Anemometr s ukazatelem směru větru + teploměr

Už déle uvažuji o stavbě větrné elektrárny a chtěl jsem prověřit průměrnou rychlost větru a jeho směr v místě mého bydliště. Ke stavbě mě motivovaly také dvě video hlavy z kamery, ve kterých je precizní ložisko nevykazující prakticky žádné tření. Snímání rychlosti větru a jeho směru je řešeno opticky aby nedocházelo k zatížení ložisek, jak tomu je u mechanických snímačů. Dále jsem měřič doplnil o teploměr s již dříve popsaným obvodem LM35.

Anemometr: Zjednodušený princip spočívá v optickém snímání frekvence otáčení vrtulky a následného převodu frekvence na napětí, které je pomocí digitálního panelového měřidla zobrazeno jako konkrétní rychlost větru.

Jako ložisko a praktický celý unášeč slouží záznamová hlava z kamery, která je podobná hlavě z videa, akorát má zhruba poloviční velikost. Na vyčnívající osičku jsem epoxidem přilepil polohové kolečko z běžné PC myši, které je pro tento účel prakticky vyrobeno. Jako optický snímač slouží malinká optozávora. Ta se dá vypájet také z myši pokud není použito jen oddělených fotodiod a tranzistorů. Druhou stranu hlavy jsem provrtal a prostrčil ocelové dráty tvořící spolu s lopatkami rotor. Vše jsem poslepoval epoxidem a horní část unášeče zakryl plastovou špičkou z nějaké ohněstrůjné rakety.

 

Optozávora je připevněna pokud možno nastavitelně na statické části video hlavy

Výstupní průběh napětí z fototranzistoru, díky malému rozestupu mezer a příček  nedosahuje k nulové hodnoty napětí, proto je v obvodu zařazen komparátor převádějící tento průběh na obdélníkový signál.

Převod frekvence na napětí zajišťuje integrovaný obvod LM2917. Když jej budete kupovat je dobré koupit variantu se 14 vývodovým pouzdrem. Vyrábí se i s 8 vývody. Tato varianta není schopna zpracovat stejnosměrné pulzující napětí jen vyloženě střídavé. Já jsem jiný nesehnal, ale z obdélníkového DC napětí se mi podařilo vyrobit střídavé pomocí derivačního členu AC. Tento převodník je vybaven dvěma trimry. Jedním se reguluje převodní poměr f/U a druhý slouží jako dělič napětí na výstupu. Pomocí těchto trimrů je měřič nutno zkalibrovat. K tomu by bylo dobré někde půjčit orginální měřič, nebo třeba kalibrovat v jedoucím autě s měřičem na střeše. Průběh závislosti rychlosti větru na otáčkách je stejně jako převodník lineární. Takže stačí, když bude měření sedět v libovolných dvou bodech.    

 

Ukazatel směru větru: Jako ložisko je opět použita video hlava z kamery jen systém snímání je trochu jiný. Pro rozlišení 8 základních směru větru je použit 3 bitový kódovač, který je schopný vytvořit 8 tří-bitových čísel v binární soustavě. Ty se ve vyhodnocovací jednotce opět přeloží na 8 směrů. Výhodu to má takovou, že pro přenos informací pro 8 směrů stačí jen 3 vodiče a ve snímači budou třeba jen 3 optozávory.

Kódovač je tvořen celkem ze 3 fotodiod , které prosvětlují otočnou trubičku se začerněnými segmenty a trojicí fototranzistorů  zjištující jestli světlo z diod přes otočný kódovač projde či ne. Diody jsem použil ultrafialové a k nim příslušné fototranzistory. Je si potom třeba dávat pozor čím kódovací trubičku začernit. Např. přes černý centrofix toto světlo bez změny prochází. Já jsem nakonec zatemňovací segmenty vyrobil z alobalu. Kódovací trubičku jsem vyrobil stočením čiré fólie s nalepenými segmenty. Vis obrázky :)

Rozvinutý tvar kódovací trubičky. Označení řádků je shodné se vstupy na dekódovacím integrovaném obvodu 74HC42.

Diody jsem vlepil do trubičky z fixu. Celá trubička je pak vlepena v ose s kódovačem. Z videohlavy je odmontována jedna polovina vodiče pásku a kódovač je nasazen na jeho místo.

Pohled na fototranzistory, ty drží na novodurové trubce o průměru 32mm. Celá trubka je pak přilepena k nepohyblivé části videohlavy.

Zkompletovaný snímač i s větrnou korouhví. Ta musí být vyvážena a musí jít jako celek na osičce kódovače pootočit aby se dal ukazovaný směr  sjednotit s reálným směrem větru.   

Teploměr: jedná se o základní zapojení integrovaného teplotního čidla LM35. Jeho výstup závislý na teplotě 10mV/°C je dělen odporovým děličem 1:10, aby se panelmetr dal provozovat v základním rozsahu +-200mV s desetinnou čárkou za prvním číslem od konce. Dělič je realizován trimrem, takže se tímto trimrem dá teploměr zkalibrbovat. V původním zapojení je trimr jenom obyčejný a seřízení je velice obtížné. Bylo by dobré použít nějaký předdělič nebo více-otáčkový trimr. Kalibraci jsem prováděl pomocí lékařského teploměru při teplotě 40°C. Mezi teploměrem a měřičem rychlosti větru je přepínač, takže displej zobrazuje buď teplotu nebo rychlost větru. 

Celkové zapojení ZDE

Panelové měřidlo potřebuje díky své konstrukci oddělený napájecí zdroj

Zkompletování měřiče: Obě ložiska jsou vlepeny do novodurových trubek o průměru 40mm je to patrno na obrázku. Je to taková instalatérská vložka :) K propojení měřiče s vyhodnocovací jednotkou je potřeba 6 žilný kabel. Asi nejlevnější varianta je obyčejný UTP kabel s 8 vodiči. Půlkulové misky na rotoru jsou vyrobeny z lahviček na citronek do čaje. Otvor jsem zatmelil a vzniklé polokoule nalepil k rotoru pomocí epoxidu.

Jednotlivé spoje mezi trubkami jsou lepené mým oblíbeným epoxidem.

Trocha barvy pro zlepšení vzhledu :)