Згадав на дозвіллі про просту саморобку, яку зустрічав у журналі «Юний натураліст» та робив у вісімдесятих роках минулого століття.
З її допомогою було цікаво пророкувати погоду, спостерігати наступного дня за точністю зроблених показань.
Звичайно, порівнювати цю конструкцію з метрологічними приладами не варто, але як грубий прогноз вона цілком працездатна.
До того ж подібна система дозволяє розвивати в дітей віком навички спостереження та аналізу природних явищ.
Тому описую її у статті як поради домашньому майстру з виготовлення простого барометра з електричної лампочки та способам розшифровування отриманої інформації. Текстовий матеріал доповнюється пояснювальними картинками, фотографіями та відеороликом.
Як працює саморобний барометр
Для прогнозування погоди використовується закрите склом лампочки простір з невеликим отвором вгорі. У цю ємність залито чисту воду. На неї впливають:
- атмосферний тиск через проріз у склі;
- вологість повітря;
- Температура навколишнього середовища.
Під комплексною дією цих факторів відбувається випаровування поверхневого шару з конденсацією пари всередині скляного балона лампочки без виходу через отвір. За характером конденсату, що утворився, його формі і щільності, судять про майбутню погоду, передбачають стан атмосфери на найближчі 12÷24 години або трохи довше.
Необхідні інструменти
Обов'язково потрібно:
- перегоріла або ціла лампа розжарювання;
- захисні рукавички;
- надфіль або з алмазним свердлом;
- один кристалик марганцівки чи уламок від грифеля з хімічного олівця - який завжди.
Для виготовлення кріплення барометра потрібно або клей із підставкою.
Технологія виготовлення
На руки надягають захисні рукавички. Вони захищатимуть шкіру від порізів та попадання дрібних осколків скла. Лампочка тендітна, під випадковим надмірним зусиллям вона може розвалитися на дрібні уламки. Працювати із нею слід дуже акуратно.
У верхній частині колби біля цоколя необхідно зробити наскрізний отвір з поперечним перетином від одного до декількох мм кв, не більше. Воно повідомлятиме внутрішню порожнину балона з атмосферним повітрям.
Способи створення отвору
Робота надфілем
Бічною гранню ріжучої кромки обережно прорізають отвір у склі колби.
Величину зусилля необхідно контролювати: дуже легко проточити велику щілину або пошкодити тендітне скло. Роботу виконуйте над ємністю, в яку падатиме скляна тирса. Це убезпечить прибирання робочого місця.
Свердління отвору у склі
Цей метод дозволяє зробити строго калібрований отвір круглої форми. Однак він вимагає практичних навичок обробки скла свердлами дрібних діаметрів. Працювати можна дрилем або шуруповертом.
Звичайне свердло для обробки металу має бути добре заточене, а місце свердління зазначено та очищено. Лампочку необхідно надійно зафіксувати, а дриль використовувати на середніх оборотах і поступово знижувати їхню величину. Відхилення свердла від вертикалі, як і тиск, не допускається. Навіть під час виконання цих вимог висока ймовірність пошкодження колби.
Тому для свердління отвори підбирають спеціальні свердла з алмазним напиленням наконечника. Працюють ними дуже обережно.
Наповнення колби водою
Всередину лампочки через прорізаний отвір необхідно налити чистої води, що відстоялася або краще кип'яченої, трохи менше третини її внутрішнього об'єму.
Саморобний барометр із лампочки в принципі готовий до експлуатації. Але для зручності використання його можна:
- підфарбувати воду, наприклад, розчином марганцівки. Конденсат стане краще видно;
- забезпечити пристроєм підвішування або підставкою.
Про кріплення саморобного барометра
Кріпильний вузол приладу виготовляють для експлуатації в одному з двох варіантів:
- підвішуванні на ручку або гачок;
- стаціонарної установки на підвіконні.
Петля для підвішування
Використовують відрізок мідного дроту, згинають його петлею, а вільні кінці впаюють внутрішньо контакту цоколя.
