Discussione: Costruzione logger velocità vento

Dal momento che le campagne anemometriche ufficiali richiedono autorizzazioni e hanno un costo non indifferente, per piccole applicazioni eoliche (per intenderci sotto 20KW) si pone la necessità di dover disporre di dati affidabili della velocità del vento.
L' idea che sta alla base di questo progetto è semplice:

-Utilizzare lo stesso principio che ho usato per la centralina eolica (anemometro con cassa forata con sensore che restituisce N impulsi ogni giro dell'albero, taratura con altro anemometro commerciale), migliorandolo migliorando qualità dei cuscinetti, riducendo il momento di inerzia e aumentando il numero di settori/impulsi per aumentare la risoluzione

-E necessario un sistema di immagazzinamento dati: un pc, una eeprom o scheda SD

PC: necessità di averlo sempre acceso e con il prog in esecuzione, necessità di un wireless link e di scrivere un software di interfaccia, (POCO FATTIBILE, NOIOSO)
EEPROM O ALTRE MEMORIE FISSE: scarsa capacità e necessita di portarsi dietro un PC portatile o un Netbook per scaricare i dati a scadenze fisse
SCHEDA SD: Ottimo per applicazioni SET-and-Forget (metti e dimentica), facilmente removibile e leggibile da PC

Ho optato per quest'ultima possibilità perchè:

La scheda, ora come ora, non quasi costa nulla
Ci sono librerie di file sistem FAT16 o FAT32 gratuite e con licenza libera per microcontrollori o lettori/scrittori dedicati.

Ho optato per un File system FAT16 perche molto diffuso per schede SD/MMC e abbastanza leggero per funzionare su un microcontrollore. Ciò permette di usare schede fino a 2GB che risulta essere ampliamente oltre le necessità (si pensi che se ogni riga di campionamento richiede 30 byte, con 90Mb ci fai un anno di campionamento con 1 punto ogni 10 secondi!!)

Sono passato quindi a definire il sistema:
-Ho bisogno della possibilità di programmare i campionamenti
-Possibilità di calibrare l'anemometro
-Regolare l'ora
-Necessario orologio indipendente al quarzo (uso il DS1307)

Il sistema è cosi composto
display LCD 20x4, microcontrollore PIC18f2550 (32Kb) a 20Mhz, orologio DS1307+ batteria tampone interfacciato via I2C (software) e Scheda MMC/SD interfacciata via SPI hardware al PIC, 3 pulsanti per navigare tra i menu

Ho prototipato il sistema su basetta ad incastro per poter sviluppare il software che oramai è allo stadio finale, ho simulato l'anemometro conun generatore i funzione ad onda quadra a frequenza variabile.

Caratteristiche attuali:
-Velocità di aggiornamento anemometro 1.1s il tempo di integrazione è 100ms x 10 (1 s preciso) contando gli impulsi
-Possibilità di programmare il campionamento in partenza differita o immediata
-Tempo di capionamento illimitato (99 anni 356 giorni 23:59:59 etc etc) limitato solo dalla capacità della scheda in uso
-Possibilità di scegliere distanza dei punti (da 2s a 60s) ovvero il tempo di mediazione
-Possibilità di scegliere il nome del file
-Formato scheda FAT16 e formato file a colonne importabile in excel o altri applicativi
-Possibilità di regolare l'orologio
-Auto ripartenza in caso di blackout
-Auto riavvio scheda al 3errore di lettura/scrittura
-Segnalazione funzionamento anemometro
-Unita in m/s , Km/h e nodi
-Possibilita di calibrare l'anemometro
-Retroilluminazione gestita via software
-Gestione (rinomina e cancellazione) di file direttamente dall dispositivo

Ho praticamente consumato tutti e 32Kb del pic ma almeno lo strumento è flessibile e performante.

Nei prossimi giorni mi cimenterò nella costruzione e nel beta testing.

QUesto sistema si presta bene ad essere piazzato e lasciato nel futuro sito eolico (sperando che non venga vandalizzato o rubato).

Questo più o meno è quanto ottenuto in diversi mesi di lavoro (il 90% è software), ma oramai sono prossimo alla costruzione finale (sto disegnando il pcb)

Il costo delle parti non è eccessivo anche se uso un microcontroller di fascia alta

ciao, ho chiesto sul forum di electroportal di aiutarmi a fare quello che te in poche parole hai descritto alla grande, anzi il mio progetto era moolto piu semplice eppure non sono riuscito a metterlo in pratica. una domanda: quanto è il costo dell hardware?? intando microcontrollore memoria cavi etc etc, l anemometro stesso lo posso fare abbastanza facilmente

ps: sei un grande!!!

