Estación Meteorológica NeoTeo (Parte I)

¿Necesitas salir de casa y no sabes si lloverá o habrá sol? ¿Tienes temor de salir sin abrigo y pasar una noche con mucho frío? Aprende a conocer el clima, a dominar el estado del tiempo, sin necesidad de esperar las noticias. Con la aplicación que comenzamos a desarrollar hoy, y sin llegar a pretender una estación meteorológica profesional, podremos estudiar diversas variables que pueden resultar muy útiles: temperatura, humedad, dirección y velocidad del viento, todo lo que necesitas saber antes de salir de casa. ¿Tienes una red RS485 montada? Aquí tienes un terminal que nada tiene que envidiarle al servicio meteorológico local.

Artículo premiado por la web ABCdatos

El desarrollo que comenzaremos a mostrarte hoy está formado por 4 partes bien definidas que cumplen funciones muy importantes. Construida con materiales muy fáciles de conseguir, esta mini-estación meteorológica utiliza caños plásticos de desagües pluviales, chapas de zinc, varillas roscadas, caños de aluminio (utilizados para pequeños cortinados), algo de madera y, por supuesto, algunos componentes electrónicos específicos, muy populares por cierto. Demás está decir que en esta construcción, como en todas las que acostumbramos a desarrollar en NeoTeo, se requiere de prolijidad, esmero y muchas ganas de lograr un resultado exitoso. Los instrumentos que formarán esta construcción son los siguientes:

  • Un anemómetro, encargado de medir la velocidad del viento.
  • Una veleta, que nos informará sobre la dirección del viento, en caso de que exista.
  • Un termómetro, capaz de lograr mediciones de temperatura entre -40 y +125° C (-40 y +257° F)
  • Un higrómetro, que nos proporcionará información sobre la humedad ambiente (0–100% RH).

Sin duda alguna, son datos muy importantes para tener en cuenta antes de salir de casa. Los valores de humedad y temperatura, en conjunto con los datos del viento, pueden ayudarnos a estudiar de qué manera se comporta el clima y los fenómenos que pueden provocar las diversas variaciones de estas magnitudes que podrán ser medidas y estudiadas con este útil desarrollo.

El sensor de temperatura y el higrómetro vienen encapsulados en un mismo chip que pertenece a la familia SHT1x de la firma Sensirion. Estos sensores se presentan en una pequeña placa donde se encuentran integrados, construidos y calibrados para proporcionar una salida digital totalmente libre de ajustes y posibilidades de errores de calibración. Este dispositivo incluye un elemento sensor de polímero capacitivo para la medición de humedad ambiente y un sensor de tecnología “bandgap” para la medición de temperatura. Ambos elementos de medición están conectados a un convertidor analógico digital de 14 bits y a un circuito de interface serie contenidos dentro del mismo chip.

El módulo SHT11 instalado en una placa que facilita su manejo

Con esto, se obtienen mediciones rápidas, de gran calidad e inmunes a las perturbaciones externas. Cada sensor SHT11 es calibrado de forma individual durante su fabricación, utilizando un higrómetro de alta precisión como referencia para obtener una serie de coeficientes de calibración que son grabados en una memoria OTP y utilizados durante la medición con el fin de calibrar la señal de salida del módulo. El circuito posee una interfaz de sólo dos cables, muy adecuada para su utilización en sistemas basados en microcontroladores, como será nuestro caso. Su tamaño muy reducido y su bajo consumo de energía lo convierten en una excelente elección para sus aplicaciones (80uW). Si no lo consigues en las tiendas de materiales de tu región, recuerda que Sensirion hace envíos de muestras gratis de este sensor a todo el mundo. Sólo debes ingresar a su Web (enlace ubicado al final del artículo) y solicitar una muestra para ensayos particulares.

