気象計測センサー 雨量計 その九センサー ノードコントローラ 「AMEWO-UART」回路 基板

気象センサー　シリーズの　雨量計「雨ヲ君」対応の試作基板の設計が終わりました。

ミーリングまたはエッチングのあとパターンがくっつく(または切れる)とか穴が開け難いとか
れば若干パターン変更はあるかもしれませんが基本的にはこのままです。
汎用を狙いすぎて余計な端子名がありますが気にしないでください。

この基板では　雨量計「雨ヲ君」として動作させる場合は、T1,T7しか使用しません。

残りの端子は拡張性を持たせるため　すべて端子として配線されていますが、保護回路も入っていませんので静電破壊やラッチアップ対策としてすべて5-10kΩ程度の抵抗で　プルダウンかプルアップしてください。(プルアップ推奨)　T(ターミナル端子)の部品穴を利用すると良いと思います。




発注している「生基板」さえ届けばすぐに制作に取り掛かります。

頒布予定の基板の情報は、

https://drive.google.com/open?id=1ZtVGZopA85Whbau-n7gfQ6bhVNiM7wpG

気象計測センサーその12 汎用ソーラー充電式電源 ポール

センサーとノードコントローラが完成したのですが、実際に野外/屋外に設置するとなると
風雨に耐える電装ボックスと電源を確保しなくてはなりません。

今回ご紹介するのは

屋外設置の容易な汎用のソーラーバッテリ付きポールで、固い地面には向きませんが耕作地など地面の柔らかい場所なら簡単に設置できます。

実際にはこのポールに屋外用の電装ボックスを取り付けて気象観測センサー、無線送信機、などを収納し設置することになります。
電源は、安価で容量の大きな軽自動車用車載バッテリまで対応しています。


用途としては、

農作物被害の実態調査用の野生動物の撮影機材の設置

気象センサーの野外設置

アンテナの屋外設置

などを想定していますが　ポール先端部を深く突き刺すと容易には倒れないため
キャンプ場などで　ランタン設置ポール　、ラジオやトランシーバーのアンテナ設置にも使えます。

気象計測センサー その11 雷センサー

気象センサーシリーズに　雷センサーを追加しました。
センサー自体は　秋月電子から発売されている秋月電子　雷センサー
を組み込んで屋外設置が可能なように防水構造になっています。

このセンサーモジュールは非常に小さく動作電圧3Vとバッテリで動作しますから携帯型にも固定設置型でもいろいろ応用できそうです。

屋外設置した場合は、屋内に多数ある電子、電気機器が発する電気的なノイズの影響を受けにくくなり、特に電灯のON/OFF、掃除機のモーター、サーモスタットなどの電磁波ノイズの発生源から距離をとることで人工ノイズによる誤検出を大幅に低減できるようです。

センサーケースはアンテナ部を樹脂製のキャップで覆い、センサーチップ部分は金属製で囲むことで電磁シールド効果を持たせるような構造です。
また半透明樹脂部にはLEDを組み込んでありますので、雷検出時にLEDもピカピカ光ります。　夜なら見てると面白いかもしれません。


実物は後ほど..

気象計測センサー 雨量計 その⑧センサー ノードコントローラ 「AMEWO-UART」

気象計測センサー キットシリーズ　雨量計　センサー　ノードコントローラ 「AMEWO-UART」のUART ノードコントローラの頒布を開始しました。

モールス信号版は、AVR　2313マイコンプログラム領域にモールスコードのデータ領域がプログラム領域を圧迫して全機能を実装できませんでしたがUART版はそのような制限もなく多くの機能を組み込むことができました。

共通仕様

　0.5mm/転倒パルス式雨量計対応

　雨量計測　　　　　10分間降水量、1時間降水量,24時間降水量、48時間降水量

　アラーム信号　　　積算雨量　300mmを超えた場合　(設定変更可能)

電源電圧　　3-5Vです。

ノードコントローラからの結果出力は、

無線方式と有線(ケーブル)出力の両方に対応しており

1) 通信方式　UART 2400,4800,9600,14400baud　8bit parity none

動作の様子はyoutube にアップロードしました。

パソコンへの接続はFTDI232を経由したUSBシリアル通信で行っています。

センサーメカユニットのオプションパーツとしての取り扱いになります。

尚マイコン側からはロジックレベルの信号になりますので、長い距離の配線が必要であれば、RS-422で　1.54km または　RS-485　等　のドライバ回路が必要になります。

