Измерение скорости ветра самодельными приборами для самодельных ветрогенераторов. Самодельный анемометр для измерения скорости ветра Измерение скорости ветра своими руками
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:
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
Должно было получиться что-то вот такое
Этапы изготовления самого датчика:
Корпус сделал так: взял кусок квадратной трубы в ней вырезал окошко, чтобы через него потом смонтировать начинку (кстати окошко вырезал с температурой, но так мне очень хотелось это сделать, что встал и пошел пилить). Затем внутрь приварил пластину (держатель внутреннего подшипника), тогда приварил низ (держатель нижнего подшипника). Когда решил делать верх задумал сделать скатную крышу-для этого вырезал четыре треугольника и аккуратно поприхватывал, а затем проварил полностью и так сделал заостренный козырек. Тогда зажал в тиски и сверлом на 0,5 мм меньше, чем диаметр подшипника просверлил вертикально отверстие в нижние крышке и в средние, оба для подшипников. Чтоб подшипники стали с натяжкой подгонял разверткой. Подшипники встали как родные. Затем в них вставил чуть-чуть подшлифованный гвоздь 100-ку при этом в середине окошка надев на него пластмассовую шаийбу с 4-мя прорезями. На гвозде снизу нарезал резьбу и на нее накрутил крыльчатку.
Крыльчатку изготовил так: к гайке электродом двойкой приварил три гвоздя потом их обрезал и на концах нарезал резьбу которой прикрутил половинки от мячика.
К корпусу приварил держатель- шестигранный пруток из нержавейки. Сам корпус покрасил белой эмалью два раза, чтобы точно не ржавел.
Решил не придумывать велосипед, а сделать так как в компьютерной мышке, есть пластмассовая шайба с четырьмя прорезями на оси вращения, когда крыльчатка крутится то крутится и шайба при этом проемы мелькают над датчиком, который крепится к передней крышки и когда крышка прикручивается, то он как раз становится так что шайба с прорезями крутится и заступает и отступает световой поток от светодиода к фототранзистору. Все… тут вам и импульсы, а их можно посчитать и иметь количество оборотов в секунду.
Светодиодиодно - фототранзисторный датчик выдернул из принтера, там таких навалом.
Сначала сделал из теннисных мячиков
Пришлось немного модифицировать прибор. На крыльчатка от теннисных мячиков он стартовал при ветре 5м/с. были куплены мячики в магазине детских игрушек диаметром 55 мм. Стартует при 2м/с и ведет измерения до 22 м/с, Мне хватаєт.
После того как датчик был готов. Надо было сделать электронику.
Первый вариант был самодельный ЛУТ технология + зеленая маска из Китая, сохнет под ультрафиолетом.
55 на фотографии это оборотов в секунду. Надо было как-то перевести в м/с. Долго думал как, достал даже два анемометры старый еще с СССР и китайский за 50 $, но с поверкой возникли проблемы, потому что ветер порывистый и не дует стабильно.
Поэтому придумал так: в выходной день я с Папой нашли за городом 2 км ровной дороги без машин, без ветра и с обеих сторон посадка деревьев (Папа за рулем а я сидел наполовину за окном) и давай гонять взад вперед. Сначала выставил СССР-кий и китайские анемометры я убедился, что они оба показывают одинаково и правильно, потому что если разделить скорость на спидометре машины на 3,6 то получалась цифра которую показывали анемометры в м/с. Папа ехал с одинаковой скоростью и приборы показывали одинаковый ветер. Таким образом я и проверял свой прибор. Папа добавлял каждый раз +5 км в час, а я записывал новый показатель (оборотов в секунду). Замеры провел трижды. Когда мы ехали более 80 км/ч (22м/с) мой анемометр уже не мог раскрутиться и цифра замирала, потому более 22м/с он не измеряет....
Кстати, Китайский показывал до 28м/с. СССР-кий до 20м/с. Когда установил его в месте с доработанной программой, еще раз сверил с китайским все сошлось.
Сейчас переделывается под Ардуино.
В планах это докрутить в систему умного дома, чтобы можно было со смартфона заходить и управлять нагрузками в доме, смотреть температуру в доме (для меня это актуально, просто порой газ выключают зимой и хорошо видеть какая температура) будет еще датчик газа, и плюс будет отображаться скорость ветра у дома.
