domingo, 25 de outubro de 2015

Como fazer uma Mini Estação Meteorológica com Arduino

Como fazer uma Mini Estação Meteorológica com Arduino

Mini estação meteorológica feita com Arduino e materiais reciclados, capaz de medir a temperatura, umidade, velocidade do vento e mostrar os dados em um display de LCD. Confira.

A mini estação é feita usando sensores de fácil acesso e materiais recicláveis (sucata) que podem ser encontrados em qualquer casa. É usado um sensor de temperatura, sensor de umidades e um anemômetro feito com tampinhas de desodorante, rolamentos de skate e sensor de efeito hall. Confira a mini estação feita com arduino funcionando.


Confira os tópicos abaixo e veja como foi feita a mini estação e o que é necessários para você fazer uma em sua casa!

Temperatura:

Para medir a temperatura ambiente a mini estação usa o sensor de temperatura DS18B20 da Dallas. Este sensor usa a interface One-Wire para se comunicar, ou seja, necessita apenas de um fio ligando à uma entrada digital de Arduino ou microcontrolador para enviar os dados. Isso é possível devido cada sensor DS18B20 possuir um número de identificação de 64 bits, que permite ligar vários destes sensores no mesmo pino e consultar as informações de cada um de forma independente. O sensor trabalha entre -55°C e 125°C com uma precisão de 0.5°C. Saiba mais sobre este sensor visitando este tutorial.

A disposição do DS18B20 na mini estação ficou da seguinte forma:

Sensor de temperatura DS18B20


Umidade:

Para medir a umidade a mini estação usa o sensor DHT11. Este sensor é capaz de medir tanto a umidade quanto a temperatura, mas para evitar possíveis interferências e maximizar a precisão dos dados, foi escolhido usar este sensor apenas para captar a umidade do ambiente. É possível usar outros sensores para isso também.

O DHT11 foi inserido no circuito da mini estação da seguinte forma:

Sensor de umidade DHT11


Velocidade do vento:

A velocidade do vento é medida usando um anemômetro caseiro feito com tampinhas de desodorante, espetos de madeira, rolamentos de skate e um sensor de efeito Hall. O sensor de efeito hall pode ser encontrado nos medidores de velocidade de bicicletas ou em ventoinhas de computador.

O anemômetro pode ser feito com 4 ou 3 pás, o mais recomendado é fazer com 3 pás espaçadas em 120º. Porém o de 4 pás é mais fácil fazer. É importante usar rolamentos leves e que girem muito facilmente e sem travar. Os rolamentos usados em skate são muito bons para isso, mas não são tão fáceis de achar. Rolamentos de HD também são bons e muito leves.

Neste anemômetro caseiro foi usado o sensor hall dos medidores de velocidade de bicicletas - aqueles que ficam presos no garfo-, assim como o ímã que fica preso no aro.

Toda vez que o ímã passar perto do sensor de efeito hall ele deixa passar corrente, ou seja, funciona como um botão, levando a entrada digital para o nível alto e assim contando uma volta.

É necessário saber o raio das pás ou o diâmetro entre elas  para poder multiplicar o número de voltas pelo comprimento do contorno do anemômetro. Assim será possível saber a velocidade em metros por segundo.  Bastando saber quantas voltas foram completadas em 1 segundo e multiplicar pelo comprimento.

Confira este tutorial para entender melhor como o sensor de efeito Hall vai funcionar no circuito. Clique aqui.

Veja uma foto do anemômetro pronto:

Anemômetro Caseiro

A estrutura do anemômetro pode ser feita com qualquer material, eu inicialmente fiz com cano PVC e madeira, depois coloquei mangueiras de nível para proteger a madeira, mas mantendo a estrutura leve para não interferir nas medições.

Basicamente a estrutura é composta por um eixo, uma base fixa - que neste caso é um tampão de PVC que será colocado em um cano PVC no telhado - e uma base girante fixa no eixo por um rolamento de skate. Os rolamentos de skate geralmente são blindados e impedem a entrada de água, mas faça uma proteção para o mesmo e evite problemas futuros.

Para testar meu anemômetro caseiro e fazer algumas calibrações, eu comprei um anemômetro portátil. Eles são baratos, fáceis de usar e permitem fazer medidas no local. Confira alguns modelos no GearBest, Aliexpress ou no Banggood.