Залишається підвісити саморобний барометр на підготовлений гачок або ручку.
Підставка
Можна використовувати відповідний діаметром ковпачок від пляшечки з косметикою або миючих засобів.
У нього вклеюють лампочку або її кріплять іншим доступним способом, наприклад, пластилін або замазку. Таку саморобну конструкцію приладу зручно ставити на підвіконня у будь-якому вільному місці.
Головна умова безпеки – обмежити доступ до приладу малолітніх дітей та домашніх тварин, які можуть легко перекинути або розбити скляну колбу.
Як розшифрувати інформацію та користуватися приладом
Спостереження за конденсатом
Аналізувати стан вологості в колбі, пророкувати по ній погоду допоможе наступна таблиця.
| Стан конденсату | Прогноз погоди |
| Утворення дрібних крапель конденсату на внутрішніх стінках колби. | Буде хмарний день. Опади не передбачаються. |
| Середня величина краплі конденсату тримається на стінках. Між ними добре видно сухі смуги, розташовані на вертикалі. | Передбачається мінлива хмарність. |
| На стінах колби тримаються краплі конденсату великої величини. | Очікується короткочасна дощова погода. |
| Великі краплі конденсату стікають зі стін. | Дощ із грозою. |
| Верхня половина барометрової колби суха, а знизу біля води зібралися великі краплі конденсату. | Дощовий фронт пройде на відстані, не торкнувшись нашої території. |
| Стінки лампочки сухі, а надворі йде дощ. | Назавтра чекаємо на зміну погоди з хорошим сонячним небом. |
| Вологі краплі конденсату сконцентрувалися на північній стінці барометра. | Після обіду очікуються опади. |
Цю таблицю можна роздрукувати на принтері та розмістити поблизу саморобного приладу. Пам'ятати всі ці відомості необов'язково. Діти ж, коли будуть залучені до гри з метеорології, дуже швидко триматимуть всю інформацію в розумі.
Особливості експлуатації
Користуватися саморобним барометром доведеться тільки в приміщенні, що опалюється. При негативній температурі вода та конденсат просто замерзнуть. Мають його на вікні або підвіконні. Бажано, щоб вона була встановлена з північного боку будівлі. Вважається, що так забезпечуються точніші показання.
Пояснити це можна тільки тим, що таке вікно менше піддається нагріванню сонячним промінням, працює в холоднішій частині будинку, точніше моделює стан погоди на вулиці.
Про точність показань
Наш організм, як і всі живі, реагує на зміни погоди. Особливо впливають на нього тиск і вологість повітря. Оскільки вони змінюються не миттєво, а поступово, виникає можливість її прогнозування.
Для їх відстеження метеорологи використовують:
Ми значно спотворюємо всі ці процеси.
Історично склалося так, що під терміном «барометр» люди стали розуміти прилад, який дозволяє прогнозувати погоду щодо зміни атмосферного тиску. Цьому сприяло нанесення на анероїдній шкалі таких позначень, як "Ясно", "Сухо", "Дощ" та інших природних явищ.
Це досить спрощене уявлення про прогноз метеорологічних подій, але навіть цей рівень наш саморобний прилад не зможе повністю охопити:
- атмосферний тиск у колбі трохи змінюється при проходженні через будівельні конструкції та отвори;
- на показаннях позначаються умови вологого середовища кімнати, створені системою вентиляції, .
До того ж останнім часом у побуті стали масово використовуватись. А вони також регулюють вологість у приміщеннях, впливають на роботу саморобного барометра.
Проте навіть з урахуванням цих умов у літню пору можна впевнено передбачати поведінку погоди з точністю до 70%. Взимку завдяки дії опалення цей показник знижується, але не критично.
У всякому разі, його можна порівняти з професійними розрахунками метеорологічних програм, викладених у інтернеті, використовувати для прищеплення дітям спостережливості, розвитку схильності до аналізу складних природних явищ.