Conexión recomendada por el fabricante en su hoja de datos

Al final de la construcción del sistema, las variables de temperatura y humedad podrán ser visualizadas en gráficos dentro de una aplicación que funcionará en el ordenador y que nos permitirá ver su evolución y variación durante intervalos de tiempo predeterminados. Por tratarse de una obligatoria red RS485, las conexiones terminarán en la placa convertidora RS485–RS232 que ya hemos visto el año pasado y que puedes encontrar en este enlace. Por lógica, el sistema podrá conectarse únicamente a ordenadores que posean un puerto serie. El próximo paso será implementar una comunicación inalámbrica desde la estación meteorológica hasta un dispositivo capaz de recibir los datos e ingresarlos al ordenador mediante una conexión USB. Esto permitirá la posibilidad de utilizar cualquier ordenador móvil y ampliará los horizontes de aplicación de la estación a trabajos en unidades portátiles y fáciles de trasladar.

El microcontrolador empleado en el desarrollo será el PIC16F873A que nos permitirá conectar todas las partes necesarias que formarán la estación, esto es, un driver SN75176 para la conexión al bus RS485, un puerto entero dedicado a la medición de la dirección que posea el viento, y una entrada para un amplificador operacional LM358 que se encargará de procesar la información necesaria para obtener la medición de la velocidad del viento. Para este fin, al igual que para determinar la dirección del viento con la veleta, utilizaremos un par de motores Drum que ya no se utilicen de las antiguas máquinas de vídeo VHS. No necesitamos motores que funcionen o sistemas que estén operativos en su totalidad. Nuestra única meta será aprovechar los sistemas mecánicos que estos dispositivos poseen.

El eje del motor viene soportado por dos rodamientos de alta calidad y de gran suavidad en su deslizamiento. Esto será muy útil e importante al momento de la construcción mecánica del anemómetro. Cualquier otro sistema que se nos ocurra utilizar, habría que salir a buscarlo, comprarlo, mandarlo a fabricar a medida, inventarlo o soñar con encontrarlo en casas especializadas en el tema y pagar por ellos precios escalofriantes. Sin buscar demasiado, los elementos se encuentran allí en el desván, en el altillo o en el estante de los cacharros que ya no utilizamos y que aún no entendemos por qué no los hemos arrojado a los residuos. Y si no encuentras ninguno disponible en tu hogar, muchos servicios técnicos estarán agradecidos de que les quites algo de rezagos que sólo sirven para ocupar espacio inútil  y juntar tierra. Si aún no has pillado cuál es el motor del que hablamos, observa este video y descubre qué es lo que necesitas:

Una vez que tengas en tu poder un par de estas maravillas mecánicas, comenzarás la construcción física de la veleta o del anemómetro, según tu preferencia o disponibilidad de materiales. Para el caso del anemómetro, debes identificar el sensor de efecto Hall que señalamos en el video que te permitirá obtener los impulsos para lograr la medición de la velocidad del viento. Si en cambio deseas comenzar con la veleta, es decir, con el indicador de dirección del viento, puedes desarmar la parte inferior del motor, retirar la placa que contiene las bobinas motrices y el resto de los circuitos que hacen funcionar al motor. Como dijimos antes, aquí no necesitarás el motor en funcionamiento sino aprovechar sus magníficas cualidades mecánicas.

Montaje en estrella de los 8 Reed Switch empleados en la veleta

Para aquellos que no los conozcan, los Reed Switches son pequeñas ampollas de vidrio que poseen delgadas láminas de metal capaces de deformarse al ser sometidas a un campo magnético. Por lo general, poseen dos terminales a los extremos y su contacto interior es normal abierto. ¡Cuidado! Los Reed Switches son muy frágiles y si intentas doblar sus terminales cerca de la ampolla, terminarás rompiéndolos. Al acercarles un imán, las láminas se deforman y el contacto eléctrico se cierra. Aplicando un poco de lógica, hemos dispuesto 8 elementos de este tipo que nos indicarán los cuatro puntos cardinales (Norte, Sur, Este y Oeste), más otros cuatro puntos intermedios (Nor-Este, Nor-Oeste, Sur-Este y Sur-Oeste). Logrando el montaje apropiado de una pieza de imán, acoplada al eje móvil para que active los Reed Switches al pasar en sus proximidades, tendremos la información de cuál de los ocho interruptores se cierra y así conocer la dirección del viento. Aquí puedes ver una imagen explicativa con los elementos que intervienen en el montaje interior.

