Cloud Sensor

ansmann · 17 Lutego 2009

Witam.

Chciałbym przedstawić sposób na wykonanie prostego i taniego "Cloud Sensora".

Urządzenie nie umywa się nawet do Boltwood'a, ale może być przydatnym gadżetem.

Zasada działania:

Energia cieplna która została zgromadzona podczas dnia, w nocy zostaje wypromieniowana w kosmos.

Jeżeli niebo jest zachmurzone, większość wypromieniowywanej przez ziemię energii zostaje zatrzymana i oddana z powrotem ku ziemi.

Do pomiaru zachmurzenia niezbędne są dwa termometry. Jeden z nich mierzy temperaturę zewnętrzną, drugi mierzy "wypromieniowywane ciepło".

Podczas pochmurnej nocy temperatura w czujniku będzie nieznacznie mniejsza, od temperatury otoczenia. W czasie bezchmurnej nocy różnica temperatur będzie większa, o ile, to zależy od budowy czujnika. W moim przypadku różnica temperatur waha się w granicach od 0,1°C do 2,5°C.

Budowa:

Elementem który wypromieniowuje ciepło jest metalowa płytka. Użyta przeze mnie ma około jednego mm grubości. Na środku tej płytki przylutowana jest metalowa rurka w której znajduje się czujnik temperatury. Wewnętrzna średnica rurki powinna odpowiadać średnicy termometru. Chodzi o to, żeby powierzchnia czujnika, która styka się z metalem była jak największa. Wydaje mi się, że przymocowanie termometru bezpośrednio do płytki będzie dawało podobne wyniki, wydłuży się tylko czas po którym zostaje wykryta zmiana temperatury.

Górna strona płytki pomalowana jest na czarno. Warstwa farby powinna być cienka, dlatego polecam do tego farbę w sprayu.

Pod metalową płytką z czujnikiem temperatury musi być jakiś izolator, który zapobiegnie nagrzewaniu się płytki od podłoża, czy innych źródeł ciepła. U mnie jest to gruba warstwa styropianu. Nad płytką jest 5-10 mm wolnej przestrzeni, a nad nią jedna lub kilka warstw folii do pakowania. Zamiast folii może być cokolwiek, co uchroni płytkę przed opadami i jednocześnie nie będzie przeszkadzało w wymianie ciepła.

Schemat budowy

Do mierzenie temperatury użyłem termometrów DS18B20, są to cyfrowe termometry z interfejsem 1-wire.

Uproszczony adapter DS9097E umożliwia podłączenie magistrali 1-wire do portu szeregowego komputera.

Układ składa się z kilku elementów, które bez problemu mieszczą się wewnątrz standardowej wtyczki DB9.

Z jego zbudowaniem powinien poradzić sobie każdy, kto choć raz trzymał w ręku lutownicę.

Schemat uproszczonego adaptera DS9097E

Temperaturę można odczytywać za pomocą programów:

- Lämpömittari - Rozbudowany program, umożliwia tworzenie wykresów, zapisywanie logów w plikach tekstowych, ustawianie alarmów.

- Motherboard Monitor 5 - Konfiguracja programu

- DigiTemp - Program działa w trybie tekstowym.

Zamiast komputera można użyć mikrokontrolera i wyświetlać temperatury na wyświetlaczu LCD. Użyłem do tego mikrokontrolera Atmega8 i wyświetlacza zgodnego z HD44780.

Myślę, że przydatną opcją będzie możliwość ustawienia alarmu, który włączy się kiedy nagle w środku nocy zmieni się pogoda. Nie wrzucę zdjęcia, bo w tej chwili wszystko jest złożone na "pająka". :lol:

Przykładowe wykresy:

Pochmurna noc, z kilkoma dziurami w chmurach.

Ponad dwu godzinne rozpogodzenie, choć niebo nie było idealne.

Jak widać na wykresach, nie trafiło mi się jeszcze całkowicie czyste niebo. Tylko mniejsze lub większe rozpogodzenia, z cirrusem w tle.

Prawdopodobnie różnica temperatur będzie jeszcze większa, puki co pogoda Nas nie rozpieszcza.

escom · 18 Lutego 2009

Bardzo ciekawy pomysł. Orientujesz się może jak długi może być przewód połączeniowy z termometrami? Przy przewodzie ekranowanym moglo by to byc kilka metrów chyba?

sumas · 18 Lutego 2009

genialne! no i tanie

ale mam pytanie czy ten zewnętrzny czujnik ma być zupełnie na zewnątrz?

tzn goły na wolnym powietrzu? a czy w takim razie nie występuje wtedy jakieś zjawisko chłodzenia wiatrem?

może on też lepiej żeby był w jakiejś obudowie, z tym, żeby izolację termiczną miał od góry?

pozdrowienia

ansmann · 18 Lutego 2009

Bardzo ciekawy pomysł. Orientujesz się może jak długi może być przewód połączeniowy z termometrami? Przy przewodzie ekranowanym moglo by to byc kilka metrów chyba?

