Opady

Z Wiki.2o.pl
Wersja AdamP (dyskusja | edycje) z dnia 17:47, 16 maj 2007

(różn.) ← poprzednia wersja | przejdź do aktualnej wersji (różn.) | następna wersja → (różn.)
Informacje podstawowe
Programy obsługujące: OWFS, digitemp
Adaptery obsługujące: DS9097, DS9490
Pomiar ilości opadów deszczu można łatwo i małym kosztem podłączyć do swojej domowej stacji meteorologicznej. Zadaniem czujnika będzie wysyłanie danych do komputera o aktualnych opadach, które dalej komputer będzie przeliczał, aby otrzymać ilość milimetrów wody jaka spadła na metr kwadratowy w ciągu jednej godziny. W porównaniu z większością modułów stacji meteo, czujnik opadów posiada dodatkowo elementy mechaniczne, które odmierzają ilość wody przepływającą przez cały układ. Część mechaniczna składa się z kołyski, która tym szybciej zmienia swoje położenie im bardziej obfity deszcz mamy za oknem. Każde wychylenie kołyski w przeciwna stronę powoduje podniesienie o jeden stan licznika DS2423. Stan licznika jest podtrzymywany napięciem z magistrali 1-wire, w przypadku braku zasilania przez ponad 1 minutę, licznik sie resetuje.

Czujnik opadów mozna najprościej zbudować w oparciu o aplikację ze strony www.maxim-ic.com. Wzorując się na powyższej aplikacji przedstawię proces budowy w kolejnych etapach całego modułu.

Spis elementów


Część elektroniczna:

 - 1x DS2423 - licznik z 4kbit pamięcią
 - 2x Dioda Schottky`iego np. BAT81
 - 1x Rezystor 1Mohm
 - 1x Kondesator 10nF
 - 1x styk lub kontrakton
 - kilka metrów przewodu
 - 1x Płytka Drukowana
 - podstawowe narzędzia oraz przybory do trawienia obwodów
 - lutownica, cyna, etc.
 - opcjonalnie bateryjka zegarkowa 3V oraz dodatkowa dioda BAT81, gdyby zaszła potrzeba podtrzymywania zasilania licznika przy wyłączonym komputerze

Część mechaniczna:

 - Plexi lub inne tworzywo PCV (1-2mm grubości)
 - Kropelka, Cyjanopan
 - Silikon, ew. jakiś klej do tworzyw sztucznych
 - Piłka do metalu, metr, kątownik, ołówek
 - 2x nakrętki np. M3, mogą być większe
 - Śruba jako oś kołyski (średnica mniejsza od nakrętek)
 - Dodatkowe nakrętki, podkładki, etc.
 - Coś jeszcze tu bedzie

Schemat układu i jego opis

Schemat układu do pomiaru opadów























Jak widać na powyższym schemacie cały układ jest bardzo prosty. Układ jest zasilany z magistrali 1-wire, gdzie poprzez diodę Schootky`iego D1 (w podstawowej aplikacji układu zastosowano diody BAT54, w swoim projekcie wykorzystałem diodę BAT81 (niższej mocy) i sprawuje się dobrze, a jest tańsza) ładowany jest kondesator C2 dostarczający zasilanie do serca naszego modułu pogodowego - układu DS2423, licznika z 4kbit`ami pamięci wewnętrznej RAM. Dioda D3 spełnia rolę zabezpieczenia w układzie. W momencie, gdy kołyska zmienia swoje położenie, wejscia licznika są chwilowo ustawiane w stan wysoki. W układzie zastosowałem ponadto transoptor w celu galwanicznej izolacji styku kołyski od płytki licznika, gdyż w przypadku wyładowań elektrostatycznych lub burzy mógłby zostać uszkodzony interface 1-wire lub nasz cały komputer. Zadaniem rezystora R1 było tłumienie drgań wywołanych niezerowym czasem zmiany położenia styków pobudzanych przez kołyskę. W aktualnym projekcie na wypadek zostawiłem ten rezystor, lecz myślę, że i bez niego układ by pracował poprawnie. Nie warto jednak ryzykować niepoprawnego zliczania impulsów dla oszczędzenia 10gr. Rezystor R2 należy dobrać odpowiednio zależnie jakie napięcie będzie miała bateria zasilająca transoptor. Zastosowany tutaj transoptor wymaga napięcia 6V i prądu 60mA, przy baterii 9V, aby uzyskać odpowiedni prąd należy zastosować rezystor 51 lub np. 68ohm. Bateria powinna starczyć na 1-3 lata nieprzerwanej pracy, gdyż prąd jest z niej pobierany tylko w momencie przechylenia się kołyski.


