Estação meteorológica doméstica. Esquema, descrição

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Para observar o clima, normalmente são utilizados vários instrumentos, cada um dos quais mede um parâmetro. Recentemente, estações meteorológicas eletrônicas portáteis de fabricação estrangeira apareceram à venda, mas são bastante caras. O autor deste artigo tentou desenvolver um design amador para tal dispositivo.

A estação meteorológica pode medir três parâmetros: velocidade do vento, temperatura e pressão atmosférica. As informações são exibidas uma a uma (a cada 6 s) em um indicador LED de quatro dígitos e sete elementos. Outros quatro dígitos exibem constantemente a hora atual: horas e minutos com um ponto decimal piscando.

O esquema da estação meteorológica é mostrado na fig. 1.

(clique para ampliar)

O dispositivo é baseado em um microcontrolador (microcomputador de chip único) KM1816BE51 ou KM1816BE751 (DD1). Um multiplexador de três canais baseado em chips DD5, DD6 fornece conexão alternativa de um dos três sensores. Em seguida, o sinal vai para o amplificador DA2 e depois para a entrada do conversor tensão-frequência DA3.

A configuração da estação meteorológica pode variar. Por exemplo, você pode medir a temperatura através de dois canais (externo e interno) e a pressão através de um terceiro

As informações no display de oito bits vêm do controlador por meio de um canal serial. Isso permite mover o display (junto com os registros e decodificadores DD2-DD4) por uma distância considerável.

Todo o controle (ajuste de horas, minutos, ativação e desativação de canais) é realizado por três botões SB1-SB3. Usando o botão SB1, você seleciona horas, minutos, um canal de medição, ajusta as horas ou minutos para baixo ou desliga o canal se as casas decimais do parâmetro selecionado estiverem piscando. Através do botão SB3 o relógio é ajustado para cima e o canal é ligado se as casas decimais do parâmetro selecionado estiverem piscando. O botão SB2 executa a função “instalação/seleção”. Funciona no modo gatilho. Se após selecionar um parâmetro (um dos botões SB1, SB3), você pressionar SB2, as casas decimais do parâmetro selecionado começam a piscar, agora é possível configurar o parâmetro através dos botões SB1 e SB3.

Sinais do controlador sequencialmente, após 6 s, conecte o próximo sensor à entrada do amplificador DA2. Sincronicamente com a seleção do sensor na entrada DA3, o offset positivo muda. Este microcircuito gera um sinal de saída, cuja frequência depende linearmente da tensão de entrada.

É necessário definir o offset inicial para todos os sensores, inclusive sensores operando a partir de zero (sensor de velocidade do vento), pois para determinar o sinal da temperatura, uma constante 3000 (decimal) é subtraída pelo software do resultado obtido, e o programa para processar o resultado da medição é o mesmo para todos os três canais. Isso torna o dispositivo mais flexível: não há ligação rígida de sensores a determinados canais, é possível conectar sensores de temperatura em dois ou três canais, você pode usar qualquer um dos canais para sensores experimentais caseiros (sensor de umidade, por exemplo).

Da saída do chip DA3, um sinal de pulso é fornecido à entrada do primeiro temporizador/contador do microcontrolador. Neste caso, o segundo temporizador é programado como divisor de frequência de clock e gera um sinal de 625 Hz para indicação dinâmica (varredura do display) e um intervalo de tempo de 1 s, durante o qual o primeiro temporizador conta os pulsos do DA3. Em seguida, a constante 3000 (decimal) é subtraída do número de dois bytes resultante no primeiro cronômetro, o valor absoluto do resultado é dividido por 4, arredondado, uma correção decimal é realizada e zeros insignificantes são suprimidos.

As informações são emitidas através da porta serial no modo de transmissão síncrona (registro de deslocamento). As informações do canal, que mudam a cada 6 s, são exibidas no indicador direito de quatro dígitos (HG3, HG4) e horas e minutos - à esquerda (HG1, HG2).

O capacitor C9 é um capacitor de ajuste de frequência, daí os requisitos especiais para sua precisão e TKE. Você pode usar K31-10. A capacitância do capacitor C9 é 4020±40 pF. Capacitor C8 - com tolerância de 5%. O caro chip KM1816BE751 (caixa de cerâmica UFPZU) pode ser substituído por um AT89S52 com memória de programa flash. A tabela mostra o firmware do controlador DD1.

