Hand made — Анемометр (измеритель скорости ветра)

    Появилась задача собрать для одного проекта анемометр, чтобы снимать данные можно было на компьютере по интерфейсу USB. В статье речь пойдет больше о самом анемометре, чем о системе обработки данных с него:

    image



    1. Компоненты


    Итак, для изготовления изделия понадобились следующие компоненты:
    • Шариковая мышь Mitsumi — 1 шт.
    • Мячик для пинг-понга — 2 шт.
    • Кусок оргстекла подходящего размера
    • Медная проволока сечением 2,5 мм2 — 3 см
    • Стержень от шариковой ручки — 1 шт.
    • Палочка от конфеты чупа-чупс — 1 шт.
    • Клипса для кабеля — 1 шт.
    • Полый латунный бочонок 1 шт.

    2. Изготовление крыльчатки




    К латунному бочонку были припаяны 3 куска медной проволоки длиной 1 см каждый под углом 120 градусов. В отверстие бочонка я припаял стойку из китайского плеера с резьбой на конце.

    Трубочку от конфеты разрезал на 3 части длиной около 2 см.

    Разрезал пополам 2 шарика и с помощью мелких шурупов из того же плеера и полистирольного клея (клеевым пистолетом) прикрепил половинки шарика к трубочкам от чупа-чупса.

    Трубочки с половинками шарика надел на припаянные куски проволоки, сверху все закрепил клеем.

    3. Изготовление основной части





    Несущим элементом анемометра является металлический стержень от шариковой ручки. В нижнюю часть стержня (куда вставлялась пробка) я вставил диск от мышки (энкодер). В конструкции самой мышки нижняя часть энкодера упиралась в корпус мышки образуя точечный подшипник, там была смазка, поэтому энкодер легко крутился. Но нужно было зафиксировать верхнюю часть стержня, для этого я подобрал подходящий кусок пластика с отверстием точно по диаметру стержня (такой кусок был вырезан из системы выдвигания каретки CD-ROMa). Оставалось решить проблему с тем, чтобы стержень с энкодером не выпадал из точечного подшипника, поэтому на стержне непосредственно перед удерживающим элементом я напаял несколько капель припоя. Таким образом, стержень свободно крутился в удерживающей конструкции, но не выпадал из подшипника.

    Причина, по которой была выбрана схема с энкодером, следующая: все статьи о самодельных анемометрах в Интернете описывали их изготовление на базе двигателя постоянного тока от плеера, CD-ROMa или еще какого изделия. Проблема с такими устройствами во первых в их калибровке и малой точности при малой скорости ветра, а во вторых — в нелинейной характеристике скорости ветра по отношению к выходному напряжению, т.е. для передачи информации на компьютер есть определенные проблемы, нужно просчитывать закон изменения напряжения или тока от скорости ветра. При использовании энкодера такой проблемы нет, так как зависимость получается линейной. Точность высочайшая, так как энкодер дает около 50 импульсов на один оборот оси анемометра, но несколько усложняется схема преобразователя, в котором стоит микроконтроллер, считающий количество импульсов в секунду на одном из портов и выдающий это значение в порт USB.

    4. Испытания и калибровка


    Для калибровки был использован лабораторный анемометр


    Весь процесс наглядно виден на роликах:





    Спасибо за внимание

    З.Ы. на первом ролике что-то непонятное со звуком, там фен сильно шумел, чего ютуб его так сконвертировал — не знаю, если что — это не техносаунд :)

