自作風速計：プロジェクト向け低コスト風速センサー

必要な部品と材料

部品	数量
DCモーター（汎用）	1
LED（汎用）	1
Arduino UNO	1

プロジェクト概要

概要

風速計または風速測定装置は、気象観測ステーションの一般的な機器です。

ある日、優秀な学生グループとIoTプロジェクトについて話し合っていました。彼らがプロジェクトで使用できるセンサーをいくつか検討していたところ、リストに風速センサーデバイスがありましたが、オンラインでの価格は約80ドル！大学のプロジェクトには高すぎます。そこで、ドキュメントにはどのセンサーを購入するか記載せず、「自作」とだけ書きました。

それが私の自作風速計です 🙂 中学1年生の時にDCモーターで発電機を作ったときに初めて使ったシンプルな原理に基づいています。

DCモーターは電気エネルギーを機械エネルギーに変換しますが、DC発電機は機械エネルギーを電気エネルギーに変換します。したがって、電気エネルギーでDCモーターを回せるなら、機械エネルギーで電気を発生させられるはずです。

風エネルギーを捕捉してDCモーターを回し、発生した電気をArduinoでチェックし、スケールに変換して利用します。

子供のラジコンカーからDCモーターを取り出し、その2本のワイヤーにLEDを接続してモーター軸を回しました。LEDが点灯しました！

次に、DCモーターの+極をArduinoのアナログ0ポートに、DCグランドをArduinoグランドに接続しました。

基本的な概念実証ができたので、最終製品の作業を開始しました。以下の写真は様々な段階を捉えています。

妻から同じ形のプラスチックスプーンを4つ借りて、2つずつ接着しました。そして、この双子のスプーンをモーター軸の両端に垂直に接着しました。これが風速計のコアアセンブリになります。

次に、このアセンブリを長い鉛筆に取り付け、小さな鉛筆立てに固定しました。Arduinoボードをこの立てにマウントする準備をし、ArduinoのPWMピン9にLEDを追加して、風で回転したときに点灯するようにしました。

以下のArduinoコードを書いて、A0からアナログデータを読み取り、グラフにプロットしました。センサー値をシリアルコンソールに出力し、Arduinoのグラフプロッタを起動して結果を確認しました。

Arduinoコード

int ledPin = 9; 
void setup() { 
  Serial.begin(9600); 
} 
void loop() { 
  int sensorValue = analogRead(A0); 
  // 0-1023を0-50-100...250の離散値にマッピングしてLED用に使用
  analogWrite(ledPin, sensorValue * (51.0 / 1023.0) * 50); 
  if(sensorValue > 0){ 
    Serial.println(sensorValue); 
    Serial.print(" "); 
  } 
}

これが最終結果です！

ここで終わりではありません。さらにいくつかポイントがあります：

• 5Vモーターは強力な磁石を使用するため、動かすには強い風が必要。ドローンで使われるような、より小型で軽量なモーターを使用すべき。永久磁石内蔵タイプが望ましい。
• 低RPMモーターは低回転数で高電圧を生成するため望ましい。しかし、ファン軸からモーター軸を駆動する大きなギアを使用すれば、低風速でもDCモーターを高速回転させられる。
• 3Vのような低電圧DCモーターなら安全。最高速度でも生成電圧が5Vに達しないため、Arduinoボードを傷つけない。

コード

Anemometer Arduino

このコードはアナログポート0で風速データを読み取り、LEDを点灯させます

int ledPin = 9; 
void setup() { 
  Serial.begin(9600); 
} 
void loop() { 
  int sensorValue = analogRead(A0); 
  // 0-1023を0-50-100...250の離散値にマッピングしてLED用に使用
  analogWrite(ledPin, sensorValue * (51.0 / 1023.0) * 50); 
  if(sensorValue > 0){ 
    Serial.println(sensorValue); 
    Serial.print(" "); 
  } 
}

回路図

windspeed_vjCOz66xkI.fzz