Datalogger Arduino Pro-mini: 15 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Vytvořte pokyny pro open-source pro-mini Arduino datalogger

Prohlášení: Následující design a kód je zdarma ke stažení a používání, ale je zcela bez záruky a záruk.

Nejprve musím poděkovat a propagovat talentované lidi, kteří inspirovali myšlenku tohoto dataloggeru a přispěli k použitému kódu a senzorům. Zaprvé, nápad na datalogger pochází z velmi dobře navrženého a dobře vysvětleného (omlouváme se, že náš tutoriál není tak dobrý) dataloggeru Edwarda Mallona: https://thecavepearlproject.org/2017/06/19/ Arduin…

Za druhé, zde použité snímače půdní vlhkosti s otevřeným zdrojovým kódem a kód/knihovna pro jejich spuštění byly navrženy a vyrobeny společností Catnip Electronics. Jedná se o vysoce kvalitní senzory a velmi robustní. Informace o tom, kde je koupit a získat kód pro jejich spuštění (děkuji Ingo Fischer), jsou uvedeny níže.

Krok 1: Potřebné materiály, nástroje, vybavení

Deska Pro-mini Arduino. Pro tuto aplikaci používáme open-source (stejně jako všechny naše části) čínské pro-mini klony (5V, 16MHz, ATmega 326 mikroprocesor) (obr. 1a). Tyto desky lze zakoupit na Aliexpress, Ebay a podobných webech za méně než 2 USD. Stejně snadno by však mohly být použity i jiné desky (vezměte na vědomí požadavky na napětí potřebných snímačů a také požadavky na paměť programu).

Modul protokolování karty SD a hodin reálného času (RTC) vložený společností Deek-Robot (ID: 8122) (obr. 1b). Tento modul obsahuje čtečku karet DS13072 RTC a micro-sd. Tyto desky stojí méně než 2 USD a jsou velmi robustní.

Adaptér Arduino nano (ano-„nano“) se šroubovými svorkami, také dodávaný Deek-Robot, který lze zakoupit za méně než 2 USD od Aliexpress nebo podobných (obr. 1c). Jak vidíte, Aliexpress prostě milujeme.

Izolovaný drát s pevným jádrem 22 (obr. 1d).

Box pro záznam dat (obr. 1e). Používáme „výzkumné“boxy, ale levné plastové výrobky ve většině situací fungují dobře.

Pouzdro na baterie pro 4 baterie NiMh AA (obr. 1f). Ty lze zakoupit na Aliexpress za ca. 0,20 $ každý (ano - 20 centů). Nevyhazujte peníze za dražší pouzdra na baterie.

6V, cca 1W solární panel. Lze zakoupit na Aliexpress za méně než 2 USD.

Páječka, pájka a tavidlo minulého typu.

Horká lepicí pistole.

Krok 2: Pokyny k sestavení

Čas potřebný pro stavbu: cca 30 až 60 min.

Připravte nano koncový adaptér pro pájení.

Pro účely této ukázky připravíme adaptér pro nano šroubové svorky, který usnadní připojení tří snímačů vlhkosti půdy I2C. S trochou kreativity však mohly být šroubové svorky připraveny různými způsoby, aby byla zajištěna další zařízení. Pokud nevíte, co je I2C, podívejte se na následující weby:

howtomechatronics.com/tutorials/arduino/ho…

www.arduino.cc/en/Reference/Wire

Myšlenka používat nano šroubové adaptéry byla převzata z nádherného designu dataloggeru Edwarda Mallona:

thecavepearlproject.org/2017/06/19/arduino…

Odřízněte stopy na zadní straně šroubového terminálu mezi velkými a malými kolíky v polohách 3, 5, 9, 10 a 11 (počítáno od horní části terminálu) (obr. 2). Tyto stopy odpovídají štítkům „RST“, „A7“, „A3“, „A2“a „A1“na šroubovém terminálu. Řezání stop je mnohem jednodušší, pokud máte nástroj typu „Dremel“, ale pokud ne, malý nůž bude fungovat snadno. Neřezej se! Všimněte si, že štítky na šroubovém terminálu a na pro-mini nejsou všechny stejné (nano a pro-mini mají některé kolíky na různých místech). To je jedna z nepříjemností tohoto designu, ale je dost snadné přejmenovat svorkovnici po dokončení, pokud chcete.

Opatrně seškrábněte (pomocí dremelu nebo malého nože) tenkou vrstvu epoxidu přímo přiléhající k velkým kolíkům 9, 10 a 11 (na nano koncovce označeny „A3“, „A2“, „A1“) (obr. 2). Odkrytý měděný povlak pod epoxidem je uzemněn k desce Arduino pro-mini. Tuto exponovanou sekci později připájíme k sousedním pinům, čímž poskytneme tři uzemněné šroubové svorky.

