4.2.9 Простой анемометр для байдарки. Изготавливаем самостоятельно.

  Плавать на байдарке в океане — очень интересное, но не всегда безопасное, занятие. Главная проблема в том, что ветер может легко унести в океан.  Поэтому, при сомнительном прогнозе на ветер, я беру с собой простейший анемометр. Для чего?

  Во первых, я знаю свою комфортную зону по ветру. Это от 1 до 4 метров в секунду. В этой зоне я могу находиться на воде бесконечно долго.

  Во вторых, если порывы ветра выше 5 м/с, то хорошо бы убедиться что он дует в сторону берега.

  В третьих, если таки неприятность случилась, то хорошо бы знать при какой скорости ветра это произошло, что бы больше так не поступать.

  Основа простого анемометра — вентилятор процессора, который работал от напряжения 5V. Крыльчатка вырезана из старого компакт диска.

  Тахометрический датчик выдает 4 имп. на оборот. Если все сложить вместе, то головка анемометра делает 2,5 импульса на метр проходящего воздуха.

  Остается определить сколько импульсов пришло за 1 сек., разделить на 2,5 и получить скорость ветра в метрах в секунду.

  Вопрос электроники можно решить поразомну, но на микроконтроллере это делается очень просто. Схема ниже.


  Все, что левее разъема CN1, находится в датчике. Конденсатор С2 отрезает помехи, которые могут возникнуть в проводах. R3,C3 схема сброса. R4-R8 ограничивают ток через светодиоды. Схема питается от литиевой батарейки CR2032 (220mA/h) и потребляет от 1,5mA до 7mA.

  Микроконтроллер работает в режиме частотомера. Каждую секунду он обновляет данные на экране из 8 светодиодов. Если пришло меньше 3 импульсов, то экран выключен. Если 3, то зажигается первый светодиод (1м/с), если 5, то первый и второй (2м/с), и так до 8. Если скорость больше 8м/с, то линейка горящих светодиодов будет перемешаться вправо. Красный светодиод («Monitor») зажигается два раза на оборот крыльчатки.

  В схеме будет работать любой микроконтроллер из серии MSP430, с портом P1.x на 8 бит. MSP430F2011 – только потому, что у меня они есть.

  Для программирования потребуется MSP430 Launchpad, к которой контроллер подключается (четырьмя проводами) через разъем CN2, и программа CCS  любой версии (бесплатно от TI). Копипастим содержимое текстового файла Anemometer_MSP430any_for_sensor_2_5_turns_per_meter_C_file.txt  в Code Composer Studio, нажимаем иконку с изображением жука и программа сливается в микроконтроллер. Отключаем Launchpad, подключаем датчик анемометра, устанавливаем батарейку и схема "готова к бою".

  С этого момента, у Вас в руках, готовый анемометр, который показывает скорость ветра от 1 до 16 м/с.

End of story :)


       Дальше можно не читать.

  На e-mail я не отвечаю, тк нет времени. Поэтому ответы на вопросы, которые Вас могут интересовать — ниже.


      Датчик.

  Скорость вращения лопастей анемометра напрямую зависит от его геометрии. Если Вы сделали крыльчатку из компакт диска, то расстояние между осью вращения и центром лопасти будет 45-50мм. При этом, как бы криво Вы все не сделали, ротор будет делать полный оборот на 1,6м прошедшего воздуха.

  Скорость страгивания зависит качества подшипников и площади/геометрии лопастей.

     О программе.

  Программа работает следующим образом. Микроконтроллер конфигурируется, включаются прерывания по WDT, по изменению напряжения на входе P1.7, и уходит в "sleep". Для WDT остается работать внутренний генератор 12 кГц.     // WDT (WatchDog Timer) работает как обычный таймер.

  Если на входе P1.7 напряжение меняется (Hi/Low), то микроконтроллер просыпается, добавляет 1 к счетчику импульсов от датчика, переключает красный светодиод (D1) и снова засыпает.

  Прерывание от WDT будит микроконтроллер 164 раза в секунду. Каждый четный раз данные выводятся на светодиоды D2-D5, нечетный – D6-D9. В дополнение, на каждое 164-е прерывание (прошла 1 секунда) микроконтроллер пересчитывает данные, которые выводятся на светодиоды и обнуляет счетчик импульсов от датчика. И засыпает.

  Что бы не работать с дробными числами, коэффициент пересчета импульсов в метры прошедшего воздуха умножается на 2. Так же, на 2, умножается количество импульсов пришедших с датчика.

  Для пересчета скорости ветра в число горящих светодиодов делается следующее. В 16-ти битную переменную  закладывается 8 единиц в младшем разряде (0b0000000011111111) и сдвигается влево на значение скорости ветра. Для 5 м/с результат - 0b0001111111100000. После этого, независимо ни от чего, результат сдвигается вправо, 8 раз. Получаем пять единиц в младшем разряде или 0b0000000000011111. Результат, 0b00011111, отправляем на индикатор.

  Так как используется циклический сдвиг, то после 8 м/с результат будет показываться выключенными светодиодами.

     Ток потребления.

  От литиевой батарейки CR2032 (3V) микроконтроллер потребляет < 0,2mA, датчик -1,5mA, все светодиоды - до 5mA. В сумме около 7mA (max).

     Питать от чего и как.

  Расчетное снаряжение питания для MSP430 от 1,8V до 3,6V. Зеленые и красные светодиоды требуют 1,6V, белые - 2,6V.

  Для питания от ... необходимо ...

  От двух пальчиковых аккумуляторов или двух угольно-цинковых батарей - заменить все светодиоды на красные или зеленые, Последние нежелательны, так как их плохо видно.

  От двух щелочных пальчиковых, трех угольно-цинковых батареек или трех NiCd/NiMH аккумуляторов - ничего менять не нужно.

  От трех щелочных пальчиковых, литиевого аккумулятора (к примеру 18650) - добавить последовательно с батареей выпрямительный диод (на нем упадет лишние 0,6V).

  Для аккумуляторной батареи 6V или 12V потребуется дополнительный регулятор напряжения на 3,3V - 3,6V.

     До какой частоты от датчика схема продолжает работать без сбоев.

  Теоретически, максимальная частота около 2 кГц (не больше 10 кГц, это точно). Это связано с тем, что каждый раз, когда микроконтроллер выходит из режима сна, он должен запустить внутренний генератор ~1 МГц, а на это уходит время.

     Сделать то же, но на Ардуино.

  Можно, но Ардуино не «заточено» под низкое энергопотребление.

     Точность.

  Действительно, если Вы повторили все, один в один, то точность будет плюс-минус 20%. Но для байдарки, эта ошибка, не имеет никакого значения.




11.06.2016  SKootS

_

 
 
Make a Free Website with Yola.