Weather Station One Part 2 - Trạm gốc (Base Station)

Tổng quan về dự án

Đây là một phần của dự án Weather Station One, một trạm thời tiết hoàn chỉnh và dạng modular. Thiết kế của hệ thống được xây dựng dựa trên một số yêu cầu sau:

• thu thập đầy đủ các kênh thời tiết phổ biến như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất khí quyển, lượng mưa, tốc độ và hướng gió, độ sáng / số giờ nắng, độ ẩm đất
• thiết kế modular cho phép bạn chỉ làm một phần, hoặc mở rộng thêm dải cảm biến
• mức độ tự làm cao; DIY tối đa có thể
• hỗ trợ truyền xa - vị trí đo có thể đặt xa nhà
• tích hợp vào hệ thống home automation
• thiết kế 3D vừa đúng chức năng, dễ in, và nhìn đẹp

Khi cân nhắc làm một dự án kiểu này, bạn lưu ý là dù đã công bố đầy đủ thiết kế, vẫn sẽ có khá nhiều việc cần làm. Không chỉ là 3D printing, mà còn có mộc (carpentry), hàn / electronics, và phần mềm nữa.

Các phần đã được phát hành gồm:

1. Part 1: Central Station. Đây là phần mà tất cả cảm biến sẽ kết nối vào. Nó dùng pin / năng lượng mặt trời để có thể đặt ở vị trí tối ưu cho việc đo đạc. Nó gửi dữ liệu thu thập được bằng chip HC-12 / băng tần 433Mhz (tối đa 1 km).
2. Part 2: Base Station. Đây là phần đối ứng (counter part) của Central Station. Nó nhận dữ liệu bằng một chip HC-12 khác và chuyển tiếp (dispatch) vào hệ thống home-automation. Ngoài ra, nó chạy một web server để truy cập trực tiếp dữ liệu thời tiết.
3. Part 3: Temperature (và các) sensor khác. Cảm biến này được thiết kế để đặt trong Stevenson Screen / Wetterhütte đúng chuẩn. Phiên bản hiện tại đo nhiệt độ môi trường, độ ẩm, và áp suất khí quyển bằng cảm biến số. Nó kết nối với Central Station.
4. Part 4: Rain Gauge. Đây là bộ đo mưa, thu nước mưa và đổ vào các xô lật (commuting buckets). Số lần lật được đo bằng reed contact, kích hoạt bởi nam châm gắn trên xô khi xô chuyển động. Nó kết nối với Central Station.
5. Part 5: Wind Vane and Anemometer. Có lẽ là phần in phức tạp nhất, đo 16 hướng gió và tốc độ gió. Tương tự rain gauge, đây là một cụm cơ khí. Hướng gió được đo bằng 8 reed contacts, hoặc bằng cảm biến đo góc từ tính (magnetic angle measurement sensor). Tốc độ gió được đo bằng một reed contact đóng mạch mỗi khi cánh anemometer quay tròn đủ một vòng. Nó kết nối với Central Station.
6. Part 6: Stevenson Screen / Wetterhütte. Phần này không mô tả chi tiết thêm vì bên mình làm theo một tutorial do DWD (Deutscher Wetterdienst) công bố. Do tutorial đó đã bị gỡ khỏi website của họ từ lâu, bạn có thể tìm bản PDF trong Part 1: Central Station.
7. Part 7: optional Battery Pack. Module solar và bộ sạc được chọn có kèm ngàm cho pin Lithium size 14500. Tùy theo mức tiêu thụ điện của Central Station (và các cảm biến), bạn có thể muốn dùng thêm một Battery Pack ngoài.
8. Part 8: Software and Electronics. Phần này được đăng trên Github.
9. Part 9: Solar Panel Mount. Đây là ngàm lắp tấm pin mặt trời đang dùng hiện tại. Nó cho phép chỉnh góc nâng (elevation) để tối ưu phát điện cho mùa Đông và mùa Hè. Về trung hạn, nó sẽ được thay bằng solar tracker bám theo góc phương vị (azimuth) của mặt trời.

Để tiện cho bạn, mình đã tạo một collection WeatherStationOne bao gồm tất cả trừ part 6 và 8.

Kết thúc phần tổng quan (dùng chung cho tất cả các phần).

Part 2 - Base Station

Về cơ bản đây là một cái hộp chứa ESP32 microcontroller, một chip HC-12, và transformer nối với dây nguồn. Base station sẽ kết nối vào mạng nhà bạn bằng WiFi. Các phần linh kiện điện tử và phần mềm triển khai logic cơ bản được mô tả trên github.

Mình quyết định làm hộp gồm 3 phần: đáy, phần giữa và nắp trên. Cách này giúp dễ tiếp cận để hàn (soldering) các circuit boards từ cả phía dưới lẫn phía trên trong lúc lắp ráp.

Các file STL cung cấp cho phép in một màu hoặc in nhiều màu. Cách in nhiều màu có thể làm khá dễ bằng lệnh M600 để đổi tool và cấu hình máy in với hai (virtual) extruders trong PrusaSlicer. Mình đoán các máy / slicer khác cũng có kỹ thuật tương tự.

Hộp này không chống nước.

Cấu hình in (Printing configuration)

• Layer height 0.2mm
• 0.4mm nozzle
• 15% infill
• Filament PETG màu trắng và đen
• đặt mặt ngoài của phần top và bottom úp xuống printing bed
• automatic support (from building plate only)

Các phần khác cần chuẩn bị

• 1x ESP32 Developer Board
• 1x HC-12 board
• 1x 10 uF Elco
• 1x transformer 220V/110V AC to 3.3V DC
• 1x dây nguồn phù hợp chuẩn quốc gia của bạn
• 1x cầu chì (tùy chọn)
• 2x điện trở 220 Ohm cho LED
• 1x LED đỏ 5mm (nguồn)
• 1x LED xanh 5mm (nhận tin nhắn / lỗi)
• universal circuit boards cho ESP32 và transformer
• 8x vít M2x8 (bắt board)
• 8x vít M3x10 (vỏ hộp)
• 2x vít M3x8 (kẹp dây)

Lời kết

Đây là một mẫu 3D miễn phí khác được chia sẻ cho bạn. Việc thiết kế, test, chuẩn bị, upload và duy trì các model này tốn khá nhiều công sức. Nếu bạn thấy hữu ích, bạn có thể ủng hộ bằng nút coin ở góc trên bên phải. Cảm ơn rất nhiều!