建造一个无线“倾卸桶”雨量计(第二部分)——添加发射机

翻斗式雨量计是一种测量降雨量的聪明方法。了解如何为气象站添加无线功能、PICAXE微控制器和LCD显示。

概述

本文是详细介绍翻斗式雨量计构造的系列文章的第2部分。第1部分描述了翻斗本身的机械结构以及翻斗的外壳;如果您还没有阅读第1部分，您应该在阅读本文之前阅读。

第2部分将介绍电气连接，户外组装所需的其余部分，以及无线控制的发射机部分的说明。

第3部分将重点介绍用于显示雨数据结果的接收器、PICAXE微控制器和LCD(液晶显示器)。

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这是关于老鼠和人的最好的示意图……

如果您仔细观察，可能会注意到上面的图表自第1部分出现以来已经发生了变化。室外组件增加了一个新的功能块:脉冲拉伸器。这是为什么。

这个项目最初的计划是，一个附在翻斗上的磁铁将会操作一个簧片开关，从而触发一个发射机。发射器将发送一个脉冲到接收器，接收器将脉冲呈现给微控制器，微控制器将记录脉冲并使用它来计算和显示降雨数据。

这工作……部分时间。事实证明，铲斗翻转动作太快了;脉冲总是被簧片开关识别，发射机总是被激活，但接收机往往太慢，无法接收短的射频脉冲。

需要的是从发射机发出一个更长的射频脉冲，但发射机的工作模式是只要按下按钮就发射脉冲。因为这个设计使用簧片开关而不是手动按钮，射频脉冲长度完全取决于磁铁通过簧片开关的时间长度。

然而，世界上最流行的集成电路将提供解决方案:一个555定时器电路设置为单稳态多振动器——更广为人知的是“一次性”。然而，有一个问题。NE555N有点耗电，考虑到芯片必须连续24/7地空转，以等待来自簧片开关的输入，9伏电池的使用时间不会太长。

幸运的是，一个CMOS(互补金属氧化物半导体)版本的555是可用的，它消耗非常少的备用电源:aTLC555来自德克萨斯仪器公司的产品在如下所示的电路中投入使用。

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在工作中，当磁铁通过簧片开关时，在555的触发输入(引脚2)出现一个低去脉冲。555然后产生一个正脉冲在其输出(引脚3)约1.1秒(长度由R1和C1决定)。发射器开启时间为1.1秒，接收器有足够的时间锁定信号并通知微控制器。

如果你想知道，电路在待机模式下只吸引大约150µA，而在传输时大约27 mA，这意味着9伏的电池应该有一个很好的预期寿命。

问题解决了!

零件清单

本文是三篇文章系列中的第二篇;每篇文章都有自己的零件清单。假设您已经完成了第1部分中描述的翻斗机构和外壳的建造，您就可以使用下表中的部件了。

舌簧开关连接

如前所述，在收集降雨的过程中，铲斗的倾卸动作会导致钕磁铁来回移动。为了检测这种运动并控制电信号，使用了一个簧片开关。本文施工项目中的簧片开关如下图所示。这个开关非常小而且易碎，建议你有一些备用的。其他具有类似性能特点的簧片开关也可替代。

簧片开关在玻璃外壳内包含一对触点。接触点通常是打开的(NO)，直到它们受到磁场的作用，例如由钕磁铁产生的磁场。因此，当磁铁通过簧片开关时，触点闭合，因此一个低电压信号被应用到脉冲扩展电路中。每次桶从一边向另一边倾斜时，就会发生一次。

由于将开关上的引线弯曲会导致玻璃外壳破裂，建议采用以下的接线方法。

从两根8英寸的绝缘24或26 AWG绞合线的末端剥离大约1/2英寸的绝缘。轻轻地绕着每根簧片开关引线扭动一根被剥掉的线端(尽可能少弯曲簧片开关引线)，然后焊接连接。在开关引线和焊丝接头上涂一些液体胶带。当干燥时，液体胶带将提供电气绝缘，增加水阻，并为开关提供机械保护。