(clique para ampliar)

O sensor de temperatura RK1 é um resistor de cobre ESM-03-GR23. É fácil fazer você mesmo: a partir de fio de cobre com diâmetro de 0,15 mm, enrole uma bobina com diâmetro de 50 mm e, dando-lhe um formato alongado, coloque-a em um estojo de caneta esferográfica, depois de despejar primeiro o selante VGO-1 afim disso. Se o dispositivo for utilizado apenas um sensor de temperatura, não há necessidade de ajustar com precisão sua resistência: R = 50 ± 5 Ohms. Você também pode usar um sensor de temperatura integrado K1019EM1, mas como em uma corrente nominal de 1 mA e temperatura zero a tensão no sensor igual a 2,73 V levará o amplificador DA2 à saturação, a polarização inicial deve ser aplicada à entrada inversora do DA2. Neste caso, você precisa instalar o resistor R' e dessoldar R18.

Os sensores de pressão atmosférica absoluta são produzidos por empresas nacionais: MIDA-DA-53 (MIDA, Ulyanovsk), TDM2-A, PAD-K01 (ZAO ICNT, Zelenograd). Os sensores das empresas estrangeiras Bosch e Motorola são mais caros que os nacionais. Por exemplo, o sensor MRX 2200AP da Motorola custa US$ 15 e é inferior aos nossos sensores nos principais parâmetros: sensibilidade e dependência de temperatura. Esse sensor pode ser adquirido em mercados de rádio.

Um possível projeto do sensor de velocidade do vento é mostrado na fig. 2.

Estação meteorológica de casa

Aqui: 1 - um cone de ferro galvanizado (diâmetro na base - 80 mm, altura - 75 mm); 2 - tela protetora em ferro galvanizado (soldada ao eixo); 3 - rolamentos caprolon; 4 - eixo com diâmetro de 8 mm em aço inoxidável; 5 - tacogerador G1 (motor elétrico DPN-ZON-19); 6 - acoplamento feito de mangueira de borracha (é melhor usar borracha a vácuo); 7 - colchete; 8 - cilindro; 9 - agulhas de tricô de aço com diâmetro 4 e comprimento 320 mm.

A configuração de uma estação meteorológica envolve calibrá-la usando termômetros e barômetros industriais. É mais difícil (devido à falta de um dispositivo de referência) calibrar o canal de medição da velocidade do vento. Com aqueles mostrados na Fig. 2 e a utilização do motor elétrico DPM-ZON-19 como tacogerador, obteve-se experimentalmente a seguinte dependência: U-740·n, onde U é a tensão gerada pelo tacogerador em milivolts; n é a velocidade do vento em metros por segundo.

Os resistores trimmer R24-R26 regulam a polarização e R12-R14 regulam a inclinação de conversão.

O anemômetro será muito mais preciso e mais fácil se, em vez de um tacogerador, você usar um optoacoplador fotodiodo LED com um obturador girando entre eles.O sinal do fotodiodo pode ser aplicado diretamente na entrada do microcontrolador.

Tabela de firmware

Autor: S. Semiletnikov, Moscou

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O material do qual são feitos os eletrodos das baterias de íons de lítio é fundamental para a capacidade da bateria. Até agora, o eletrodo negativo é geralmente feito de grafite, cujas camadas são capazes de armazenar átomos de lítio. No entanto, a capacidade do grafite é limitada a aceitar 1 átomo de lítio por 6 átomos de carbono. Em comparação, o silício pode levar até 10 vezes mais lítio, mas infelizmente, durante esse processo, o silício se expande muito, o que reduz drasticamente características importantes das baterias de íons de lítio como durabilidade, capacidade de carregar rapidamente e fornecer corrente poderosa.

Procurando uma alternativa ao silício puro, cientistas alemães sintetizaram estruturas tridimensionais especiais compostas de boro e silício (LiBSi2). Como os átomos de carbono, os átomos de boro e silício estão conectados em uma estrutura especial na forma de um tetraedro, mas ao contrário do diamante, eles formam canais que podem armazenar átomos de lítio.

Um eletrodo baseado nesta estrutura deve ser único em termos de capacidade e resistência. O último parâmetro é especialmente importante, pois as baterias de íons de lítio são bastante frágeis e sensíveis a mudanças de temperatura e superaquecimento. Os eletrodos LiBSi2 são resistentes ao ar, água e calor até 800 graus Celsius. Até agora, os cientistas ainda não determinaram exatamente quantos átomos de lítio a nova estrutura pode armazenar e se ela se expandirá durante o carregamento. No entanto, os desenvolvedores estão confiantes de que seu novo material superará o silício e, principalmente, o grafite e se tornará uma excelente matéria-prima para a fabricação de eletrodos de bateria de nova geração.

Deve-se notar que os alemães fizeram seu novo tipo de eletrodo no laboratório da Arizona State University, onde foi possível criar uma pressão de 100 atmosferas e uma temperatura de cerca de 900 graus Celsius. Graças a isso, foi possível produzir um "diamante" capaz de conter lítio.

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