製作風速計 (一) : 觀摩與規劃

在完成太陽能板安裝之後, 接下來想試試看風力發電, 但在之前我想先完成風速計與風向計製作, 參考下面這篇於 2018 年紀錄的文章, 主要是從中正高工同學的實驗得到啟發 :

# 好站 : 如何製作風向計與風速計

一般風速計作法是使用小型直流馬達, 利用風速越快發出的電壓越高的原理, 透過代數換算將電壓轉成風速. 但這種做法有個問題, 就是馬達轉速與電壓關係可能不是絕對線性的, 在低速與高速時呈非線性關係而出現較大誤差. 比較好的做法是使用紅外線與編碼盤, 透過偵測紅外線穿過編碼盤孔洞的頻率以 Arduino 等微控器計算風速, 例如下面影片所展示的做法 :

# Diy Anemometer Part I
# Diy Anemometer Part II
# diy anemometer Part III

我將影片中關鍵的做法截圖如下 :

此圖為在滾珠軸承 (培林) 外殼上鎖上一個電路板, 上面焊上紅外線發射 LED 與接收器, 鎖在葉片轉軸上的圓盤正好位於紅外線發射器與接收器之間, 當圓盤邊緣的孔洞經過紅外線模組時, 原本被阻斷的紅外線會透通, 計算透通的頻率即可得到風速 (需要校正) :

此為編碼盤特寫, 其實只是在盤的邊緣鑽個洞讓紅外線能穿過去而已 :

此為 Pull-up 的紅外線發射與接收器電路圖, 當紅外線被阻斷時輸出 high, 穿透時為 low :

下圖為機構設計, 可見作者是用一個金屬圓箍固定滾珠軸承, 同時將紅外線電路板鎖在上面 :

作者使用金屬片當葉片比較穩固 (但起始風速可能也較大), 我上周使用布丁盒, 冰棒的木片, 牛奶蓋子等要回收的東西做了一個輕量級的 :

但後來發現這個做法太輕太脆弱了 (其實對完美主義的我而言是太醜), 所以我決定改用木作, 而且布丁盒我覺得太醜 (完美主義), 所以我特地去全聯找尋適合的容器, 發現質立希臘式優格的盒子較大且平滑, 所以就買了四盒, 然後在小漢五金找到了合用的木片, 可作為葉片支架與固定片 :

不過圖中原先打算用來固定滾珠軸承的 PVC 管最後決定放棄, 改用全木作, 因為其開口內徑比軸承稍小, 我在上元買了可套在電鑽上的小砂輪磨了一個早上只去掉薄薄一層內皮, 還不如用木作鑽孔快.

其它參考 :

# Arduino練習：紅外線傳送與接收
# 【Arduino教學】實作14- 紅外線遙控LED(使用arduino nano)
# https://github.com/z3t0/Arduino-IRremote
# DIY Anemometer using optocoupler sensor
# Homemade Arduino Wind-speed Sensor