• Nyní si můžete prohlédhout nedávno naměřené údaje
• V tuto chvíli je v běhu anemometr druhé generace, stručná dokumentace se tu snad někdy objeví...

Tento projekt byl inspirován konstrukcí autonomní meteorologické stanice Bobík, která je v provozu u Nechranické přehrady a slouží k získávání údajů o aktuální teplotě a rychlosti větru pro server www.windsurfing.cz

Podle vyjádření autorů stála konstrukce stanice Bobík řádově 50 000,- Kč, můj projekt je limitován asi na 500,- až 700,- Kč; nutno však poznamenat, že Bobík využívá GSM bránu mobilního telefonu (řádově přes 10 000,- Kč) pro předávání naměřených dat serveru v Internetu a celá stanice je napájena ze solárnách panelů (také nejsou příliš levné) zajišťujících bezvadný provoz během celé sezony (baterie slouží pouze jako záloha).

Z uvedených souvislostí vyplývá, že můj anemometr je spíše hračkou a nelze jej srovnávat s profesionální stanicí.

Konstrukce větrníku je do značné míry odvislá od toho, co máme k dispozici. Téměř ideální je použití mechaniky z elektroměru, kde je osa uložena v ložiskách z ušlechtilých nerostů. Každý však nemá možnost tuto mechaniku sehnat a tak nezbývá, než experimentovat.

Celý snímač je umístěn do novodurové trubky, která je ze spodu ucpána zátkou (kterou prochází pouze kablík) a z vrchu zátkou s otvorem, kterým prochází osa. Ta je rovněž vyrobena z plastu. Na dolním konci (kde je opracována do hrotu) se uvnitř trubky vlastní vahou opírá o spodní zátku. Pod horní zátkou je na ose upevněn jistící kroužek, který určuje vertikání vůli osy. Ve střední části je kolmo do osy připevněn matově začerněný šroub, který obíháním po obvodu prostoru uvnitř trubky přerušuje optickou závoru. Celá tato část snímače byla vyrobena z velké části s použitím soustruhu (který byl k dispozici), z čehož vyplývá, že v jiných případech lze použít již zmiňovaný elektroměr, část mechanismu z budíku, či cokoliv jiného.

Na horním konci je na osu připevněna konstrukce vějičky, která je tvořena trojcípou plechovou hvězdicí, jejíž cípy procházejí půlkami ping-pongových míčků.

Větrník obsahuje (co se týče elektroniky) pouze nejnutnější minimum součástek, které představují infračervená dioda a fototranzistor. Ty tvoří optickou závoru přerušovanou při každé otáčce větrníku.

Parametry obou součástek nejsou nijak kritické. Mně se osvědčily "šuplíkové" zásoby z rozbitých počítačových myší.

Srdcem celého zařízení je jednočipový mikrokontroler AT90S2313 firmy ATMEL s architekturou AVR. Pro tuto aplikaci by jistě stačil i AT89C2051, ale anemometr mi posloužil i jako příklad, na kterém se lze seznámit s procesory AVR a naučit se jejich assembler. Brána PB je určena pro připojení inteligentího LCD displaye HD44780 kompatibilního. Podrobnosti k displayi se dočtete v kapitole Display. Pin PD1 (TxD) je sériový výstup dat, určených pro odeslání na COM port osobního počítače. Pro převod napěťových úrovní z TTL na V24 je použit obvod MAX232 (nebo ekvivalent) v typickém zapojení. Více v kapitole Připojení k PC. Pin PD2 (INT0) slouží jako vstup impulzů z opto-tranzistoru ve snímači. Na pin je připojen emitor, kolektor je spojen s kladným napájecím napětím. Mezi piny XTAL1, XTAL2 je obvyklým způsobem připojen krystal 4 MHz s kondenzátory 27 pF proti zemi. Podrobnosti k napájení obvodu (GND, VCC) v kapitole Napájení. Stručný popis softwaru pro mikrokontroler naleznete v kapitole Firmware pro mikrokontroler.