Detalle de los elementos utilizados

En esta parte del desarrollo, no tiene mucho sentido brindarte las medidas de las placas junto a sus circuitos impresos ya que todo dependerá del tamaño de los Reed Switches que consigas o puedas comprar. Lo importante, como siempre, será lograr la construcción robusta y firme de la placa y su anclaje a la tapa plástica que soportará el sistema. De acuerdo al tamaño de los bimetálicos, resultarán los tamaños del resto de la construcción.

De este modo debe lucir la construcción finalizada en el lado inferior

El sistema armado y completo debe quedar como muestra la imagen superior. La distancia aconsejada de separación entre el imán y los Reed Switches no debe ser superior a unos 3 o 4 milímetros. Debes controlar muy bien esta situación mecánica ya que, de lo contrario, los contactos no cerrarán y no llegará la información adecuada al microcontrolador. En la fotografía superior también puedes ver un par de láminas, agarradas a las tuercas de fijación, que servirán para atar los cables que salgan de la placa y así evitar que se enreden con la pieza móvil que soporta el imán.

Primeros pasos en el montaje mecánico de la veleta

La parte superior del conjunto tendrá una tapa fabricada con chapa galvanizada (o zincada) que le servirá de protección al conjunto Motor-Tambor para protegerlo de la lluvia. Al sistema que te mostramos en la fotografía le falta aún un faldón protector mayor que se aprecia en el video de presentación. Una liviana varilla de aluminio servirá de punta de flecha para dar cuerpo y soportar al “timón de cola” que también estará construido de material galvanizado. Al girar de manera suave la veleta en un ambiente silencioso, escucharemos los contactos de los Reed Switches que se activan uno a uno a medida que la flecha apunta en todas la direcciones dentro de un giro de 360°. El ancho de la pieza de imán debe ser cortado de modo que no deje espacios vacíos con Reed Switches sin activar. Esto debe ser tenido muy en cuenta porque puede presentarse la situación incierta de que no tengamos ninguna información en el puerto en el momento de la medición, lo que resultaría en un dato erróneo y no deseado.

Placa final del desarrollo que construiremos en la próxima entrega

Tal como mencionamos en el video explicativo del motor a utilizar, para el funcionamiento del anemómetro será necesario que tengamos acceso al sensor de efecto Hall que “todos” los motores de este estilo traen incorporados en su placa. El nivel del pulso que nos brindará el sensor no será suficiente para ser leído por el microcontrolador, por lo tanto, tendremos que diseñar una etapa formadora de un impulso que sea apto para ser interpretado y utilizado en la cuenta que finalizará en la indicación de la velocidad del viento. A este trabajo lo realizaremos con un sencillo LM358, como muestra el circuito de la imagen inferior. Para la parte mecánica, utilizaremos varillas roscadas para colocar conos hechos en chapa galvanizada a 90° entre sí. Aquellos que quieran utilizar sólo 3 elementos capaces de capturar el viento y hacer rotar el eje del motor, deberán hacer el montaje cada 120°.

Circuito para adaptar el impulso indicador de revoluciones del anemómetro

En la imagen inferior se aprecia claramente el mismo tipo de tapa plástica que la utilizada en la construcción de la veleta, con un motor al que se le han practicado 4 perforaciones en el tambor móvil (no en el cuerpo del estator) y al que se le han colocado varillas roscadas forradas en plástico. Los “conos” encargados de capturar el viento y hacer girar el sistema se han terminado con burletes de goma en sus bordes y están sujetos con tuercas a las varillas roscadas. Seguimos con la misma recomendación: la prolijidad y el esmero en la construcción mecánica permitirán un resultado altamente satisfactorio. Usa tu imaginación, obtén el máximo rendimiento de los materiales que tengas a tu alcance. El logro vale la pena.