Цим не варто нехтувати, адже виготовлення саморобного барометра не складно, займає близько десятка хвилин. Діти оцінять вашу роботу, отримавши навчальну іграшку-базу у вигляді домашньої метеостанції, що розвиває увагу.
Зараз пропоную подивитися відеоролик власника MrSam0delkin "Барометр з лампочки".
- Ця "метеостанція своїми руками" призначена для роботи в похідних умовах, а не всередині та зовні приміщення, як сказано на початку статті. Батарейка, власний екран. Набагато простіше та зручніше було б використовувати для цього ноутбук.
- Не можу завантажити прошивки:(Можете запостити в іншому місці? або замилити на [email protected] mail.ru
- Досить все мудро і дорого.
- Згоден, що мудро, але по-любому виходить порівняно (по грошах) з китайськими погодниками, а пристрій рекомендую розглядати як один з "кубиків" розумного будинку, трохи поправивши прошивку дані можна передавати по RS232 наприклад на ПК використовуваний як фоторамка-центр управління будинку або КПК .
- До речі прошива і вихідники нормально завантажуються з англомовної сторінки проекту
- Неясно уявляю, для чого така складність у побуті. Найкрутіша станція не дасть прогнозу порівнянного з тим, що дає космічна зйомка. Хіба що – у походах у таку глушину, де немає ні мобільного ні радіо-інтернету. І то навряд: усі серйозні компанії, у яких життя може від погоди залежати (планеристи, альпіністи) мають супутниковий навігатор, а отже – і вихід на прогноз.
- Так цей пристрій не дає прогнозу, а відображає поточні значення параметрів погоди. І основне призначення її не похідне, а, наприклад, вимірювання параметрів у теплиці та передача її до будинку. До речі, початок статті можна перекласти й таким чином: "Погодна станція з вимірюванням тиску, відносної вологості, внутрішнім та віддаленим зовнішнім вимірюванням температури", де не йдеться про приміщення.
- Схема трохи складна, але цікава і знайде застосування в побуті та виробництві, для відстеження параметрів приміщень, для автоматизації будь-яких процесів.
- Добрий час доби! У кого є завантажені файли друку та прошивки, скиньте, будь ласка форум, або на [email protected]. Заздалегідь вдячний!
- Ну, якщо, ні в кого немає файлів прошивки та друкованої плати, то скажіть - який КРЕТИН видалив всі ці файли?
- Раджу заспокоїтись, таке відчуття, що весь світ Вам по труну чимось зобов'язаний. Дивіться сторінку першоджерела http://www.elxproject.com/elx/news.php?readmore=36
- У мене вже років два такі з бездротовим датчиком температури та вологості.
- Та ні, ніхто мені нічим не зобов'язаний. За різкість, звичайно, вибачаюсь - просто був я за цим посиланням. Таке враження за цим посиланням створилося, що я, просто категорично зобов'язаний зареєструватися в Face Book, а це "сильно" дратує. Завантажити не вийшло. Прохання - якщо у кого є, завантажений архівник - скінте, будь ласка, якщо не важко, на форум. Наперед дякую. P.S Я так думаю, форуми, крім основної функції, так само існують для того, щоб позбавляти людей від подібного геморою - перегляду дибільної реклами та примусової реєстрації в соцмережах і.т.д
- Будь ласка, архів у додатку. Схеми, друк, вихідники, прошивки. Не варто приймати "близько до серця", але на майбутнє вам - не варто відразу лаятися і обурюватися. Я, як і багато форумчан, чудово розуміють, що вам потрібна якась інфа, файли, схеми і можливо навіть дуже терміново потрібні, але не завжди ви це отримуєте миттєво. Я бачив ваше прохання у повідомленні від 28.07.2013, але відповісти або чимось допомогти до сьогодні не міг (може й інших користувач форуму схожа ситуація) Якби адмін швиденько не втрутився, то можливо, що на вашу адресу посипалися б висловлювання та слова "певної спрямованості", а далі "ланцюгова реакція" з лайкою, і в результаті обговорення (тема) розростається не по справі і залишається дуже погана думка про форум в цілому... Удачі! Якщо чогось, питайте, допоможемо чим зможемо!