Anemômetro Portátil


Os fios do sensor hall (Anemômetro) são ligados de forma digital no arduino com um resistor Pull-Down. O valor deste resistor vai depender do seu sensor, no meu caso um de 220ohm foi suficiente, mas pode ser necessário um valor maior caso seu sensor deixe passar muito ruido. Veja na figura a seguir.

Anemômetro Arduino

Você também pode comprar um anemômetro já pronto, com sensor embutido e feito de alumínio para usar em sua mini estação.  Eles não são caros e podem ser encontrados facilmente. Na figura a seguir você tem um exemplo de anemômetro já pronto.

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Você pode encontrar estes anemômetros nestes links: Aliexpress, Banggood!

Display LCD:

O Display usado foi o  Nokia 5110, ele permite mostrar mais informações do que os displays LCDs de 16x2 e também aceitam a configuração de fontes e animações.

Sua configuração juntamente com o Arduino fica da seguinte forma:

Display Nokia 5110

No código foi adicionado um laço para cada medição, ou seja, os valores de temperatura, umidade e velocidade do vento aparecem  cada um em uma tela, sendo necessário selecionar qual informação deseja que apareça na tela apertando um botão.

Disposição dos pinos entre o Arduino e o Display:

   Pino 12 no (CE).
   Pino 11 no (RST).
   Pino 10 no (DC)
   Pino 9 no (Din).
   Pino 8 no (Clk).
   +5V no  (Vcc).
   Resistor de 220 ohms entre o +5V e o (BL).
   GND no (GND) do display.

Em alguns displays o pino 11 e o pino 12 estão invertidos. Caso esse seja o seu caso, o display pode não ligar. Para resolver isso é só inverter os pinos ou trocar a ordem dos pinos no código. Você também pode usar outros pinos sem ser os listados acima de modo a obter uma melhor organização.

Push Button:

Foi adicionado um Push Button para selecionar cada informação. Se deseja que apareça os valores de umidade, mas está aparecendo os de temperatura, basta ir apertando o push button até a informação desejada aparecer. Veja o vídeo novamente caso não tenha entendido.


Montagem:

Agora que você sabe como configurar cada sensor e o display, basta montar todos os componentes em uma protoboard ou em uma PCB, tomando o cuidado para que todos os sensores compartilhem o GND e sejam alimentados por +5V.  No final da página eu disponibilizo o código para você fazer upload em seu Arduino. Confira como fica todos os sensores organizados em um protoboard.

Mini Estação Meteorológica:

Mini estação meteorológica com arduino

Mini estação meteorológica feita com arduino montada inicialmente em uma protoboard. Os sensores usados estão nomeados na figura. As informações do anemômetro chegam pelos cabos pretos mostrados na figura, uma vez que o anemômetro está instalado no telhado. Veja uma foto do anemômetro instalado ao lado de minha antena QFH (Quadrifilar Helix) para receber sinais dos satélites NOAA.



Código:

Você pode baixar gratuitamente o código usado em meu projeto de mini estação e fazer as modificações que você achar necessário. No entanto, mantenha os créditos iniciais.

Para que o sensor de temperatura funcione é necessário encontrar o endereço em hexadecimal dele e substituir no código. Confira como fazer isso aqui!

No arquivo vai junto todas as bibliotecas necessárias para o perfeito funcionamento da mini estação. Basta copiar as pastas que estão dentro da pasta "Libs" e colar na pasta "libraries" onde você instalou a IDE do Arduino


Onde comprar os sensores e demais peças:

   Arduino: GearBest ou Banggood ou Aliexpress.
   Sensor DS18B20: GearBest ou Banggood ou Aliexpress.
   Sensor DHT11: GearBest ou Banggood ou Aliexpress.
   Sensor Hall: GearBest ou Banggood ou Aliexpress.
   Display Nokia 5110: GearBest ou Banggood ou Aliexpress.
   Protoboard: GearBest ou Banggood ou Aliexpress.

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Gostou do tutorial? Então curta a página Artilharia Digital e a Página Engenharia Elétrica e Eletrônica.

Até a próxima!

Sobre: Fellipe Bastos (Catrak)

Fellipe Bastos: Mineiro, mestrando em Sistemas de Comunicação e Automação com linha de pesquisa em Controle e Sistemas de Energia. Tem interesse pelas áreas da robótica, eletrônica de potência, sistemas de controle e afins.

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1 comentários:

Anderson Costa disse...

Parabéns gostei muito do seu projeto.