Przewód nie musi być ekranowany. Używam zwykłego przewodu telefonicznego o długości około 20m.

W sieci ciężko znaleźć jednoznaczną informację o maksymalnej długości. W zależności od użytego kabla i elektroniki jest to od kilkudziesięciu do nawet kilkuset metrów.

genialne! no i tanie
ale mam pytanie czy ten zewnętrzny czujnik ma być zupełnie na zewnątrz?

tzn goły na wolnym powietrzu? a czy w takim razie nie występuje wtedy jakieś zjawisko chłodzenia wiatrem?

może on też lepiej żeby był w jakiejś obudowie, z tym, żeby izolację termiczną miał od góry?

pozdrowienia

Już o tym myślałem, w tej chwili termometr wisi sobie w powietrzu, ale będzie osłonięty przed wiatrem i opadami.

Pozdrawiam

Edytowane 18 Lutego 2009 przez ansmann

philips · 18 Lutego 2009

Muszę niestety ostudzić zapał .... DS18B20 miałem w reku już trzy... żaden nie pokazywał temperatury poprawnie i różnice między nimi wynosiły około 1-2*C zarówno między samymi układami jak i w stosunku do termoemtrów rtęciowych i innych.... tak więc w przypadku różnic rzędu 0,1*C jakie sa potrzebne do cloudsensora zupelnie nie bedzie to dzialało... oczywiście moje doświadczenia z tymi układami są minimalne, ale jednak należą raczej do tych złych... może trafiałem na złe partie...

sumas · 18 Lutego 2009

philips, a tu je bardzo chwalą: http://radzio.dxp.pl/ds18b20/

ansmann · 18 Lutego 2009

Deklarowana przez producenta dokładność to 0,5°C.

Przed zbudowaniem tego czujnika dokładnie sprawdziłem, czy DSy pokazują identyczne temperatury i wszystko wygląda na to, że tak.

Złączyłem je razem i powoli ogrzewałem, przez większość czasu temperatura była identyczna, chwilami różnica wynosiła 0,0625°C

Może miałem szczęście, albo rzeczywiście trafiłeś na gorszą partię.

Jeżeli termometry pokazują różną temperaturę, to można w programie (na pewno w Lämpömittari, nie wiem jak w innych) ustawić temperaturę offsetu.

Edytowane 18 Lutego 2009 przez ansmann

philips · 18 Lutego 2009

Ja zauważyłem u siebie pewną nieliniowość - przy niższych temperaturach DALLAS pokazywał mniej poprawnie temperaturę niż np w temperaturze pokojowej gdzie błąd w stosunku do innych termoemtrów ( wziąłem ich wtedy chyba ze 4 referencyjne przy czym jeden rteciowy laboratoryjny ) .... byc może faktycznie trafilem na złą partię, ale prosze zwróć na to uwagę....

ax · 18 Lutego 2009

Witam!

Bardzo fajny temat, sam jakiś czas temu wziąłem na warsztat cloud sensor ale z braku czasu - projekt nie został przeze mnie dokończony.

Ja zauważyłem u siebie pewną nieliniowość - przy niższych temperaturach DALLAS pokazywał mniej poprawnie temperaturę niż np w temperaturze pokojowej gdzie błąd w stosunku do innych termoemtrów ( wziąłem ich wtedy chyba ze 4 referencyjne przy czym jeden rteciowy laboratoryjny ) .... byc może faktycznie trafilem na złą partię, ale prosze zwróć na to uwagę....

Philipsie trzeba uważać przy zakupie takich układów aby nie trafić na podróbkę.

Obytemu elektronikowi wiadomo że w świecie komponentów elektronicznych podróbki są zmorą (bywają też podróbki puste w środku).

Od pewnego czasu staram się nie kupować podejrzanie tańszych układów w sklepach z elektroniką bo to zawsze kupowana jest przez nas podróbka - która najzwyklej w świecie nie nadaje się do normalnego użytku. (w tej chwili posiadam próbki układów od producenta - więc pewność jest że wszystko jest OK)

2ga sprawa - ten czujnik Dallasa występuje w wielu odmianach :

DS1820 / DS18B20 / DS18S20 / DS18B20Z / DS18B20U -

I najlepiej jest zakupić jego najnowszą wersję: DS18B20, DS18S20 - raczej nie polecam DS1820 (wiele podróbek ma właśnie podobne parametry).