Display slouží k zobrazení aktuální rychlosti větru v m/s a v km/h. Úpravou programu by bylo možné zobrazovat i stručnou statistiku.

Standartně je použit inteligentní LCD display HD44780 kompatibilní. Řízení displaye je plně v kompetenci mikrokontroleru. Ten má dostatek volných pinů, takže není problém upravit zapojení i program pro jiný typ displaye (LED, generovaný video signál,...).

!!! Display není nutný pro funkci celého zařízení !!!
Pokud provozujete anemometr ve spojení s PC nemusíte display vůbec osazovat.

Varianta napájení z PC je popsána v kapitole Připojení k PC.

Další možností je nápajet zařízení ze stabilizovaného zdroje +5V nebo z článků. V případě napájení z článků je nutno poznamenat, že k činnosti zařízení postačují dva články 1,5V , ale při použití LCD displaye je nutno přidat ještě jeden nebo dva, neboť display vyžaduje alespoň 4,5V.

Výše popsané způsoby napájení jsou vhodné pro případ, že zařízení není připojeno k PC a údaj se čte na displayi.

Jako základní platforma byl zvolen Linux, protože na něm běží většina WEB-serverů. Obsluha je zajištěna dvěma skripty v Perlu.

anemod je daemon, který přijímá data přes sériový COM port (který se tímto stává obsazeným). Údaje jsou dočasně zaznamenávány v blocích po 5-ti minutách, ze kterých se vypočítá nevyšší hodnota a průměr. Tyto výsledky se zaznamenávají do souborů - vždy jeden soubor = jeden den. Daemon navíc provádí jednoduchou filtraci dat, kdy eliminuje "nesmyslně" vysoké hodnoty způsobené zákmity nebo rušením na vedení od snímače k mikrokontroleru.

anemo je CGI skript (spouštěný WEB-serverem), který vyprodukuje HTML stránku obsahující graf vývoje rychlosti větru ve zvoleném období. Tato stránka je zobrazena v okně internetového prohlížeče. Fakt, že údaje jsou prezentovány formou HTML stránky, neomezuje použití anemometru na spojení s internetovými servery. Investicí do počítače schopného provozovat Linux (t.j. už i386) je možné i v domácích podmínkách vytvořit jednoduchý intranet, kdy zmiňovaný podřadný počítač zastává pouze funkci serveru a shromažďovače dat, který je neustále zapnutý.

Firmware je kompletně napsán v assembleru pro procesory AVR, jehož překladač je volně k dispozici na stránkách firmy ATMEL.

Základní funkcí je měření periody impulsů přicházejících na INT0 z fototranzistoru ve snímači. Naměřený údaj se postupně porovnává s údaji v tabulce uložené v programové paměti. Tam se nacházejí hodnoty (získané při cejchování) pro jednotlivé rychlosti od 0 do 25 m/s odstupňované po 0,1 m/s.

Nalezená hodnota v m/s (odpovídající naměřené periodě) se odešle po sériovém portu do PC a zároveň se zobrazí na displayi.

Závěrem je nutné zdrůraznit, že podpora mikrokontrolerů AVR ze strany Atmelu je perfektní. Jak katalogové listy (datasheets), tak aplikační poznámky (application notes) jsou velmi srozumitelné. Před vývojem tohoto projektu jsem o AVR nevěděl skoro nic. Jediným zrojem informací mi byla zmiňovaná literatura stažená ze stránek Atmelu ve formátu Adobe PDF (Portable Document Format - k prohlížení slouží Adobe Acrobat Reader). Jako programátor pro mikrokontroler byl použit PonyProg.

Také bych chtěl poděkovat prof. Šádovi za zapůjčení zkalibrovaného anemometru (kvůli ocejchování tohoto) a za znalosti získané při jeho hodinách fyziky...