有关簧片开关的更多信息，请查看培训模块在Digi-Key。

收发模块

本项目不需要传输复杂数据。事实上，所需要的是桶的每个尖端产生一个脉冲，从室外组件发送到室内组件。因此，一个简单的车库门开启器射频系统是一个不错的选择。虽然这个项目使用四通道系统，但只需要一个通道。

这对发射机和接收机工作在315mhz。要手动操作它，用户伸长发射机天线并按下键盘上的ABCD按钮之一。钥匙链内的发射器发送相应的射频信号，只要按下四个按钮中的任何一个，就会点亮钥匙链上的LED。

当接收到信号时，逻辑高放置在从接收器底部延伸出来的引脚上，该引脚与所按下的按钮相对应;只要发射机按钮按下，逻辑高持续时间。

这种远程控制系统至少有两种变体，如下图所示。

变送器的主要区别是:(1)旧型号为表面贴装按钮开关，新型号为通孔开关;(2)旧型号有23A、12V电池，新型号没有;(3)电池正负端颠倒。这些模型在功能上似乎是等价的。

接收器pcb的布局完全不同于旧的和新的，然而，他们似乎是等效的功能。同时使用新旧样式的接收器和发射器不会造成任何问题。

修改器

本文使用了一个旧版本的发射器，但在过程中进行了微小的更改，可以使用一个新版本;你有什么就用什么。

1. 从机箱上拆下发射机。
2. 解耦并从PCB上移除一个按钮。PCB似乎是良好的质量，但注意不要剥落或烧毁痕迹。删除哪个按钮并不重要，因为在连接接收器部分时，您将能够适应您的决定。
3. 接下来，刮去一些绿色的阻焊剂从按钮的低痕迹和锡暴露部分的痕迹如下所示。
   
   
   
   
   
4. 从发射机上拆下可伸缩天线;从天线安装孔拆下焊料。
5. 从发射机上拆下电池连接器;从安装孔上拆下焊料。

在Perfboard上建立“Pulse Stretcher”

在脉冲扩展器中只有六个电子部件:一个TLC555集成电路，一个1.0µF陶瓷电容器，一个0.1µF陶瓷电容器，一个0.01µF陶瓷电容器，一个1M ω .25瓦电阻，一个4.7k ω .25瓦电阻。

另外，需要连接5根24 / 26awg绝缘绞合线:绿线2寸、黄线4寸、黑线和红线各5寸。最后，你需要一块不大于1英寸乘3/4英寸的穿孔板来安装组件。

下面显示了为本文构建的脉冲拉伸器的一张照片。你的会看起来不同，因为你使用的perfboard和布局，你选择。

按照下图所示的原理图/接线图进行操作完全做你的脉搏拉伸器。

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在PCB上建立“脉冲拉伸器”

如果你更愿意在印刷电路板上建造脉冲拉伸器，那也是可能的。相同的六个电子部件和相同长度的绞合线是需要的，但不是一块穿孔板，而是使用一个PCB，如下图所示。

在下图中，左侧是一个完全填充的板，顶部是一个裸板的层在中心，底部是一个裸板的层在右边。这三块木板是从BasicPCB总共9美元，包括运费。PCB布局完成了DipTrace；这些文件和所需的Gerber文件可在本节的末尾下载。

对于那些喜欢“自己卷”pcb的人来说，布局的顶层和底层的表示如下图所示。请注意，底层是故意颠倒的。成品PCB的确切尺寸应该是1英寸宽，0.7英寸高。

Stretcher.zip

使连接

建议采用一步一步的方法将这些组件连接在一起。

1. 定位组件如下图所示，然后焊接红色和黑色电线从脉冲拉伸板和红色和黑色电线从电池连接器到发射机板。不要忘记，与老式发射机板相比，新式发射机板上发射机的电源连接极性是相反的。旧款的底片在右边，如下图所示;在新车型上，负面因素在左边。
2. 如图所示，从脉冲拉伸板的输出端焊接黄线到发射机板上的锡垫。
3. 将一根9英寸长的绝缘22awg实线焊接到发射机板上的天线端子上;如图所示，确定铁丝的方位。
4. 请注意，簧片开关的两根绿色导线显示为一个母杜邦连接器，这是可选的。
   