Видео работы
Результаты работы за зиму
с-сть --- часов за зиму
0 м/с --- 511,0
1 м/с --- 475,0
2 м/с --- 386,5
3 м/с --- 321,2
4 м/с --- 219,0
5 м/с --- 131,5
6 м/с --- 63,3
7 м/с --- 32,5
8 м/с --- 15,4
9 м/с --- 9,1
10 м/с --- 5,0
11 м/с --- 3,5
12 м/с --- 2,2
13 м/с --- 1,3
14 м/с --- 0,8
15 м/с --- 0,5
16 м/с --- 0,5
17 м/с --- 0,2
18 м/с --- 0,0
19 м/с --- 0,1
По результатам за две зимы я увидел что ветры у меня не сильные и ветряк будет не эффективен, поэтому сделал маленький с лопастями по 50см. мощностью в пику 150 Вт. Сделал просто, чтобы хотя бы одна экономная лампочка светила когда свет пропадет.
Теперь немного о Arduino.
Нашел в Интернете схему работы мышки, она наглядно иллюстрирует как работает моя система.
Отталкиваясь от схемы мышки я сделал следующую схемку.
Импульсы поступают с фототранзистора на Arduino, а он воспринимает их как нажатия кнопки.
Алгоритм работы программы таков: Считаем сколько нажатий кнопки произошло за одну секунду вот и имеем частоту вращения. Для того чтобы эту частоту перевести в м/с. еще когда я делал на Атмел я сделал алгоритм расчета частоты в м / с. Выглядел он так:
int ob_per_sec=0; // Переменная в которую попадает частота оборотов в секунду.
int speed_wind=0; // Сюда будет попадать значение после пересчета частоты в м/с.
int speed_wind_max=0; // Сюда попадает максимальное значение показаний ветра м/с.
int speed_wind_2=0; // К-во секунд с начала работы программы со скоростью ветра 2 м/с.
int speed_wind_3=0; // К-во секунд с начала работы программы со скоростью ветра 3 м/с.
int speed_wind_4=0; // К-во секунд с начала работы программы со скоростью ветра 4 м/с.
int speed_wind_5=0; // К-во секунд с начала работы программы со скоростью ветра 5 м/с.
…………………………………………………………..
int speed_wind_22=0; // К-во секунд с начала работы программы со скоростью ветра 22 м/с.
if (ob_per_sec >0 && ob_per_sec<4) { speed_wind=2; speed_wind_2++;}
if (ob_per_sec >4 && ob_per_sec<7) { speed_wind=3; speed_wind_3++; }
if (ob_per_sec >7 && ob_per_sec<11) { speed_wind=4; speed_wind_4++; }
if (ob_per_sec >11 && ob_per_sec<15) { speed_wind=5; speed_wind_5++; }
if (ob_per_sec >15 && ob_per_sec<18) { speed_wind=6; speed_wind_6++; }
if (ob_per_sec >18 && ob_per_sec<23) { speed_wind=7; speed_wind_7++; }
if (ob_per_sec >23 && ob_per_sec<27) { speed_wind=8; speed_wind_8++; }
if (ob_per_sec >27 && ob_per_sec<30) { speed_wind=9; speed_wind_9++; }
…………………………………………………………..
if (ob_per_sec >60 && ob_per_sec<67) { speed_wind=22; speed_wind_22++; }
if (speed_wind> speed_wind_max){ speed_wind_max = speed_wind ;}// проверяем и перезаписываем, если максимальное значение больше чем предыдущее записанное.
И выводим на экран значение.
При необходимости можно затем просмотреть сколько минут дул ветер с определенной скоростью, для этого нужно на экран вывести переменную (с необходимым индексом скорости) speed_wind_№ (но разделить ее на 60, чтобы получились минуты.).
Я у себя в программе сделал так: при нажатии определенной кнопки поочередно выводятся все переменные, от speed_wind_1 до speed_wind_22.
Однажды столкнулся с вопросом, как можно определить, есть ли ветер в том месте, где он живет. Такой вопрос возник из-за того, что он хотел поставить ветряк для генерации электричества. С помощью этого хитроумного приспособления можно сделать замеры, как часто бывает ветер, с какой средней скоростью он дует и так далее. В качество основы для сбора и обработки информации лежит плата Arduino .
Материалы и инструменты для изготовления анемометра:
- кусок квадратной трубы;
- болгарка;
- сварка;
- подшипник;
- развертка;
- гвозди;
- краска;
- светодиодиодно-фототранзисторный датчик (можно вытащить из принтера);
- схема Arduino;
- минимальный набор инструмента.
Процесс изготовления:
Шаг первый. Изготавливаем датчик анемометра
Для изготовления датчика нужно взять кусок квадратной трубы и затем в ней вырезать окошко, через него потом будет происходить установка начинки. Внутри этой трубы нужно приварить металлическую пластину, она будет выступать в качестве держателя подшипника. Потом приваривается еще одна пластина для фиксирования нижнего подшипника.