    Комментарии 48

      +3
      Софт тоже весьма интересен. ведь в системе это устройство обнаружится как мышка => подул ветер и мышак убежал с экрана, замерить может и можно, но вот работать на таком компьютере большая проблема…
      хотя возможно я ошибаюсь.
        +6
        нет, как мышка устройство не обнаружится, устройство обнаруживается как виртуальный ком-порт, который раз в секунду отдает в этот самый ком-порт кол-во импульсов, просматривать можно хоть гипертерминалом. Софт свой, самописный, читает данные из ком-порта и соответствующим образом их обрабатывает (умножает на поправочный калибровочный коэффициент, прореживает, сохраняет в таблицу, строит графики и так далее)
          +1
          осталось теперь сом порт найти, да и мышку париковую, но ком порт сложнее.
            0
            еще вроде продаются PCI-платы с COM-ами…
              +6
              так она по USB подключается :) внутри коробка стоит микросхемка ft232 (uart-usb) а на компе обнаруживается как виртуальный ком-порт, у меня с номером 29 нашлось
                +3
                Хороший девайс. Схемка и код не помешали бы. Кстати, можно было бы сварганить виртуальный COM-порт с обработкой энкодера и без отдельной микрушки FTDI — достаточно одной-единственной ATtiny45 (или любого подходящего микроконтроллера AVR Atmel) и библиотеки V-USB. Схема совсем простая получится. Вот пример реализации — CDC-232, CDC-IO и еще вот — hardctrl.
                  0
                  спасибо, попробуем. В преобразователе как раз 48-я мега стоит
              0
              Оригинальный подход. Очень интересно было бы посмотреть код. Если будет возможность, опишите ваш софт, что и как делали.
                –1
                >Появилась задача собрать для одного проекта анемометр, чтобы снимать данные можно было на компьютере по интерфейсу USB. В статье речь пойдет больше о самом анемометре, чем о системе обработки данных с него:

                Эм, я один здесь слово УСБ вижу?
                  0
                  Автор же сказал, передача происходит по интерфейсу USB, через ИС FT232, которая оборачивает последовательную приемопередачу в USB протокол, который на стороне хоста представляется в виде виртуального COM порта (посредством драйвера от этой микросхемы).
                  0
                  а можно считать не количество импульсов в секунду, а длительность одного импульса и почаще отправлять обновления? было бы интереснее
                    0
                    зачем? во первых увеличивается частота дискретизации АЦП, во вторых, отправлять чаще нецелесообразно, ветер сам по себе — инерционный источник данных, раз в секунду выбран потому, что там еще ряд параметров отправляется (согласно ТЗ), для них нужно чаще… а для ветра даже раз в минуту и то нормально. К тому же если ветра не будет вообще, импульс будет бесконечным, как считать? что отправлять?
                      0
                      просто догадки, показалось, что длинна импульсов будет довольно велика для АЦП, и поэтому можно без проблем посчитать их длительность, а дальше любая обработка. Можно поставить программное ограничение длительности, тоесть даже обрабатывать импульсы длиннее 1 секунды.
                        0
                        не о том подумал
                        0
                        Для порывистого ветра – раз в минут, фигово. Не получишь максимальное значение порывов, а только некоторую усредненую величину, что не очень то удобно.
                    0
                    Там от мыши только энкодер
                    +3
                    интересно, но не пригодится…
                      +3
                      А я думал это музыка такая. =(
                        0
                        ух, как здорово. Даже самому такое захотелось сделать. А есть ещё столь же простые вещи, но столь нужные иногда. Ну пример градусник подключенный к компьютеру.
                        Помню в институте, подключал устаревший станок с ЧПУ к компьютеру, модуль правда паяли электрики, я писал софт.
                          +1
                          Про термометры в этом блоге уже есть пост :)
                          habrahabr.ru/blogs/DIY/55780/
                            0
                            Обалдеть. И правда. Спасибо. А ещё есть какие то приборы?
                              0
                              Вы не поверите :)
                          +1
                          на первом ролике что-то непонятное со звуком, там фен сильно шумел, чего ютуб его так сконвертировал — не знаю, если что — это не техносаунд :)

                          А не плохая мелодия получается =)

                          А статья — интересная, надо будет на досуге заняться клепанием анемометра.
                            0
                            по поводу USB написал чуть выше (в комментариях)
                              0
                              >А не плохая мелодия получается =)