- Доброго дня VADZZ! Дякую за архівник!
З деталей, що завалялися, вирішив зробити невелику метеостанцію. На складання та написання прошивки для контролера пішло два дні вихідних. Ще кілька днів пішла на написання, тестування та налагодження решти програмного забезпечення. Поточна версія метеостанції вимірює температуру, вологість, тиск, є зв'язок з комп'ютером через USB порт від нього ж і живиться, резервне живлення від батареї 9 В. Дані відображає на LCD. Ще є годинник. Оскільки не знайшлося відповідного кварцу (а купувати принципово не хотів), зробив синхронізацію часу з комп'ютером.
Цей проект абсолютно не комерційний, тому схему метеостанції, прошивку контролера та все необхідне програмне забезпечення можна завантажити. Вихідний код прошивки.
Станція зібрана на макетній платі, тому креслення друкованої плати не просіть.
Використовувалися такі основні компоненти:
ATMega8 - контролер
MPX4115A - датчик тиску
HIH-4000 – датчик вологості
DS18B20 - датчик температури
WH1602A - дисплей
Я використовував LCD на PLED технології, можна прості типу WH1602A. Датчики температури та вологості винесені надвір у захисну коробочку.
Підключаємо до комп'ютера
Підключення до порту USBвимагає окремого опису.
В принципі, можна було підключити і до порту COM, так простіше. Але в мене він зайнятий. Вибору немає – USB. Оскільки станція збиралася з чого було, то в хід пішов огризок кабелю CA-42, що завалявся, для підключення мобільного телефону до комп'ютера. Роз'єм до мобільного телефону пішов у справу, а той кінець, що підключається до комп'ютера, залишився. У цьому роз'ємі вже є мікросхема для USB порту, але в виході - стандартний UART, той, який використовується в мобільних телефонахі саме для контролера, тому дроти запаюємо безпосередньо, без будь-яких перетворювачів сигналу. Після встановлення драйверів для цього кабелю з'являється віртуальний COM порт. Далі можемо будь-якою програмою підключитися до нашої метеостанції, наприклад HyperTerminal. Розпаювання кабелю спеціально не наводжу, оскільки кабелі різні, можуть відрізнятися. Використовувати потрібно 3 дроти TX, RX, GND. Запитати пристрій від кабелю, швидше за все, не вдасться. Я взяв не потрібний USB-роз'єм і запитав з іншого USB порту.
Для того, щоб можна було з командного рядка відправляти команди та приймати відповідь від метеостанції, було написано програму getfromcom.exe.
Метеостанція розуміє лише дві команди:
AGOV – Повертає поточні показання датчиків.
SETTIME [час у секундах з початку доби] - команда встановлює час у метеостанції
Для отримання даних виконуємо getfromcom.exe COM6 AGOV
Для встановлення часу виконуємо getfromcom.exe COM6 "SETTIME 72565"
COM6 – порт.
72565 – кількість секунд з початку доби.
Автоматизація процесу
Тепер можна будь-якою програмою рахувати, обробити дані, відправити куди треба, синхронізувати час метеостанції. Я зробив це за допомогою скриптової мови PHP. По-перше це швидко і завжди можна оперативно підправити скрипт і не шукати куди подівся вихідний код. По-друге, я постійно працюю з PHP. Але Ви можете написати свою програму будь-якою зручною для Вас мовою. Зрозуміло, для роботи PHP доведеться завантажити його (http://www.php.net/downloads.php) і встановити на комп'ютері. Під Windows це робиться просто. Скрипт getfromcom.php запускається з файлу get_data.bat опитує метеостанцію, обробляє дані та відправляє на HTTP-сервер скрипту get_data.php. Про скрипти на сервері поговоримо трохи згодом.