Далее заготовка зажимается в тиски и диаметром сверла на 0.5 мм меньше, чем диаметр подшипника в нижней крышке и середине сверлится отверстие. Оба они нужны для подшипников. Чтобы подшипники встали на места с натяжкой, размер отверстий подгоняется разверткой. После того как подшипники были установлены, в них был вставлен гвоздь 100-ка. В середине окошка на него надевается пластмассовая шайба с четырьмя прорезями. Снизу гвоздя была нарезана резьба и затем на эту ось была накручена крыльчатка.
Шаг второй. Процесс изготовления крыльчатки
Чтобы изготовить крыльчатку нужно взять гайку и приварить к ней электродом на 2мм три гвоздя. Концы гвоздей обрезаются, и на них нарезается резьба. Затем на концы надеваются половинки от мячика.
В качестве держателя к корпусу был приварен шестигранный пруток из нержавеющей стали. А чтобы корпус не ржавел, он был покрыт белой эмалью.
Чтобы датчик мог считывать информацию, нужна шайба с прорезями. Автор достал ее из старой шариковой компьютерной мышки. Когда прорезь проходит перед светодиодно-фототранзисторным датчиком, он посылает сигнал электронике .
Что касается лопастей крыльчатки, то они сперва были изготовлены из теннисных мячиков. При таком размере лопастей крыльчатка заводится при ветре от 5 м/с. Чтобы сделать крыльчатку чувствительнее, были приобретены мячики диметром 55 мм, в таком случае крыльчатка начинает крутится уже при м/с. При этом измерение ведется до 22 м/с.
Шаг третий. Электронная часть
В качестве электронной схемы автор сперва использовал самодельную ЛУТ схему с добавлением зеленой макси из Китая. Но система не могла показывать скорость ветра в метрах/секунду. Она лишь отображала количество оборотов.
На данный момент идет сборка схемы на Arduino. Принцип работы анемометра автора точно такой, как и компьютерной мышки. Нужно теперь лишь соединить две схемы.
Было решено передать импульсы с фототранзистора на Arduino, при этом схема стала воспринимать такие сигналы как нажатия на кнопку. Чтобы получить скорость ветра, нужно просто посчитать, сколько идет нажатий на кнопку в течение определенного времени, скажем, в секунду. Однако не все так просто, чтобы перевести частоту вращения крыльчатки в скорость движения ветра м/с, требуется специальная формула. Ей автор с удовольствием делится.
Анемометр – это измерительный прибор для определения скорости ветра. Сегодня мы с вами сделаем этот прибор для измерения скорости ветра самостоятельно. Наш самодельный анемометр очень прост в изготовлении, но вместе с тем, скорость ветра он измеряет не хуже, чем настоящий анемометр. Вот как ты можешь сделать самодельный анемометр.
Для того чтобы сделать самодельный анемометр нам понадобится:
Транспортир
Спичка
Трубочка для коктейля, шампур или что-либо подобное
Клейкая лента
Хлопчатобумажная швейная нитка или нейлоновая рыболовная леска
Мяч для большого тенниса стандартного веса
Игла
Что нужно делать, чтобы получился самодельный анемометр
1. Иголкой проделай в теннисном мяче два крошечных отверстия одно напротив другого. Проще всего это сделать, нагрев кончик иглы на огне.
2. Продень швейную нитку или рыболовную леску сквозь мячик, оставив с одной стороны, примерно сорок пять сантиметров. Крепко привяжи ее и отрежь излишнюю длину.
3. Привяжи второй конец лески к палочке и обмотай ее ниткой, пока расстояние между палочкой и верхом мяча не достигнет тридцать сантиметров.
4. С помощью клейкой ленты прикрепи палочку к транспортиру. Нитка должна свисать с его наружной стороны из центральной точки.
5. Чтобы измерить скорость ветра, расположи транспортир в направлении ветра. Держи его за углы как можно дальше от себя. Нитка не должна касаться транспортира. При нулевой скорости ветра нитка будет висеть прямо вниз вдоль отметки девяносто градусов. Когда подует ветер, сними показания градусов и затем проверь по таблице скорость ветра.
Мы с вами провели очередной опыт и на этот раз измерили скорость ветра, которая постоянна в регионе, где вы проживаете. Проводить различные опыты и эксперименты очень интересно, увлекательно и познавательно. Особенно для таких любознательных мальчиков и девочек, как вы. Вы можете провести и другие опыты по различным направлениям и предметам. Например, очень интересно будет узнать, как же в своей колонии, что делают
Измеритель скорости ветра своими руками
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:
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