El anemómetro en su etapa inicial de construcción

En la próxima entrega veremos el circuito utilizado en la unidad central y el desarrollo del programa para el ordenador donde podremos ver los datos obtenidos por la estación. Terminaremos de profundizar sobre los detalles constructivos, la finalización de la construcción mecánica de la estación y veremos algunos videos con pruebas realizadas. Te esperamos (Parte II).

Deja tu voto

0 puntos
Upvote Downvote

Total votes: 0

Upvotes: 0

Upvotes percentage: 0.000000%

Downvotes: 0

Downvotes percentage: 0.000000%

  • Wolfman77

    EXCELENTE!

  • Windowsman

    A cuanto la regalan?

  • rataelp

    lo intentaree..

  • Andres Paihuano

    maravilloso

  • mindmaster

    gracias por esto jejejjejejeje

    necesito la segunda parte por favor no e acabado de construirlo pero tengo una duda

    no se donde conseguir un sensor SHT11 me podrias decir donde encontrar una por favor es urgente

    • Mario Sacco

      Hola Master!

      ¿De donde eres amigo?

      Saludos!

      • mindmaster

        soy de republica dominicana

  • Ruben

    Ahora si te pasaste… Mis respetos y felicidades sigue así 😉

  • AdlF14

    oye esta muy bueno este articulo se ve bastante interesante para hacer y para recomendarlo en la esc…

    bueno espero las siguientes partes …

    grax publicarlo … xD

  • luis

    Bueno que puedo decir de mario, es un genio de la electronica, mis mas sinceras felicitaciones!

  • Pablo2m

    Muy interensante tu articulo Mario. ¿Quien trae el SHT11 a la Argentina ?

  • Pablo2m

    Otra cosa, ¿Hay algun componente medio economico que se pueda agregar para tener lecturas de presion ?

    • Mario Sacco

      Hola Pablo !

      En la Estación 2.0, la que será inalámbrica y con conectividad USB, colocaremos un sensor de presión atmosférica. Respecto a el SHT11 en Argentina, Dicomse:
      http://www.dicomse.com.ar/sensores.htm

      Saludos!

  • hector

    muy buenas tengo una duda y un problema , he solicitado el sensor para ensamblar su maravilloso y alucinante proyecto y despues de buscarme la vida para tratar de conseguir todos los materiales para hacer realidad el proyecto veo que el envio de la muestra no es para particulares solo para clientes de la empresa sensirion. entonces como hago el proyecto si me falta el componente mas importante? un saludo y gracias por los magnificos proyectos pero deberian de poder facilitar mas datos para poder conseguir componentes tan dificiles como este sensor ,puesto que en mi caso aki en zaragoza ,españa que es una ciudad muy avanzada respecto a tecnologia este sensor parece imposible de conseguir.

    • Mario Sacco

      Hola hector!

      ¿Has preguntado en Farnell?
      En su buscador aparece. Respecto a las muestras gratis de Sensisrion, ahora están enviando las del SHT21 (que ya he pedido y formarán parte de la Estación 2.0), pero ¿les has escrito personalmente para averiguar si te envían alguna muestra gratis del SHT11? Si eres estudiante es muy probable que te envíen.
      No pidas 25 muestras gratis. Pide 1 o 2. Sinó, ni te contestarán siquiera.

      Inténtalo amigo. Prueba con Farnell primero.

      Saludos!

    • Jorge

      Hola Hector, ¿dónde has buscado el componente en cuestión? tienes varias tiendas de componentes electrónicos en Zaragoza, por supuesto esta Electrónica Goya (Diotronic) en la Avenida Goya, Electrónica Certe en la calle Arzobispo Apaoplaza, y mi preferida Aesa en la calle Menéndez Pelayo. También lo tienes en RS online, por 26euros más gastos de envío, en farnell la cosa será por el estilo. Puedes aprovechar y pedir todos los componentes para ahorrar en gastos de envío.
      Espero que la información te haya servido de ayuda.
      Un saludo

  • Yesbond

    Hola Mario:

    Bueno creo que ya los demas han descrito con buenos sinonimos este proyecto, seria redundar si digo algo mas.
    Este proyecto se parece a uno que vi hace con 3 o 4 años en una revista que se llama elektor, pero en ese caso utilizaban un micro ATM, y la comunicacion era via GSM, y pues en ese momento solo suspire y dije pense que algun dia lo hare; y bueno creo que ese dia ha llegado y gracias a ti, solo tengo que decir mil y mil gracias mario eres una gran hombre.