   
   
   
   
5. 放置一个1/2英寸乘1/2英寸的双面泡沫胶带在脉冲拉伸板的背面，和一个类似的片在发射机板的背面。此时不要从任何一块板上的泡沫胶带上取下保护纸。

把箱子填满

此程序使用防水塑料外壳，最好有透明塑料顶部;本文使用的案例如下图所示。它的外部尺寸约85毫米(3 1/4英寸)宽，58毫米(2 1/4英寸)高，33毫米(11 1/4英寸)深;它可以从国内和海外的来源。外壳包括一个橡胶垫圈密封水和安装耳在侧面，以方便连接到一个平面。

1. 安装防风雨的情况下，5英寸长的铝落水管在同一边的孔，你钻为簧片开关电线。注意，倾卸桶机构必须安装这样的手臂，以保持钕磁铁是在同一边的落水管的洞为簧片开关电线。以防风雨外壳安装耳孔为模板，定位铝落水管中需要打孔的位置。标记并钻两个6-32机螺钉的间隙孔。使用2个6-32 × 3/8机器螺钉和2个螺母将防风雨外壳安装到铝落水管上。
2. 将发射机PCB临时放置在下图所示的机箱中。在外壳底部定位并标记簧片开关线孔为3/16英寸，天线线孔为1/16英寸。钻两个孔。
3. 从发射机PCB上的泡沫胶带上取下纸背，将天线线穿过1/16英寸的孔，并将发射机PCB粘贴在如图所示的位置。
4. 接下来，按照机箱左侧所示找到脉冲拉伸板。当你确定它在一个位置不会干扰的情况下，从泡沫胶带的纸背和粘的担架板显示的位置。
5. 整理电线并按图示定位。
   
   
   
   
   
6. 将簧片开关的导线穿过机箱底部的3/16英寸孔，并将簧片开关的导线连接到发射器PCB上的两根导线上。使用杜邦连接器，如所示，或只是焊接电线，保持接头彼此隔离，油漆每个焊点液体胶带;极性并不重要。然后，将连接件放置在防风雨外壳内。请注意箱子底部电线周围的孔是不是密封的。相反，它们被打开以排出外壳内部的冷凝物。
7. 按下9伏电池的接线端子，将电池包裹在防水垫中，并按下图所示放置。(注意发射机的LED应该是可见的;这在测试程序集时很有帮助。)将垫圈安装在防风雨外壳相应的凹槽中，并用提供的四个螺丝固定顶部。
   

安装簧片开关

参照下面的照片，将簧片开关插入铝落水管顶部角落的孔。将开关置于与斗架长臂对齐的垂直位置。

在下图所示的装配中，簧片开关的末端用一根塑料套管松散地固定在适当的位置，工作良好。其他选择包括将开关绑在桶架的手臂上。使用任何最适合你情况的方法，但不要忘记簧片开关的玻璃外壳很容易损坏。

测试和密封

手动摇动吊桶从一侧到另一侧来测试总成;这个桶移动起来应该很容易没有明显的约束力在摇摆电弧的任何一点。当磁铁通过垂直位置时，发射器PCB上的红色LED应该点亮，并保持点亮至少约1秒。当铲斗在摇摆弧的两端休息时，LED不应点亮。

对机械铲斗组件、线路、钕磁铁的准确位置和/或簧片开关进行任何需要的调整，直到操作正确和完全可靠。然后，也只有在那时，你应该环氧在位置上的磁铁，密封簧片开关线孔与硅酮密封胶，并将硅酮密封胶在入口周围的漏斗进入片铝落水管。

休息一下!

至此，您已经拥有了一个完整的防风雨室外雨量计和发射机，完全准备好将信号发送到您的室内接收器和显示器。花几分钟享受做好工作的良好感觉。

第三部分给出了接收机电路的框图和PICAXE 08M2单片机的编程。

下一篇文章:接收器，PICAXE和LCD

你自己试试这个项目吧!BOM。