Сплячий режим робочого комп'ютера
Мій комп'ютер стоїть у режимі сну. Прокидається кожні 3 години, опитує метеостанцію, відправляє дані на сервер і знову засинає (можна і не вимикати – кому як зручніше). Робиться це так: У планувальнику завдань вказується пакетний файл get_data.bat для виконання та встановлюється опція "розбудити комп'ютер для виконання цього завдання".
Комп'ютер відправляється у сплячку командою fShutdown.exe /hibernate
Тепер за вказаним часом комп'ютер прокинеться та виконає get_data.bat
Особливості get_data.bat
Команди:
devcon.exe enable PCIVEN_10EC
ping 127.0.0.1
RASPHONE -d Setilite
Запускають мережеве підключення і піднімають VPN до мого Інтернет-провайдера.
ping 127.0.0.1 – так я зробив необхідну паузу.
Відповідно, відключаємо командами:
RASPHONE -h Setilite
devcon.exe disable PCIVEN_10EC
У Вас буде все інакше, тому у файлі ці рядки закоментовані.
Після виходу зі сплячки комп'ютер починав думати, що COM порт зайнятий іншою програмою. Довелося віртуальний COM порт перезавантажувати командою devcon.exe restart "USBVid_6547&PID_0232"
Ви матимете інший ID пристрою.
Серверні скрипти:
Тепер про скрипти на сервері. Скрипт, який приймає дані: get_data.php
Скрипт зберігає дані у файлі pogoda.log. Взагалі, дані відправляються і в базу даних MySQL. Але для простоти, розглянемо роботу лише з файлом. Приймаючи дані, скрипт перевіряє, чи підходить IP адреса відправника. Дозволені адреси наведені у файлі ip_allow.lst Від "чужого" відправника дані не приймаються.
Цей проект розроблений як автоматична метеорологічна станція на сонячних батареях. Мета була конструювання невеликої, компактної метеорологічної станції з такими вимогами:
- На сонячних батареях з акумулятором для роботи в нічний час
- Компактна за розміром, із простим способом монтажу
- Можливість вивантаження даних у мережі WeatherUnderground
- Вимірювання температури, вологості, тиску повітря, ультрафіолетового випромінювання
У процесі розробки вдалося вирішити більшість цих вимог. В даний час метеостанція має термометр, гігрометр, УФ-випромінювання та датчик тиску. Будучи частиною мережі WeatherUnderground, метеорологічна станція допомагає прогнозувати місцеву погоду. Ось повна схема метеорологічної станції, збільшити яку можна, зберігши на своєму ПК:
Метеостанції споживає 1 міліампер. Резервний акумулятор тут лише 1000 м/год — літій-полімерна батарея. Порівняно зі старими метеостанціями, де батареї герметичні свинцево-кислотні на 5 А/год – це прогрес. Розміри друкованої плати 100 мм х 75 мм і як вона виглядала, коли все було зроблено на макетці, а наступне фото в готовому вигляді:
Блок на 433 МГц забезпечує бездротовий зв'язок обміну даних. На даний момент пристрій прикріплюється безпосередньо на даху і викладає дані на WeatherUnderground кожні 11 хвилин.
Живлення схеми виконано за допомогою регулятора напруги MAX604. Цей регулятор був досить дорогим ($7.00), але мав дуже мале падіння напруги, що робить його дуже ефективним. Тут використаний цей регулятор, щоб 3,7-4,2 вольтову батарею Li-po батарею перетворити на ідеальні 3.3 Ст.
Для того, щоб зарядити акумулятор, встановлено модуль TP4056. Цей модуль є дуже ефективним, і він здатний працювати від 5 В вхідного живлення. Ще була невелика, 5 В сонячна панель, яка в змозі зарядити акумулятор через TP4056 навіть при недостатньому освітленні.
Для того, щоб завантажити дані в мережу, довелося писати спеціальний додаток для комп'ютера. Програмне забезпечення було написано C# за допомогою Visual Studio. Завантажити файли проекту ви можете у .