    Ahora sera manos a la obra, un saludo desde Colombia.

  • mindmaster

    hola mario soy de republica dominicana tendrias una idea de donde encontrar algo haci

    sino tendre que meterme a la pulga a probar suerte………………….

  • ESTEBAN

    Hola mil gracias, conocen un sensor que mida intensidad de lluvia (agua que cae por unidad de teimpo) o al menos precipitacion en milìmetros. y adicionalmente si conocen algo para brillo solar y sismos.

  • binartu

    Excelente!! Andaba también haciendo este proyecto, una estación meteorológica con comunicación en 485. Para el anemómetro también había pensado en un motor pap pero no había llegado a materializarlo. Así, la verdad, es que es más sencillo y me gusta.
    Este será otro de los proyectos de neoteo que seguro haga, y muy probablemente sea el primero. Tengo que seleccionarlos por falta de tiempo 🙁
    Por otra parte, yo tengo un par de sht11 por aquí comprados en eBay. Para aquellos que no los encuentran en sus zonas.

  • José

    Hola amigo, mira, estamos realizando un concurso-sorteo para bloggers para presentar nuestra nueva tienda, el concurso consiste en crear un post en el blog hablando de la tienda y del concurso, y los premios serán una videocámara de 12 megapíxels de calidad, y otros artículos de la tienda, aparte de descuentos, hay 5 premios, el sorteo será al azar ente los participantes, haz click aquí para entrar en la página del concurso y te informas.

    Ójala te apuntes pues por la categoría y las características de tu blog nos interesaría tenerte en el concurso. Si tienes cualquier duda tanto sobre la tienda como del concurso, te dejo mi msn: msn@informaticshop.com

    Un saludo!

  • Oviedo Raúl

    Hola Mario, muy bueno el articulo y los videos, como siempre.

    Quiero agradecerte por presentarme al SHT11, no lo conocia y en mi caso en mi estacion el sensado de temp lo realizaba con el TC77 (de salida digital) y la humedad con un RH + el clásico convertidor capacidad/frecuencia. Gracias a vos ya tengo un integrado que me realice las 2 cosas juntas para un posible rediseño. 🙂

    Tampoco conocía los Reed Switches y ahora si….. pucha que manera de aprender cosas nuevas en NEOTEO!!

    Saludos

  • trupo

    gracias mario por tan maravillante proyecto!

  • NoGRo

    buenas soy de argentina bsas avellaneda, y ya habia visto el sensor este SHT11 en otro tutorial, no se donde conseguirlo si alguien mas lo quiere mandenme un mail Dimnogro@gmail.com si hay que traerlo de afuera seguro es mas facil y mas barato si lo pedimos de a varios PLACE MANDEN MAIL , por lo menos si alguien averigua donde comprarlo aca en arg

  • tekenen

    Genial Maestro Mario x gente como tu es que dan ganas de seguir aprendiendo + y +, c te agrad c en verdad todos tus aportes son geniales.
    Saludos desde Mexico

  • lu7

    Genial estoy construyendo todo lo que partes mecanicas, cuando estimas tener el programa para el PIC, y de esa manera terminar el proyecto.
    Saludos

    • Mario Sacco

      Hola lu7 !

      Estimo que este Sábado salimos con el artículo final.
      Con el circuito, programa para el PIC y el ordenador y algunos videos explicativos más.

      Saludos!