Wykonanie płytki drukowanej do czujnika opadów oraz montaż elementów

Plytka po kąpieli
Zaczynamy od wykonania i uruchomienia części elektronicznej. Na początku musimy przygotować płytkę drukowaną, proponuję wykonanie jej metodą na żelazko. Wzór płytki w najnowszej wesji można ściagnąć z poniżego linka: płytka drukowana. Rysunek został przygotowany w rozdzielczości 400dpi i przy drukowaniu nie wymaga odwracania lustrzanego. Przed wydrukowaniem należy się upewnić, że nie nastąpi przeskalowanie płytki, a po wydruku należy sprawdzić czy wymiary sie zgadzają z oryginałem. Szczególnie należy zwrócić uwagę na położenie punktów lutowniczych od układów scalonych.

Rozmieszczenie elementów
Gdy nasza płytka(stara wersja) jest już wytrawiona przed przystapieniem do montażu należy sprawdzić dokładnie czy ścieżki nie są poprzerywane lub zwarte między sobą. Jeśli znajdziemy jakieś zwarcia można sobie z nimi poradzić przecinajać je nożykiem do tapet. W przypadku przerw, można je wypełnić cyna, a jesli ubytki są duże można sobie pomóc lutując kawałek cienkiego drucika lub srebrzanki do przerwanych ścieżek. Jeśli po tych zabiegach płytka wygląda jak należy, musimy pokryć płytke roztworem denaturatu z kalafonia, aby ścieżki uchronić przed śniedzieniem.

Po tym zabiegu możemy przystapić do montażu elementów.
Przylutowany DS2423
Zaczynamy od zamontowania układu DS2324, układ jest w obudowie SOIC 6-pin`owej do montażu powierzchniowego (SMD). Dla kogoś kto ma chociaż troszkę obycia z lutownicą, przylutowanie układu nie będzie dużym problemem (chociaż łatwo nie jest). Powinniśmy sie zaopatrzyć w lutownice z cienkim grotem (lub grubszy grot odpowiednio pilnikiem obrobić) i możliwie małej mocy (20-40W), małej średnicy cynę (0,5-1,0mm) oraz pensetę. Punkty lutownicze na płytce drukowanej od układu DS2423 pokrywamy cyną (minimalną ilością). Pensetą chwytamy układ DS2423 i odpowiednio go ustawiamy, upewniając się dziesięć razy zanim zaczeniemy lutować, czy dobrą stroną układ jest ułożony. Jeśli mamy pewność, że wszystko jest dobrze, podgrzewamy jedną z nóżek na brzegu układu (np. 1 albo 3 pin układu) jednocześnie dociskając delikatnie do płytki. Z reszta pinów postępujemy tak samo, dociskajać scalaczka z gory pensetą, aby przylegał do płytki.Należy uważać z czasem lutowania, nie powinno się przekraczać paru sekund dla każdej z nóżek.

Montaż pozostałych elementów nie powinien nikomu sprawić kłopotów. Należy jedynie pamietać o właściwej polaryzacji diód oraz o odpowiednim ustawieniu transoptora. Lutujemy przewody do płytki, na początek do testów wystarczą tylko od 1-wire (DATA, GND).

Dodatkowe Zdjęcia

Płytka drukowana (stara wersja)
Wystrawiona płytka
Denaturat z kalafonią

Testowanie układu

Przed dalszą budową lepiej sprawdzić czy część elektroniczna poprawnie działa. Zanim podłączymy licznik do magistrali 1-wire, dobrze jest sprawdzić na początku czy podłączając omomierz pod GND i DATA nie ma zwarcia oraz profilaktycznie sprawdzić poprawność montażu oraz czy nie zrobione zostały jakieś zwarcia w czasie lutowania. Jeśli wszystko jest poprawnie zlutowane, możemy przystąpić do testów.

Podłączamy do magistrali 1-wire nasz nowozbudowany układ. Swoje testy przeprowadzilem przy pomocy OWFS, poczciwy digitemp potrafi odczytywać zawartości liczników, lecz OWFS daje większą elastyczność pracy całej magistrali 1-wire i łatwość gromadzenia danych dodalszej obróbki. Jeśli na liście urządzeń podłączonych do 1-wire pojawił się nowy unikalny adres, mamy juz prawie wszystko skończone. Należy jeszcze sprawdzić czy licznik zlicza impulsy. Otwieramy coś w rodzaju /mnt/1wire/adres_do_urządzenia/counter.A lub counter.B, ew. page 14, 15 i sprawdzamy jakie są w nich wartości, zapisujemy je na kartce. Następnie bierzemy płytkę licznika do ręki i od strony ścieżek symulujemy impuls poprzez zwarcie czymkolwiek pinu 4 z 5 transoptora. Zwarcie tych pinów zwiera również wejścia licznika z zasilaniem i tym sposobem układ DS2423 zlicza impuls. Należy uważać, aby nie zewrzeć czegoś wokoło, aby nie uszkodzić układu. Po chwilowym ręcznym zwarciu, wchodzimy ponownie w dane ze stanem licznika i porównujemy czy wzrosła wartość licznika czy nie. Jeśli tak to licznik w 100% działa. Proszę sie nie martwić, gdyby licznik zliczył parę impulsów zamiast jednego, gdyż jest to normalne przy takim sposobie manualnego zwierania. Również licznik niekoniecznie bedzie startował od zera. W przypadku, gdy licznik nie jest wykrywany lub nie chce zliczać impulsów, radzę dokładnie sprawdzić montaż elementów oraz ścieżki od transoptora do układu DS2423 miernikiem ciągłości.