Вам знадобиться
- - плата Ардуїно або аналог;
- - датчик температури та вологості DHT11;
- - датчик тиску BMP085;
- - датчик Вуглекислий газ MQ135;
- - LCD дисплей 1602;
- - потенціометр 10 кОм;
- - Корпус для погодної станції;
- - Шматок фольгованого склотекстоліту;
- - гвинти для кріплення компонентів;
- - комп'ютер;
- - сполучні дроти;
- - Роз'єм для подачі харчування;
- - паяльник.
Інструкція
Для початку необхідно підібрати відповідний корпус. Туди мають уміститися всі комплектуючі майбутньої кімнатної метеостанції. Такі корпуси продаються у багатьох магазинах радіоелектроніки. Або скористайтеся будь-яким іншим корпусом, який можете знайти.
Прикиньте, як всі компоненти розміщуватимуться всередині. Проріжте вікно для закріплення LCD дисплея, якщо його немає. Якщо розміщуватимете всередині датчик вуглекислого газу, який досить сильно гріється, то розмістіть його в протилежній від інших датчиків стороні або зробіть його виносним. Передбачайте отвір для роз'єму живлення.
Кілька слів про компоненти, що використовуються.
LCD-дисплей 1602 використовує 6 пінів Arduino + 4 на живлення (підсвічування та знакосинтезатор).
Датчик температури та вологості DHT11 підключається до будь-якого цифрового піна. Для читання значень будемо використовувати бібліотеку DHT11.rar, яку можна завантажити, наприклад: https://yadi.sk/d/1LiFmQWITGPAY
Датчик тиску BMP085 підключається по інтерфейсу I2C до двох пін Arduino: SDA – до аналогового піну A4 та SCL – до аналогового піну A5. Зверніть увагу, що для живлення на датчик подається напруга +3,3 В.
Датчик вуглекислого газу MQ135 підключається до одного аналогового піну.
В принципі, для оцінки метеообстановки достатньо мати дані про температуру, вологість та атмосферний тиск, а датчик вуглекислого газу необов'язковий.
Але використовуючи всі 3 датчики, у нас буде задіяно 7 цифрових і 3 аналогових піна Ардуїно. Та й харчування, звичайно.
Схема метеостанції показано малюнку. Тут усе зрозуміло.
Напишемо скетч для Ардуїно. Текст програми, зважаючи на значний розмір, наводиться у вигляді посилання в додатку до статті у розділі "Джерела". Весь код забезпечений докладними та зрозумілими коментарями.
Завантажимо скетч на згадку про контролера плати Ардуїно.
Зробимо друковану плату для розміщення компонентів усередині корпусу – це найзручніше рішення для компонування та підключення сенсорів. Для виготовлення друкованої плати в домашніх умовах я використовую "лазерно-прасну" технологію (ми її докладно описували в попередніх статтях) та травлення за допомогою лимонної кислоти. Передбачимо на платі місця для перемичок (джамперів), щоб мати можливість відключати датчики. Це буде корисно, якщо потрібно перепрограмувати мікроконтролер, коли виникне бажання модифікувати програму.
За допомогою паяння встановимо датчики тиску та газів.
Для встановлення плати Arduino Nano зручно використовувати спеціальні адаптери чи гнізда з кроком 2,54. Але через відсутність цих деталей і через економію простору всередині корпусу, я встановлю Ардуїно також пайкою.
Термодатчик розташовуватиметься на деякому віддаленні від плати і буде теплоізольований від нутрощів метеостанції за допомогою спеціальної ізоляційної прокладки.
Передбачимо місця для підведення зовнішнього живлення до нашої саморобної плати. Я використовуватиму звичайний зарядний пристрій на 5 В від старого зламаного роутера. Плюс 5 вольт від зарядного пристроюбудуть подаватися на пін Vin плати Arduino.
РК-екран кріпиться гвинтами прямо до корпусу, до передньої частини. Підключатиметься дроти з роз'ємами швидкого підключення типу "Dupont".