Arrivati i pezzi (assieme a 20 euro di dogana ) le piastre e la parte meccanica è praticamente completata e ho gia completato la piastra doppiafaccia (mancano fori, ho bisogno del trapano a colonna di un mio collega), il software è completato e gia testato su millefori. Ecco le prime foto. Ben presto sarà montato e testato sul campo.

PS: modificato il programma di gestione, i tempi di campionamenti sono fissi ed è possibile sceglierli tra: 2s 5s 10s 15s 20s 30s 1m 2m 5m 10m. Non è sensato che si possa segliere in modo continuo da 2s a 60s (chi campiona ogni 43 secondi ad esempio? un pazzo furioso )

WoW!

P.S. Per avere dati più precisi possibile quali anemometri ttl certificati ci sono?

Se devo essere sincero, non ne ho la piu pallida idea, ho costruito l anemometro con interfaccia TTL perche è la piu semplice da gestire.

Altre foto dell'apparato.

UPDATE: Dopo avere visto cosa c'è il rete ho visto che molti logger immagazzinano anche la velocità delle raffiche, perciò ho aggiunto anche la scrittura delle raffiche (poche linee di codice in piu)

la grandezza del file non è piu 30 byte per punto ma 37 byte per punto

Montato il sensore sull'anemometro e funziona alla perfezione, sul rotore sono presenti 20 fori che corrispondono a 20 impulsi per singola rotazione del rotore, dandomi un alta risoluzione nella misura del vento (0.3Kmh e 0.07 m/s). Devo ancora calibrare l'anemometro, probabilmente userò il metodo dell'automobile lanciata a folle (100 Kmh) velocità in autostrada durante l'orario meno trafficato in una giornata senza vento oppure il metodo del ventilatore gigante (solo che il mio ventilatore è tutto tranne che gigante, e quindi la velocità del vento non è omogenea)

qui ci sono un po di foto.

Sfortunatamente l'anemometro consuma più della stazione (46mA contro circa 35) e questo innalza il consumo a circa 80mA, colpa del sensore IR in riflettanza

Ho annegato il circuito nella resina, rendendolo a prova di pioggia, lasciando spuntare fuori solamente il sensore. L'acqua non è più un problema e la resina conferisce peso e robustezza all'anemometro.

Approfittando della giornata ventosa di oggi sono andato in campo aperto e ho eseguito due campionamenti di vento (di circa 3 min ciascuno) calcolando la media con un anemometro WIndmaster II e confrontandola con quella calcolata dai campionamenti.

Ho riportato i due campionamenti in grafico (sulle ascisse il valore medio ottenuto dal mio campionatore e sulle ordinate la media del windmaster) forzando la retta per lo 0 ho ottenuto un R^2 di 0,998 e una pendenza di 1,1969. Ciò significa che lo scarto tra windmaster e il mio campionatore è circa il 19,69% a favore del windmaster. Ciò non mi stupisce (non era calibrato), perciò ho moltiplicato al mia costante di taratura attuale * 1,1969 per calibrarlo. Ora è necessaria una verifica (aggiustamento fine), intendo procedere con questo protocollo:
5 campionamenti di 5 minuti, confronto delle medie con il windmaster tramite retta di taratura. Il coefficiente dovrebbe essere vicino a 1, cosi come l'R^2. Se si discosta da 1, verrà corretta ulteriormenta la taratura e la procedura ripetuta fino a consistenza nei limiti dell'errore del windmaster (1-2%)

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Sto lavorando + o - allo stesso progetto, appena iniziata la
rd\wr della Sd.
Uso un uP della Cypress (Psoc).
Non vorrei costruire e poi tarare i trasuttori per la direzione e velocità del vento, quindi mi domandavo se sai indicarmi
dove poterli acquistare (costo ragionevole e buona accuratezza)
Rigraziandoti attendo una Tua.
Ciao

E' una bella domanda. Anchio cercavo una soluzione del genere. Ho dato una occhiata su ebay ma ci sono anemometri di stazioni commerciali di cui non conosco l'interfaccia. Penso l'unica soluzione sia comperare un anemometro di una stazione loggante commerciale e campire il tipo di interfaccia (presumo ad impulsi o I2C). Comunque la costruzione non è cosi difficile, e sono riuscito ad ottenere un buon accordo (intorno all'1-2% con un anemometro commerciale), se vuoi ti do i dettagli del mio trasduttore.

Che soluzione hai usato te per il logger?
assembler o linguaggi diversi?

OK
Ti ringrazio per anvermi risposto.

Utulizzo C o C++ da + anni
con un ICE per il cy8c29466( Psoc Cypress).

