zwei 24 "x36" Blätter passen. Fast alle Teile sind Laser geschnitten von 1/4 "Sperrholz, die Ausnahme ist eine klare 1/8" Acryl "Bullauge", damit der Lichtsensor, um richtig auf die Sonne der Witterung ausgesetzt werden, jedoch nicht. Hier sind die wichtigsten Hardware-Komponenten des Gerätes:
    Fußmontage
    Die Basis der Wetterstation besteht aus einem Holzdübel, die bis zu einem Punkt geschliffen wird; Bilden einer Beteiligung, die für einen sicheren Weg, um das Zentrum der Station etwa 14 in den Boden zu pflanzen "macht. Der Bahnhof ist ziemlich groß und kopflastig, so dass ich entworfen Löcher gewinkelt 120 Grad um das Zentrum der Station, so dass die Befestigung Seil wie Abspannleinen, um die Station zu stabilisieren. Ordinary paracord Seilbinder Ringschrauben in die Löcher zu Heringen im Boden montiert.
    Rohr Vent
    Ich suchte nach einem Weg, um den Höhenmesser, Feuchtesensor, und Staub-Sensor in die Luft, ohne dass Sie jeden Kontakt mit Wasser oder Schmutz aussetzen. Normalerweise Wetterstationen verwenden eine Stevenson Bildschirm , aber ich wollte ein anderes Design ausprobieren. Um eine gewisse Menge an Luftströmung um den Staubsensor induziert, geschlossenen ich den Sensor pod in einer 3 "Durchmesser Belüftungsrohr. Da die Luft im Rohr erwärmt, wird es steigen die Schaffung einer Konvektionsströmung, die Luft und Partikel nach oben durch das zieht Rost an der Basis des Rohres, und aus der Entlüftungs "Haube", die abgewinkelt ist, um Wasser heraus zu halten.
    Anemometer Berg
    Die Leitung misst über eine Gewinde Paar zu einem Montageflansch in den oberen Platten. Die Verdoppelung-up Platten bilden die Basis für den Windmesser und den Ringschrauben. Der Flansch und Windmesser befestigen über vier 1 / 4-20 Schrauben und Kontermuttern. Diese sind ein wenig übertrieben, aber die Löcher für diese Stücke sind recht groß. Zwei quadratische Löcher ermöglichen das Anbringen von vier abgewinkelten Arm Stücke, die, wenn sie sich verdoppelt, kann mit einem 10-24 x 1 "Schraube geschlitzt und aufgeschraubt werden.
    Haupt Enclosure
    Die abgewinkelten Arm Stücke werden nach unten gebogen und heften sich an der Hauptgehäuseplatte über vier quadratische Löcher in der Hauptgehäuseplatte, mit vier weiteren 10-24 Schrauben befestigt. Diese Neigung hilft, Wasser und Schmutz aus häufen sich auf dem Panel und Abtropfen die Front. Die Oberseite der Platte bietet zur Befestigung des Solarpanels und des Lichtsensors. Auf der Rückseite der Platte gestapelt Rippen aus Holz bilden ein Gehäuse zur Aufnahme des Edison Karte und Leistungssystem.

Schritt 6: Basiseinheit

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    Ich machte die Beteiligung für die Basis durch Schleifen der Anteile Ende nach unten bis zu einem Punkt. I dann geschliffen das andere Ende an den Durchmesser des Dübels einzugrenzen, dass sie eng in der Leitung und den Koppler passen. Sobald geschliffen unten Ich schieben Sie den Koppler nach unten auf die schmale Kante, gefolgt von der Hauptleitungsrohr. Der Campingplatz Einsätzen schon praktisch Löcher in den Kopf zur Befestigung der para-Kabel Spanndrähte. Ich schnitt mir zu 7ft Längen und band sie an den Ringschrauben.

Schritt 7: Rohrmontage

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    Die Rohranordnung zusammen kamen ziemlich schnell und weitgehend besteht aus zwei rechteckigen Platten aus Sperrholz schwarz lackiert. Ich befestigte die Hauptplatte in die Leitung mit drei Kabelbinder. Ich habe dann angebracht, die drei Lüftungs Riemen um das Hauptrohr und sicherte sie mit sechs 1 "long 24.10 Schrauben. I montiert das Niveau auf dem kleinen Holzplatte gegenüber der Leitung und befestigt es mit vier 2" long 24.10 Schrauben. Mit der Rohranordnung weitgehend abgeschlossen, habe ich dann im Sensor pod gesunken und fischte das Kabel durch den oberen Rand der Motorhaube und Montage auf der Entlüftungs oben.

Schritt 8: Anemometer Berg

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    Ich verriegelte die Anemometer an den Rand der beiden Platten sie mit vier 1 "ausgerichtet 1 / 4-20 Schrauben und zog seine Drähte durch das Loch Erhebung unterhalb der oberen Anordnung zu halten. Ich habe dann in der Anlage die Gewindeflansch mit vier 1/4 -20 Schrauben. Ich befestigte die Ringschrauben an Ort und Stelle um den Flansch und verdreht sie aus 120 Grad. Ich habe dann in den Armen aufgetaucht zur Befestigung des Hauptgehäuses und sicherte sie mit 1 "10 bis 24 Schrauben je.

