Ηλεκτρονικός μετεωρολογικός σταθμός

Ηλεκτρονικός μετεωρολογικός σταθμός

Το έργο μας(ουσιαστικά 2 έργα) περιλαμβάνει την κατασκευή ηλεκτρονικού μετεωρολογικού σταθμού με ηλεκτρονικό βαρόμετρο, θερμόμετρο, υγρασιόμετρο και βροχόμετρο, ανεμοδείκτη, ανεμόμετρο και φωτόμετρο. Το βροχόμετρο, ο ανεμοδείκτης και το ανεμόμετρο είχαμε σκοπό να κατασκευαστούν με εκτυπωτή 3D όμως η πανδημία οδήγησε σε αλλαγές 2 φορές των ομάδων του έργου και έτσι αποφασίσαμε να χρησιμοποιήσουμε το σετ βροχόμετρου, ανεμόμετρου και ανεμοδείκτη, που μας έστειλαν από το Ελλακ(Ελεύθερο Λογισμικό / Λογισμικό Ανοικτού Κώδικα)

Κατασκευάσαμε ένα ηλεκτρονικό μετεωρολογικό σταθμό και τον προγραμματίσαμε με  ένα Arduino Uno αλά και ένα δεύτερο χρησιμοποιώντας το ESP8266 με οθόνη oled , αισθητήρα βαρομετρικής πίεσης bmp180, φωτόμετρο και αισθητήρα σχετικής υγρασίας και θερμοκρασίας.

Λεπτομέρειες του έργου μας μπορείτε να δείτε στην ιστοσελίδα https://github.com/Peiramatiko-Gymnasio-Irakleiou/weatherstation

Ο σταθμός στην αυλή του σχολείου

Αισθητήρες που χρησιμοποιήθηκαν στο έργο μας

bmp280 αισθητήρας ατμοσφαιρικής πίεσης, θερμοκρασίας, σχ. υγρασίας

Το βαρόμετρο αυτό βασίζεται σε τσιπ που ανιχνεύουν διαφορές πίεσης με μικροσκοπικούς αισθητήρες από συνθετικό καουτσούκ. Ουσιαστικά, καθώς αλλάζει η πίεση του αέρα, μια μικρή ελαστική μεμβράνη κάμπτεται προς τα μέσα ή προς τα έξω και η ηλεκτρική αντίστασή της αλλάζει ανάλογα. η μέτρηση της αντίστασης (με ένα κύκλωμα που ονομάζεται γέφυρα Wheatstone) δίνει μια έμμεση μέτρηση της πίεσης. Οι αισθητήρες που λειτουργούν με αυτόν τον τρόπο είναι γνωστοί ως πιεζοαντιστατικοί (piezoresistive) (παρόμοια έννοια με την πιεζοηλεκτρική).

dht11 αισθητήρας     σχετικής  υγρασίας      και θερμοκρασίας

Τα ηλεκτρικά θερμόμετρα χρησιμοποιούν μικροσκοπικά ηλεκτρονικά μέρη που ονομάζονται θερμοαντιστάτες για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Οι θερμικοί αντιστάτες αντιστέκονται στη ροή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω ενός κυκλώματος σε διαφορετικά επίπεδα ανάλογα με τη θερμοκρασία.

Τα ηλεκτρικά υγρόμετρα μετρούν τις αλλαγές στην ηλεκτρική αντίσταση που σχετίζονται με την υγρασία μέσω ενός ημιαγωγού.

ηλεκτρολογικό  κουτί για προστασία του Arduino

Βροχόμετρο, ανεμόμετρο και ανεμοδείκτης της MISOL

Το ανεμόμετρο Η λειτουργία του στηρίζεται στον μαγνητικό διακόπτη reed. Μέσα στην περιστρεφόμενη κεφαλή του ανεμόμετρου υπάρχει ένας μαγνήτης που κάνει τον διακόπτη να κλείνει σε κάθε περιστροφή που κάνει η κεφαλή. Ταχύτητα ανέμου 2.4 km/h προκαλεί το κλείσιμο του διακόπτη κάθε φορά για ένα δευτερόλεπτο

Ο διακόπτης Reed

Ο ανεμοδείκτης  Και αυτός αποτελείται από διακόπτες Reed ( 8 συνολικά συνδεδεμένους με αντιστάτες διαφορετικής αντίστασης και ανάλογα με την ηλεκτρική τάση που εμφανίζει στην έξοδο προσδιορίζουμε ανά 45 μοίρες την κατεύθυνση του ανέμου (από ποιο σημείο του ορίζοντα φυσάει).