Do układu dolutowywujemy przewody, odpowiednio dłuższy do czujnika sygnalizującego przechylenie się kołyski mierzącej ilość wody oraz krótki dla baterii, gdyż płytkę i baterię lepiej trzymać w domu, gdzie wilgoć i temperatura nie będzie działać na układ.


Budowa części mechanicznej do pomiaru deszczu

Poniższa część jest troszkę błędna. Niestety brakuje mi czasu, aby nanieść poprawki. Głównie chodzi o rozmiar kołyski, przy podanych przeze mnie wymiarach kołyska wykonywałaby za mało ruchów nawet w czasi ulewnego deszczu. Modyfikacja sprowadza się do wykonania mniejszej kołyski z lekkiego materiału.

Elementy do budowy kołyski
Kołyska skończona
Mocowanie osi pod kołyską

Budowę częsci mechanicznej zaczynamy od wykonania elementu nazywanego przeze mnie "kołyską". Część ta służy jako miarka do wody, która przelewa się przez cały układ. Jak zostało wspomniane na wstępie, każde przechylenie kołyski w jedną stronę powoduje zliczenie impulsu przez układ DS2423.

Na początku musimy znaleźć/kupić materiał, z którego wykonamy kołyskę. Najlepszym wyborem będzie płytka z plexi lub PCV. Korzystniej wykorzystać płytkę wykonaną z PCV niż z plexiglassu, gdyż w czasie obrabiania ciężko ją złamać tudzież porysować. Przy kołysce o wymiarach jak na rysunkach po prawej stronie potrzebujemy łącznie nie więcej niż 0,02m2 płytki PCV/plexi.

Kreślimy na płytce linie cięcia materiału i wycinamy płytki, następnie szlifując je pilnikiem, aby ścianki były równe, a następnie wygładzamy pilnikiem do gładkiej powierzchni. Musimy wykonać elementy o dokładnych wymiarach, gdyż w przypadku znacznych różnić cała kołyska będzie niedokładna. Sklejamy całość ze soba kropelką, aby szybko związać elementy ze sobą, zostawiając sobie na koniec przegrodę środkową. Po związaniu elementów przez klej, możemy przystąpić do montażu przegrody. Należy wspomnieć, że stosując przegrodę o przekroju trójkątnym zwiększamy częstotliwość zmian stanu kołyski, tym samym zwiększając dokładność czujnika. Przegrodę montujemy tak jak widać to na załączonym zdjęciu. Należy przed ostatecznym przyklejeniem przegrody, tak ja dopasować na długość, aby delikanie chowała sie poniżej wierzchołków ścianek kołyski, gdyż w przeciwnym wypadku wodą spływająca z góry mogłaby w niektórych przypadkach rozchlapywać sie poza kołyską.

Kleje szybkowiążące typu Kropelka, mają to do siebie, że zostawiają niekiedy szpary między nierównymi elementami. Dlatego po sklejeniu całości można przystapić do poprawienia wszystkich połączeń klejem o lepszym wypełnieniu szczelin typu Poxipol lub jakimkolwiek silikonem bezbarwnym (jak najmniejszą ilość nakładać). Po wyschnięciu całości możemy przystąpić do zamontowania nakrętek od osi kołyski. Środek ciężkości w moim przypadku był zaznaczony od linii cięcia materiału. Po dwóch stronach przyklejamy nakrętki jak na zdjęciu (minimalnie wysuwając je poza obrys kołyski, aby podkładka nie szorowała od kołyskę z zewnętrznej strony).

Tym sposobem skonczyliśmy budowę kołyski. Następnie należy zbudować dla kołyski jakąś podstawę, która umożliwi zamocowanie układu oraz jego kalibrację... ale to w nastepnej bajce bedzie, gdyz aktualnie w tym miejscu skonczylem :)

Linki zewnętrzne

Produkcja płytek drukowanych metodą "na żelazko":