フォトカップラでの絶縁は簡易的ですが10m程度なら実用域になります。

気象計測センサー 雨量計 その⑦センサー ノードコントローラ 「AMEWO-WTXA3-900K」

気象計測センサー キットシリーズ　雨量計　センサー　ノードコントローラ 「AMEWO-WTXA3-900K」の仕様が決まりました。

AVRマイコン　AT90S2313-10PCのプログラムサイズの制限からすべての機能を組み込むことはできませんでしたが、通信方式別に雨量計ノードコントローラとして頒布を開始します。


共通仕様
　0.5mm/転倒パルス式雨量計対応
　雨量計測　　　　　10分間降水量、1時間降水量,24時間降水量、48時間降水量
　アラーム信号　　　積算雨量　300mmを超えた場合

電源電圧　　3-5Vです。

ノードコントローラからの結果出力は、

無線方式と有線(ケーブル)出力の両方に対応しており

1) UART 9600baud

2) I2C

3) パルス　トーン併用式　トーン300-2400Hz

4) モールス信号

なんと前近代的な...と思われるかもしれませんが無線を趣味にしている方たちのためにモールス信号での出力もできます、

動作の様子はyoutube にアップロードしました。

送信周波数次第ですが　AMラジオ、FMラジオ、そのた無線機やSDR受信機で雨量を確認できます。

特に停電時ではラジオがあれば雨量が確認できます。

この機会にモールス信号を覚えてもいいですね。

気象計測センサー 雨量計 その⑥センサー ノードコントローラ

雨量センサーのノードコントローラの開発が終盤です。

雨量計センサーメカキット「雨ヲ君」に接続すると、自動計測を行います。

出力は　第一弾としては　微弱電波によるAM/FMラジオで降水量を確認することができます。

超低消費電力+微弱無線ですのでバッテリによる動作が簡単で　配線不要です。　
PC不要で停電時もラジオさえあれば降雨状況を確認できます。
電波到達距離は気象状況にもよりますが数十mです。


仕様
①　電源は2種類　5V、3Vいずれか
②　雨量計測　10分間降水量、1時間降水量,24時間降水量、48時間降水量
③　計測可能な最大10分間降水量　75mm/10分
④　それぞれの降水量の最大値は電源を遮断しても保持し続けます。　リセットで消去されます。
⑤　国土交通省基準　想定最大規模降雨　567mm/48時間　または220mm/1時間　60mm/10分間を検出すると 「緊急/非常」信号端子がONします。リレー、またはLEDランプを接続すると目視で確認できます。
微弱電波による通信でも通信電文を「緊急/非常」に切り替えます。


24,48,72時間降水量は、気象庁による集計は0時10分を起点とする降水計測ですが、本ノードコントローラーでは、RTCを増設することで可能になります。
RTCは、リアルタイムクロックという時計モジュールの総称でコイン電池CR2032を内蔵していますので、センサー電源が遮断された状態でも常時計時作を継続します。
CR2032電池寿命は状態にもよりますが約2年です。

RTCオプションを増設しない場合は、降り始めを起点といたしますのでご注意ください。

気象計測センサー 雨量計 その⑤組み立てマニュアル

気象センサー　シリーズの　雨量計ですが、　組み立てマニュアルを公開いたしました。

場所はグーグルドライブで共有設定をしていていつでもダウンロードが可能です。

購入前後にかかわらず仕組みや組み立て方法を検討できます。

参考回路図も近日公開予定です。　今しばらくお待ちください。

ダウンロード先URL

https://drive.google.com/open?id=1ZtVGZopA85Whbau-n7gfQ6bhVNiM7wpG

気象計測センサー 雨量計 その④

転倒ますの形状を変更しました。

目的は、測定範囲に合わせて最適な転倒雨量を選択可能にしました。
また転倒ますに残存した水の凍結時に転倒ますが割れないように底面の形状を見直しました。

現在の仕様を列挙します。
☆検出方式
転倒ます式

☆　転倒雨量
0.5mm/パルス  ,1.0mm/パルス  を選択

☆　受水口径
Φ56mm

☆　パルス信号
  +5V 20mA max   30msec < Pulse < 100msec

☆測定精度
　　20mm以下の降雨時　±0.5mm以下
　　20mm以上の降雨時　±10% 以内(要調整)