Το βροχόμετροΚαι το βροχόμετρο όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα λειτουργεί με ένα μαγνήτη και ένα διακόπτη Reed. Καθώς αδειάζει η μια πλευρά του βραχίονα του βροχομέτρου ο μαγνήτης που υπάρχει επάνω του ενεργοποιεί τον διακόπτη και έτσι καταγράφεται το ύψος της βροχής

 

Η αλλαγή αυτή είχε όμως και δημιουργικά θετικά αποτελέσματα, αφού προγραμματίσαμε ένα ESP8266 να παίρνει μετρήσεις σε εσωτερικό χώρο και να τις δημοσιεύει στο διαδίκτυο στην ιστοσελίδα http://megakastro.gr/dataDisplayer.html

 

Στιγμιότυπο δημοσίευσης

 

Αισθητήρες που χρησιμοποιούνται στον ESP8266

 

Οθόνη oled

Για την εμφάνιση των μετρήσεων

 

 

Αισθητήρας έντασης φωτισμού

Ένας αισθητήρας φωτός παράγει ένα σήμα εξόδου που υποδεικνύει την ένταση του φωτός μετρώντας την ενέργεια ακτινοβολίας που υπάρχει σε ένα πολύ στενό εύρος συχνοτήτων που βασικά ονομάζεται «φως» και η οποία κυμαίνεται σε συχνότητα από «υπέρυθρο» έως «ορατό» έως « Φάσμα υπεριώδους ”. Ο αισθητήρας φωτός είναι μια παθητική συσκευή που μετατρέπει αυτήν την «ενέργεια φωτός» είτε ορατή είτε στα υπέρυθρα μέρη του φάσματος σε έξοδο ηλεκτρικού σήματος. Οι αισθητήρες φωτός είναι πιο γνωστοί ως «Φωτοηλεκτρικές συσκευές» ή «Αισθητήρες φωτός» επειδή μετατρέπουν την ενέργεια του φωτός (φωτόνια) σε ηλεκτρική ενέργεια (ηλεκτρόνια). Οι φωτοηλεκτρικές συσκευές μπορούν να ομαδοποιηθούν σε δύο κύριες κατηγορίες, εκείνες που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια όταν φωτίζονται, όπως φωτοβολταϊκά ή φωτοεκπομπές κ.λπ., και εκείνες που αλλάζουν τις ηλεκτρικές τους ιδιότητες με κάποιο τρόπο, όπως αντιστάσεις φωτογραφίας ή φωτοαγωγούς. Αυτό οδηγεί στην ακόλουθη ταξινόμηση συσκευών.

• Φωτοκύτταρα-Πρόκειται για φωτοσυσκευές που απελευθερώνουν ελεύθερα ηλεκτρόνια από ένα ευαίσθητο στο φως υλικό, όπως το καίσιο, όταν χτυπηθεί από ένα φωτόνιο επαρκούς ενέργειας. Η ποσότητα ενέργειας που έχουν τα φωτόνια εξαρτάται από τη συχνότητα του φωτός και όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα, τόσο περισσότερη ενέργεια έχουν τα φωτόνια μετατρέποντας την ενέργεια του φωτός σε ηλεκτρική.

• Φωτοαγώγιμα κύτταρα-Αυτές οι φωτοσυσκευές διαφοροποιούν την ηλεκτρική τους αντίσταση όταν εκτίθενται στο φως. Η φωτοαγωγιμότητα προκύπτει από το φως που χτυπά ένα υλικό ημιαγωγών που ελέγχει τη ροή ρεύματος μέσα από αυτό. Έτσι, περισσότερο φως αυξάνει το ρεύμα για μια δεδομένη εφαρμοζόμενη τάση. Το πιο κοινό φωτοαγώγιμο υλικό είναι το θειούχο κάδμιο που χρησιμοποιείται σε φωτοκύτταρα LDR. • Φωτοβολταϊκά κύτταρα-Αυτές οι φωτοσυσκευές παράγουν ένα emf σε αναλογία με την ενέργεια ακτινοβολίας που λαμβάνεται και είναι παρόμοια με τη φωτοαγωγιμότητα. Η ενέργεια του φωτός πέφτει σε δύο υλικά ημιαγωγών που είναι στριμωγμένα μαζί δημιουργώντας μια τάση περίπου 0,5V. Το πιο συνηθισμένο φωτοβολταϊκό υλικό είναι το σελήνιο που χρησιμοποιείται στα ηλιακά κύτταρα.

• Συσκευές φωτοδιασταύρωσης (photojunction)-Αυτές οι φωτοσυσκευές είναι κυρίως αληθινές συσκευές ημιαγωγών όπως η φωτοδίοδος ή το φωτοτρανζίστορ που χρησιμοποιούν φως για να ελέγχουν τη ροή των ηλεκτρονίων και των οπών κατά μήκος της σύνδεσης PN. Οι συσκευές φωτοσύνδεσης είναι ειδικά σχεδιασμένες για εφαρμογή ανιχνευτή και διείσδυση φωτός με τη φασματική τους απόκριση συντονισμένη στο μήκος κύματος του προσπίπτοντος φωτός

Ο ασύρματος ESP8266 σε λειτουργία στο γραφείο των καθηγητών

 

 

 

Η τροφοδοσία και των δυο κατασκευών γίνεται με πηγές των 5 V είτε με σύνδεση στο ηλεκτρικό δίκτυο ή με χρήση powerbank.

Για τη δημοσίευση στο διαδίκτυο των μετρήσεων των αισθητήρων χρησιμοποιήθηκε η γλώσσα προγραμματισμού PHP σε συνδυασμό με την HTML για την τελική εμφάνιση των μετρήσεων.