Il problema non è I2c ma la relazione tra velovità e dato ricevuto.
Possibile che non si trovi in commercio un trasduttore (certificato)
con curca velocità Versus Tensione o inpulsi[s] ??.

Ti sarei grato se potessi farmi avere dettagli del tuo trasduttore.
Se l'errore è intorno all'1-2% sarebbe un ottimo risultato

Rigraziandoti ancora
SunAndWind

p.s.
Aanni addietro ne ho autocostruito uno, tarato nelle gallerie di Genova
col tachimetro dell auto (un archetipo divertente ma non valido per prove serie).

Originariamente inviata da SunAndWind

OK
Ti ringrazio per anvermi risposto.

Utulizzo C o C++ da + anni
con un ICE per il cy8c29466( Psoc Cypress).

Il problema non è I2c ma la relazione tra velovità e dato ricevuto.
Possibile che non si trovi in commercio un trasduttore (certificato)
con curca velocità Versus Tensione o inpulsi[s] ??.

Ti sarei grato se potessi farmi avere dettagli del tuo trasduttore.
Se l'errore è intorno all'1-2% sarebbe un ottimo risultato

Rigraziandoti ancora
SunAndWind

p.s.
Aanni addietro ne ho autocostruito uno, tarato nelle gallerie di Genova
col tachimetro dell auto (un archetipo divertente ma non valido per prove serie).

A genova ci sono stato sabato per la fiera dell"energetica (2010).

Il mio trasduttore è il classico anemometro a tre coppette (palline da ping-pong) e cuscinetti dei roller, con sensore ottico che legge le scanalature sull"albero rotante dell"anemometro stesso (20 impulsi per giro). Ti sconsiglio un sensore ottico in riflessione, in quanto difficile da allineare e sensibile alla luce esterna, meglio in trasmissione o addirittura un sensore ad effetto hall e 20 piccoli magneti. Maggiore è il numero degli impulsi per singola rotazione e maggiore è il rapporto risoluzione\tempo di aggiornamento. Sono riuscito ad ottenere 1-2% di accordo con l"anemometro windmaster II commerciale

Originariamente inviata da IlSignor15Magneti

Sono riuscito ad ottenere 1-2% di accordo con l"anemometro windmaster II commerciale

veramente veramente complimenti!!!

sarebbe possibile "accedere" a questo tuo immane lavoro per utilizzarlo?
anche dietro corrispettivo economico, chiaramente, visto l'impegno e soprattutto il tempo profuso!
ciao
-D-

Sono felicissimo di condividere quanto fatto, soprattutto per quanto riguarda la parte meccanica, per la parte elettronica vedo che sei gia abbastanza ferrato (al max se vuoi posso darti qualche dritta). Ti mando il progetto e il disegno con le quote.

Per quanto riguarda il conteggio ho fatto dei forellini nel rotore in base allo schema che ti ho allegato, ti dico subito di evitare questa soluzione, in quando difficile da allineare e vulnerabile alla luce solare. Puoi utilizzare lo stesso sistema con un sensore da una parte del rotore e l'emettitore dalla parte opposta, oppure al posto dei forellini, usa dei magnetini e un sensore ad effetto hall.

e per un povero "meccanico" come me?

avrei bisogno di dritte sulla parte elettronica/circuitale ... :P

-D-

Sei totalmente digiuno di elettronica? La parte circuitale non è complicata, il programma invece si. Cmq vediamo

Ok
Ti rigrazio per le indicazioni che mi hai dato
ma in verita ti dico che non riuscirei mai a fare un oggetto del genere.

Per quanto concerne la "ferratura".
il mio lavoro è iniziato come progettista (Hardware/Firmware) ben 36 hanni fà per una società qui in Genova.
Il mio lavoro era et è anche la mia passione quindi dispongo di un buon laboratorio.

Ora finalmente mi godo la pensione ma a 61 anni.
Comunque le dritte sono sempre ben accettate.

Bando alle ciance
1) cosa hai usato per ottenere infomazioni dalla banderuola ?
2) Che scopo ha l'Lcd fisso ( sicuramente il uP potrai collegarlo il real time con un Pc)
3) Dove hai acquistato la SD board ?

Sto preparando altre domande.

Il caro Dynoc
si definisce povero "meccanico".
Cavolo il "core" del sistema è MECCANICO.