Wg datasheetu :

"The resolution of the temperature sensor is user-configurable to 9, 10, 11, or 12 bits, corresponding to increments of 0.5°C,

0.25°C, 0.125°C, and 0.0625°C, respectively."

Oczywiście jeśli się wykorzystuje 9 bitowy schemat - dokładność jest 0.5°C - jeśli się pokusi o układ 12 bitowy dokładność jest na poziomie 0.0625.

Pozdrawiam

Andrzej

Edytowane 18 Lutego 2009 przez ax

ansmann · 18 Lutego 2009

(...)
Oczywiście jeśli się wykorzystuje 9 bitowy schemat - dokładność jest 0.5°C - jeśli się pokusi o układ 12 bitowy dokładność jest na poziomie 0.0625.

(...)

Takie małe sprostowanie.

W zakresie temperatur od -10°C to +85°C dokładność jest taka sama i wynosi 0.5°C, bez względu na tryb pracy.

Zmiana trybu pracy wpływa tylko na rozdzielczość z jaką odczytywana jest temperatura i czas konwersji.

Pozdrawiam

ax · 18 Lutego 2009

Takie małe sprostowanie.

W zakresie temperatur od -10°C to +85°C dokładność jest taka sama i wynosi 0.5°C, bez względu na tryb pracy.

Zmiana trybu pracy wpływa tylko na rozdzielczość z jaką odczytywana jest temperatura i czas konwersji.

Pozdrawiam

No tak masz w zupełności rację - błąd ten jest w zakresie podanych przez Ciebie temperatur. (zastosowałem swój niepotrzebny myślowy skrót )

Wyjaśnię tyle że ma sens zwiększenie rozdzielczości odczytu w naszym przypadku.

Zakładając średnie temperatury w nocy w Polsce między -10 a +30 - dokładność w tym zakresie dla tych czujników jest dużo lepsza (vide załącznik).

Przy pięciu czujnikach w tych zakresach temperatur nie zanotowałem odchyłek większych niż 0.1°C - wszystko było mierzone w tym samym środowisku - może po prostu czujniki wyszły z tej samej partii i właściwości ich są bardzo podobne.

Pozdrawiam i 3mam kciuki za projekt

Pozdrawiam

Andrzej ax

escom · 18 Lutego 2009

Tutaj http://www.weather-watch.com/smf/index.php....html#msg286747 jest parę zdjęć plus opis w nieco innym wykonaniu, ale wygląda na to ze pomysł jest raczej trafiony i te termometry powinny się sprawdzać w praktyce . Jak tylko będę miał trochę wolnego czasu zabieram się do roboty .

diabel4you · 25 Lutego 2009

Bardzo ciekawy pomysł jestem ciekaw postępu twoich prac :-)

jeszcze jak by dodał jakąś pamięć eprom i interfejs do przesyłania danych do komputera to można by było zbierać dane bez potrzeby uruchomionego PC

Mateusz_R · 28 Lutego 2009

Cześć!

Świetny pomysł na budowę własnej roboty pyrgeometru - przyrządu służącego do pomiaru ilości zwrotnego promieniowania długofalowego. Swoją drogą urządzenia działają na identycznej zasadzie - wykonuje się pomiar różnicy temperatury dwóch ciał - jednego narażonego na wypromieniowanie ciepła do atmosfery i odwrotnie(ciało musi mieć radiacyjne własności ciała doskonale czarnego) drugiego nie. W tym celu wykorzystuje się najczęściej zjawisko Seebecka pozwalające na bardzo dokładne pomiary temperatury(termometry termoelektryczne mają bardzo mały błąd pomiaru).

Swoją drogą mógłbyś popróbować wykonywać znacznie bardziej złożony bilansomierz promieniowania - do Twojego urządzenia wystarczy dołączyć pyranometr - składa się (najprościej) z dwóch czujników - jeden osłonięty od światła słonecznego - drugi okopcony(posiadający optycznie własności ciała doskonale czarnego). Gdyby jeszcze takie urządzenie wykalibrować(żeby pokazywał jednostki promieniowania W/m^2) można by nie tylko wyznaczać zachmurzenie, ale dość dokładnie prognozować temperaturę(pod warunkiem, że pogoda się nie będzie zmieniać ).

P.S Warunki radiacyjne można obserwować dzięki stacji IGF UW:

http://metobs.igf.fuw.edu.pl/

Edytowane 28 Lutego 2009 przez Mateusz_R