Schritt 9: Haupt Enclosure Montage

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    Ich begann der Montage des Hauptgehäuses durch Einschrauben der Netzschalter und LED-Halter. Ich glitt dann den Sensor Pod, Solar- und Windmesser Drähte in die drei Löcher an der Oberseite des Gehäusedeckels, bevor ich füllte sie in mit Silikonbasis abdichten. Wenn es um die Abdichtungs kam, hatte ich eine einfache Philosophie: tun Sie es überall. , Die geöffnet Alle Loch oder Kante wurde abgedichtet. Wenn ich könnte nicht dauerhaft einen Rand zu versiegeln, legte ich eine Perle, die in einem Ring, eine Dichtung, die ich brauchte, um diese für den Fall Platte und Lichtsensor-Port Loch zu tun bilden.

Schritt 10: Software: Konfigurieren des Edison

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    Der komplette Arduino Sketch für den Edison oberhalb angebracht. Die erforderlichen Bibliotheken sind auch schön und Reißverschluss. Youâ € ™ ll Notwendigkeit, alles auspacken und Pop es in Ihren Bibliotheken Ordner zuerst. Ich habe auch notwendig, um die MUX auf dem Breakout-Board konfigurieren, dass SPI unterstützen. Sie können über diese Konfiguration auf dem zu lesen Emutex Labs-Website .
    Das Programm ruft und organisiert die Wetterdaten in einer Reihe von unabhängigen Funktionen, so dass Sie nicht auf die gleichen Sensoren I verwendet werden, wenn Sie möchten, dass die Skizze schrieb ich einfach ändern gebunden. Die Hauptfunktionen sind:
    int getWindSpeed ​​(boolean whichSpeed) liefert Windgeschwindigkeit in MPH oder KPH
    int getAirQuality () liefert die Luftqualität in Bezug auf Teile pro Million
    int getLightLevel () liefert Lichtpegel in LUX
    int getTemperature (boolean whichScale) gibt die Temperatur in Grad Celsius oder Fahrenheit
    int getHumidity (float outsideTemperatureCelsius) berechnet die relative Luftfeuchtigkeit
    int getPressure () {kehrt Druck in inches
    Die Edison sammelt dieses Daten alle 15 Minuten und hängt es an eine TXT-Datei auf der SD-Karte. Die Daten werden in einem einfachen ASCII-Zeichenkette in einem Format von der NMEA-Syntax Ausgabe inspiriert von GPS-Empfängern organisiert. Hier ist ein Beispiel-String mit zusätzlichen Räumen für das Lesen Klarheit:
    $ D6 M4 Y2015 H12 M45 L100 H50 W10 P10 A40 T72 \ r \ n
    Jeder String beginnt mit einem Zeichen '$' und wird sofort von Tag zu Tag, Monat, Jahr, Stunde, Minute, Lichtintensität, Feuchtigkeit Prozentsatz, Windgeschwindigkeit, Druck, Luftqualität, und Temperatur. Die Funktion loadSensorDataToCard () endet jede Saite mit einem Wagenrücklauf und Zeilenvorschub macht es viel einfacher, um den rohen .txt-Datei ohne aufwändige Analyse zu lesen.

Schritt 11: Laufzeit +

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    Die Wahl einer geeigneten Stelle
    Sobald alles installiert ist, ist es Zeit, den Kopf aus und stellen Sie die Station in den Boden (mit der Beteiligung vollständig unter der Oberfläche)! Ich empfehle Sie das Gerät in einem weiten Raum, um Schatten zu stören Licht Lesungen und Solarladung zu verhindern. Sie müssen auch genügend Platz, um die Spanndrähte richtig vom Gerät gespannt befestigen.
    Einheit Lifetime +
    Ich würde dies als eine leichte Wetterstation zu qualifizieren. Ich lebe auf der Nord-Kalifornien Kosten, so dass die Station nicht unter besonders extremen Umgebungen sein. Ich würde ein robusteres Gehäusesystem für alles erwarten, Schnee oder starker Wind / Regen empfehlen.
    Strukturelle Integrität beiseite, digital, ich bin sehr zuversichtlich, in langfristige Nutzung des Systems. Wie es ist, die Station meldet sich nur etwa fünf Kilobyte Daten pro Tag, was bedeutet, jeder SD-Karte mit einer Handvoll von Gigabyte Speicherplatz kann auch unendlich sein. Das digitale System hat sicherlich Raum für Verbesserungen und Ausbau auch! Sie könnten sicherlich mehr Sensoren (regen Manometer, UV-Exposition, Bodenfeuchte, etc.) und eine drahtlose Verbindung zum einfachen Datenzugriff hinzufügen. Mit einer Reihe von drahtlos vernetzten Wetterstationen könnten Sie Ihre eigenen Umweltdaten für eine aussagekräftigere Datenmenge zu sammeln. Citizen Wissenschaft, wir kommen!