                              Это ИИ от Гугла музицирует… *уполз прятаться*
                                0
                                Лишь бы не заблокировал видео за использование контента охраняемого копирайтом, а так пусть музицирует.
                              –1
                              Нее) в наших краях можно во двор ракету получить за такие вещи)))
                                0
                                та я уже понял… ответил сначала в середине темы, а потом и ниже вопросы пошли… каюсь…
                                0
                                Мне кажется, что от частого использования накроется энкодер…
                                  0
                                  в мыше исправно работает лет по 10. Ни разу не видел шариковой мышки с поломанным энкодером, там оптопара, контакта никакого, может только стереться сам пластик в подшипнике, но на это уйдет оочень много времени. Меня больше смущает работа зимой, надо будет какой-то корпус к нему еще думать, для сурового наружного применения он конечно пока не готов…
                                  +1
                                  Я бы посоветовал в качестве опорного элемента разбонзать механические часы и взять оттуда оси с камнями. Ну и на конец втулки ее присобачить. Мышиный подшипник все таки пластиковый, скоро начнет бить и истираться; особенно в запыленных условиях.
                                    0
                                    я согласен, это было бы замечательно, но часов под рукой не оказалось, возможно второй билд будет уже с более качественным механизмом, так как на часовой оси и чувствительность не особо высокая, крутиться начинает при скорости ветра 2 м/с. У меня есть второй промышленный анемометр с лопастной крыльчаткой, так тот от легкого выдоха крутится, там чувствительность около 0,4 м/с
                                      +1
                                      так как на часовой оси и чувствительность не особо высокая

                                      вечер, мысли путаются :) я про ось от мышки конечно же
                                        0
                                        Понятно, а то я уж начал и вправду думать =) Если взять анкерное колесо, так оно вообще по сути на иголках держится. И трение нулевое
                                        0
                                        Можно еще на допплеровском эффекте сделать.
                                        0
                                        ага, подойдет старый советский будильник, можно без камней наверно
                                        0
                                        Весьма занятно) Помнится, еще в школе на том же принципе делал из «Диска здоровья» игровой тренажер. Найду дома останки — будет хорошая статья.
                                          0
                                          Бурумыч, даешь обзор лабораторного анемометра?! ))
                                            0
                                            плюс за клёвый «не» техносаунд. с удовольтвием скачал бы трек ) а вообще интересная статья, только вы на этом не останавивайтесь :) мне, например, интересно, можно ли термометр бесконтактный дома сварганить ) и вообще всякие такие чудесные простые штуки
                                              0
                                              хорошая статья просто и понятно:)
                                              даже захотелось самому повторить
                                              жалко не придумал применения
                                                0
                                                Ух ты, из мышки сделал. Ну красавец. Че выдумывать, все просто!
                                                  0
                                                  Пока не читал, но могу поспорить что это из мышки!
                                                    0
                                                    Можно поинтересоваться: что за МК?
                                                      0
                                                      atmega
                                                    0
                                                    Осталось на вторую ось мыши повесить флажок и будет ещё направление ветра показывать. Правда калибровать при каждом включении придётся: Р
                                                      0
                                                      ну к осям мышки я не привязан, в контроллере 8 входов и я туда могу навешать и больше осей, а вот направление определять такой штукой вряд-ли получится, у энкодера двоичный выход, очень много всего дополнительно нужно навешать, чтобы это заработало. На счет указателя направления ветра я думал, попробую сделать на датчике угла поворота готовом (на базе датчика Холла)
                                                      0
                                                      Пример для подражания вот (не сочтите за рекламу)





                                                      правда, у нас такая 195 баксов стоит «всего», для такой штуковины в общем то и не дорого, учитывая, что работает по беспроводному каналу (до 130 метров), подключается к компу и еще много разных наворотов имеет
                                                        0
                                                        Вот моя реализация
                                                        Метеостанция Гром-2М (Анемометр)
                                                        habrahabr.ru/post/161991/

                                                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                        Самое читаемое