気象計測センサー 雨量計 その③

温度、湿度、気圧、重力加速度などはセンサー単体で計測できるため比較的簡単にモニタリングができますが、降雨計測は機械的な計測機構が必要であるため個人による電子記録はなかなか難しいのが現状です。

この降雨計測を簡単にしかも高い精度で直接計測できないかと考え転倒ます式の雨量計のセンサーメカを3Dプリンタで作ってみました。


動作の様子はyoutube https://youtu.be/S1JachuPInUにあります。

転倒ます式のバケットによる計量のバラツキは少なく (20㎣以下)、1/1000gが計れる電子はかりをお持ちであれば　もう少し精度を高めることができます。

また転倒ます受け下部に計量アジャストスクリューがありますから現時点のメカ仕様で実測800-1400㎣の範囲で調整可能です。

転倒回数は反射式の光電センサーで検出しますから機械式リミットスイッチに見られる接点磨滅によるトラブルがありません。

これを塩化ビニール水道管　PVC-U JIS規格K6741 VU50に組み込み非常にコンパクトな構成になっています。

自宅周辺のゲリラ豪雨など局所的な降雨をモニタリングできるはずです。

気象計測センサー 雨量計 その②

雨量計センサーメカが完成しました。あとは漏斗を造形すれば終了です。

このセンサーの仕様としては　

☆転倒マス式
☆800㎣　～　1400㎣(0.8cc-1.4cc)/1回　の計測が可能でユーザーが調整できます。
☆転倒マスは光電センサーによる検出でシリコン充填による防水処理をしています。
☆配線は+V,SIGNAL,GNDの3線式
☆動作電圧は12V,5V仕様を選択できます。

このセンサーを内径Φ50-60mmのパイプに組み込むと

10分間降水量　100mmの場合は10分間の間に200パルス(3秒間に1パルス)が出力されます。
ただし日本における10分間降水量の最高記録は50mmですので出力は半分になり、局地的な異常降雨を計測できる...はずです。

気象計測センサー 雨量計 その①

3Dプリンタで雨量計を作ってみました。

温度、湿度、気圧は各社キットが存在しているので、雨量と風速、そして雪害が心配な地域のための積雪深を自動計測するキットを考えています。

積雪深と風速計は、超音波による計測で精密測定が可能になるはずです。

応用としては、ケーブルで直接引き込む..またはZigbeeによる離れた場所からの無線通信によるデータ送信．．(中継無しで数１０メートル、中継局を設置すればから数キロ程度)

消費電力は小さく　ソーラーパネルか一次電池を使用し、半年以上の交換サイクルが目標です。

それぞれのキットは単独や連携が可能で増設数は最大112個です。


とりあえずの暫定仕様としては

1) 雨量計
☆転倒マス式
☆2インチの水道パイプに組み込めるサイズ
☆最大計測可能な降水量は、10分間降水量で100mm(日本での記録は新潟の50mm/10min)
☆電源は5V
☆出力は パルス出力(オープンコレクタ) またはI2C,RS232C


2) 積雪深計
☆超音波式
☆電源は5V
☆出力は パルス出力(オープンコレクタ) またはI2C,RS232C


3) 風速計
☆電源は5V
☆超音波式
☆I2C,RS232C   、3D空間座標の始点、終点、と風速が出力される3軸測定で　方向と上下方向が判別可能で風車計が計測できない(回転できない)ような微風が計測できますのでサーマル(熱上昇気流)が計測できるはずです。

ただし計測可能な最大瞬間風速は未定です。　日本においては富士山頂で97m/sec!の記録がありますがこれはおそらくセンサーの強度的に計測できません。

今年の気象は、過去に類例がないほど観測史上「初」のついた気象現象が多かったように思いました。
特に雨量ですがピンポイントで実際の降水量風速を把握できるとゲリラ豪雨のような局地的な気象現象も観測できるのではないかと考えています。