Самодельный анемометр — бюджетный датчик скорости ветра для проектов

Компоненты и материалы

Компонент	Количество
Коллекторный двигатель постоянного тока (любой подходящий)	1
Светодиод (любой)	1
Arduino UNO	1

О проекте

Обзор

Анемометр — прибор для измерения скорости ветра, стандартный компонент метеостанций.

Во время обсуждения IoT-проекта со студентами возникла необходимость в датчике скорости ветра. Готовые решения стоили около $80 — слишком дорого для студенческого проекта. Поэтому было решено собрать анемометр самостоятельно.

Принцип работы

Коллекторный двигатель преобразует электрическую энергию в механическую. Генератор постоянного тока делает обратное — механическую в электрическую. Если электричество может вращать вал двигателя, то механическое вращение вала должно генерировать электричество.

Идея: захватить энергию ветра для вращения вала двигателя, снять генерируемое напряжение через Arduino, преобразовать в шкалу скорости ветра и использовать в проекте.

Для проверки концепции автор взял двигатель от радиоуправляемой машины, подключил светодиод к его выводам и покрутил вал — светодиод загорелся!

Затем плюс двигателя подключили к аналоговому входу A0 Arduino, минус — к GND.

Сборка итогового устройства

В качестве лопаток использованы 4 одинаковых пластиковых ложки для мороженого/десерта. Две ложки склеены вместе, полученные пары закреплены перпендикулярно друг другу на двух концах вала двигателя — получился ротор анемометра.

Конструкция смонтирована на длинном карандаше, закреплённом в подставке. На той же подставке размещена плата Arduino. Добавлен светодиод на PWM-выводе 9 для визуальной индикации ветра.

Код для Arduino

Скетч считывает аналоговое значение с A0 и выводит его в Serial Plotter для визуализации графика напряжения/скорости ветра.

int ledPin = 9;
void setup() {
  Serial.begin(9600);
}
void loop() {
  int sensorValue = analogRead(A0);
  // Маппинг 0-1023 на дискретные значения 0-50-100...250 для светодиода
  analogWrite(ledPin, sensorValue * (51.0 / 1023.0) * 50);
  if (sensorValue > 0) {
    Serial.println(sensorValue);
    Serial.print(" ");
  }
}

Дальнейшие улучшения

• Двигатель 5 В с сильными магнитами требует сильного ветра. Лучше использовать маломощный лёгкий двигатель (например, от дрона) с постоянными магнитами.
• Низкооборотный двигатель даёт большее напряжение при малых оборотах. Желательно использовать такой или добавить шестерёнки для увеличения оборотов вала при слабом ветре.
• Двигатель на 3 В безопаснее — максимальное генерируемое напряжение не превысит 5 В и не повредит Arduino.

Схема

Файл схемы: windspeed_vjCOz66xkI.fzz (Fritzing).