  • mt

    he estado juntando los componentes y no logro ubicar el sht11, en dicomse no tienen en stock, alguna idea de quien tiene en bsas o en montevideo ?
    desde ya miuchas gracias

  • chorix

    Hola Mario, la verdad que el articulo sobre la estación meteorológica esta muy bueno, por lo que tenia pensado construirla en mis tiempos libres, pero el problema es que no se donde puedo conseguir el SHT11. Leí por acá en los comentarios que ha pedido una muestra y se lo enviaron. Quería saber si no me guía un poco en como obtener yo también una muestra. Muchas Gracias. Saludos

  • EA7LN

    Mario felicidades por el proyecto, estoy intentando de construir una estación y me ha servido de ayuda. Tengo una duda que logro aclarar y es que no veo el calculo en el programa del pic para convertir los pulsos por vueltas en km/h.
    Podrias explicar como lo haces?
    Saludos

  • leo_5v

    Excelente proyecto. Megustaria saber si alguien conoce una alternativa al sht11 mas barato o mas facil de econtrar. o si alguien podria explicar como hacer un pedido de muestra gratis porfavor.
    Saludos

  • leo_5v

    Excelente proyecto pero quisiera saber si alguien conoce una alternativa al sht11 mas barato y/o mas facil de conseguir.O alguien que pueda explicar la forma de hacer el pedido de muestra gratis se los agradeceria mucho.
    Saludos.

  • leo_5v

    Excelente proyecto pero quisiera saber si alguien conoce una alternativa al sht11 mas barato y/o mas facil de conseguir.O alguien que pueda explicar la forma de hacer el pedido de muestra gratis se los agradeceria mucho.
    Saludos.

  • leo_5v

    Excelente proyecto pero quisiera saber si alguien conoce una alternativa al sht11 mas barato y/o mas facil de conseguir.O alguien que pueda explicar la forma de hacer el pedido de muestra gratis se los agradeceria mucho.
    Saludos.

  • leo_5v

    Excelente proyecto pero quisiera saber si alguien conoce una alternativa al sht11 mas barato y/o mas facil de conseguir.O alguien que pueda explicar la forma de hacer el pedido de muestra gratis se los agradeceria mucho.
    Saludos.

  • leo_5v

    Excelente proyecto pero quisiera saber si alguien conoce una alternativa al sht11 mas barato y/o mas facil de conseguir.O alguien que pueda explicar la forma de hacer el pedido de muestra gratis se los agradeceria mucho.
    Saludos.

  • Alberto

    Estimado. te estoy escribiendo desde el Uruguay. Soy estudiante de electronica de UTU y como proyecto de fin de año pensaba en la estacion meteorologica, pero el componente SHT11 nadie lo concoe, mande un mail al distribuidor ahi en argentina y no lo tienen, en sensirion ni respondieron a mi mail. YO NO QUIERO NADA REGALADO NI DE ARRIBA, si alguien me dice vale x pesos o x dolares, LO PAGO. pero el famoso componente ni existe. Realmente es algo frustrante que algo original, ya que los proyectos de fin de año aqui son simples cosas como un secuencial de luces o algo similar no se pueda realizar. Mi idea era de innovar, salir de lo comun. Pasa casi lo mismo con el receptor de satelites meteorologicos, que tiene un diodo varicap, que aqui no hay ni uno solo, pics solo algunos modelos. Entonces debo terminar en el general, un 4017 y un 555 y unos leds dando vuelta. Que suerte Mario que pudistes tener una muestra gratis del famoso componente… un saludo desde el Uruguay.

  • Anónimo

    Muy bueno. Lo voy a hacer este ano; es mi proposito

  • Anónimo

    Muy bueno. Lo voy a hacer este ano; es mi proposito

  • Anónimo

    Muy bueno. Lo voy a hacer este ano; es mi proposito

  • alguien tiene el proyecto completo ?? si pueden enviarmelo a rudafi@yahoo.com.ar porque no puedo entrar en el link 2º parte.
    Gracias a todos

  • Mathias

    quisiera saber como se hace el pedido del sensor de humedad y temperatura SHT11 en la pagina de Sensirion! muchas gracias