By
L'ultimo dei Neandertal.
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

Rispondendo nell'ordine alle tue domande:

1) cosa hai usato per ottenere infomazioni dalla banderuola ?

risp: Non mi interessa la direzione della banderuola, ma la potenza del vento misuro quindi solo la velocità, cmq il sistema è adattabile utilizzando
un sensore ottico in quadratura oppure un sensore magnetico (ad esempio quello della austriamicrosystem.com)

2) Che scopo ha l'Lcd fisso ( sicuramente il uP potrai collegarlo il real time con un Pc)

risp: L'LCD ha lo scopo di permettere l'utilizzo dell'apparato in luoghi remoti per permettere la programmazione del campionamento
senza l'ausilio del PC utilizzando un interfaccia creata ad hoc utilizzabile anche dai non addetti ai lavori.

3) Dove hai acquistato la SD board ?

risp: su Futurlec, The Electronic Components and Semiconductor Superstore, è gia comprensiva di pull-up resistors e condensatori di disaccoppiamento.

Ecco una bozza del manuale di istruzioni in cui potete vedere le funzioni del mio trabiccolo.

Ok
Ti ringrazio per i siti che mi hai suggerito
la Sd Board sembra meglio ( costo inferiore )
rispetto ad altri .

Non ho trovato invece il sensore in quadratura
di cui mi accennavi.
Molto buono (a mio giudizio il Pdf) quindi complimenti.

Guardardo le foto del cs (artigianale ben fatto)
ho notato le tue giovani mani, questo mi fa ben sperare
per il tuo futuro.

Potresti ( piccole modifiche ) di permettere al logger
di registare anche la radiazione solare.

Per quanto concerne la visualizzazione dei dati
ti consiglierei di utilizzare LabWiew.

Visto che sei ancora in "work in progress" pechè non progettare
un piccol "step down" che insieme al pannello solare e batteria
possa rendere il sistema completamente autonomo.

By
L'ultimo dei Neandertal.

Originariamente inviata da SunAndWind

Ok
Ti ringrazio per i siti che mi hai suggerito
la Sd Board sembra meglio ( costo inferiore )
rispetto ad altri .

Non ho trovato invece il sensore in quadratura
di cui mi accennavi.
Molto buono (a mio giudizio il Pdf) quindi complimenti.

Guardardo le foto del cs (artigianale ben fatto)
ho notato le tue giovani mani, questo mi fa ben sperare
per il tuo futuro.

Potresti ( piccole modifiche ) di permettere al logger
di registare anche la radiazione solare.

Per quanto concerne la visualizzazione dei dati
ti consiglierei di utilizzare LabWiew.

Visto che sei ancora in "work in progress" pechè non progettare
un piccol "step down" che insieme al pannello solare e batteria
possa rendere il sistema completamente autonomo.

By
L'ultimo dei Neandertal.

Il sensore di quadratura può essere ad esempio quello della Austriamicrosystem (sensore magnetico con risoluzione a 10 Bit!!).

Per poter aggiungere la direzione della banderuola devo passare ad un microcontrollore a 64Kbyte (ho esaurito lo spazio) (per fortuna il programma è adattabile facilmente, e ha una struttura dei menu progettata per essere flessibile)
La centralina può essere progettata per loggare altre cose, basta trovare il sensore (o i sensori) adatti. Ho esaurito i pin dei micro ma cio non è assolutamente un problema in quanto i due pin dell'anemometro possono essere utilizzati per dialogare (SPI) con un altro PIC al quale è affidata la lettura di tutti i valori (digitali o analogici)

Cercherò di procurarmi labwiev o una versione dimostrativa quantomeno.

L'idea dello step-down è giustissima , utilizzando un regolatore lineare la perdita dissipativa è altissima e il consumo resta intorno ai 80mA @ 12V

Con uno step down potrei eliminare il LM7805 e abbassare la tensione via DC-DC conversione consumando intorno a 40mA @ 12V (85% eff step-down) il problema che non trovo nulla di dedicato e mi tocca buttarmi sull'(ormai)obsoleto TL494 che consuma un po troppo... Hai qualche integrato di facile reperibilità da consigliarmi?

Grazie per l'interessamento e per i complimenti.

PS: conto di poter espandere il prodotto con altre funzionie fare un prodotto magari appetibile

Ok.
Per lo step down ultimo (utilizzato anni addietro) è L4962.
Poi ho deciso che il sistema + efficente ( utilizzando un uP)
era quello che con un solo pin generando PWM e con un Mosfet,diodo,Inductor ottenevo ciò che mi serviva.

D'altrone anche utilizzando L4962 tutto il resto doveva esserci comunque.

Tu scivi "Ho esaurito i pin del micro"
Il mio modesto consiglio è di liberare un sacco di pin dal uP
utilizzati dall LCD, collegare via I2C o SPI un uP
dedicato allo scopo.

Con ciò avresti due prodotti sempre utilizzabili!!

By
L'ultimo dei Neandertal.

Ti ringrazio per i consigli. Vedro di metterli in pratica. Soprattutto lo step-up