Krok 3: Pokyny k sestavení

Odřízněte osm 8 cm dlouhých délek izolovaného vodiče o průměru 22 a odizolujte asi 5 mm izolace z jednoho konce a 3 mm z druhého konce. Doporučujeme použít drát s plným jádrem.

Vezměte čtyři z těchto vodičů, ohněte jeden konec o 90 stupňů (konec o 5 mm nebo odkrytý drát) a pájte * napříč * (tj. Spojte všechny kolíky bohatou pájkou a tavivem) do následujících bodů:

Vodič 1: velké piny 3, 4 a 5 (označené „RST“, „5V“, „A7“na nano koncovce). Tyto tři šroubové svorky upravíme na tři svorky VCC (obr. 3).

Krok 4: Pokyny k sestavení

Vodič 2: velké piny 9, 10 a 11 (označené „A3“, „A2“, „A1“na nano terminálu) a také obnažený měděný povlak, který byl odhalen dříve. Použijte hodně pájky. Nebojte se, pokud to vypadá chaoticky. Tyto tři šroubové svorky upravíme na tři zemnicí svorky (-) (obr. 4).

Krok 5: Pokyny k sestavení

Vodič 3: velké piny 13, 14 a 15 (označené „REF“, „3V3“, „D13“na nano koncovce). Tyto tři šroubové svorky upravíme na tři terminály A5 SCL pro komunikaci I2C (obr. 5).

Krok 6: Pokyny k sestavení

Vodič 4: velké piny 28, 29 a 30 (na nano terminálu označené 'D10', 'D11', 'D12'). Tyto tři šroubové svorky upravíme na tři svorky SDA formátu A4 pro komunikaci I2C (obr. 6).

Krok 7: Pokyny k sestavení

Na každý z malých (říkám znovu - malých) kolíků 9, 10 a 11 (na nano koncovce označených „A3“, „A2“, „A1“) připájejte jeden vodič (obr. 7).

Krok 8: Pokyny k sestavení

Pájka

zbývající vodič k velkému kolíku 22 (na nano koncovce označen „D4“) (obr. 8).

Krok 9: Pokyny k sestavení

Volný konec každého drátu připájejte do odpovídajících otvorů na stínítku záznamníku dat Deek-Robot (obr. 9):

velký kolík „RST+5V+A7“do otvoru pro kolík 5V

velký kolík „A3+A2+A1“do otvoru pro kolík GND

malý kolík „A3“do otvoru pro kolík SCK

malý kolík „A2“do otvoru pro kolík MISO

malý kolík „A1“do otvoru pro kolík MOSI

velký kolík „REF+3V3+D13“do otvoru pro kolík SCL

velký kolík „D10+D11+D12“do otvoru pro kolík SDA

a velký kolík „D4“do otvoru pro kolík CS

Krok 10: Pokyny k sestavení

Vezměte prosím na vědomí, že zde poskytujeme nano štítky pouze pro snadné připojení. Tyto štítky nebudou odpovídat kolíkům na desce pro-mini, jakmile je zasunuta do šroubového terminálu.

Ze spodní strany desky pro-mini připájejte dva 6 cm dlouhé dráty do dírky A4 a A5 (obr. 10).

Krok 11: Pokyny k sestavení

Připájejte kolíky k desce pro-mini a vložte ji do dokončené šroubové svorky. Nezapomeňte vložit vodiče A5 a A4 do svorek D12 (A4) a D13 (A5) na nano desce. Vždy pamatujte, že kolíky na štítcích Arduino a šroubových svorek nebudou přesně zarovnány (desky pro mini a nano mají různé uspořádání pinů).

Vložte do desky záznamníku baterii CR 1220 a kartu micro-sd. Používáme karty SD s kapacitou menší než 15 GB, protože jsme měli problémy s kartami s větší kapacitou. Karty používáme naformátované na FAT32.

Nakonec překryjte všechny pájené spoje a zajistěte všechny vodiče ke svorkovnici horkým lepidlem.

Deska je nyní připravena k použití. Hotová deska by nyní měla vypadat takto: Obr.

Krok 12: Nastavení záznamníku dat pro použití v terénu

Abyste zabránili převrácení vašeho dataloggeru v boxu dataloggeru a poskytli snadný přístup ke komunikačním pinům, doporučujeme vytvořit stabilizační platformu. Platforma také udržuje elektroniku alespoň několik centimetrů od spodní části krabice pro případ zaplavení. Používáme 1,5 mm akrylový plech a připojujeme jej k záznamníku dat pomocí 4 mm šroubů, matic a podložek (obr. 12).

Krok 13:

Používáme snímače půdní vlhkosti s otevřeným zdrojovým kapacitním typem I2C. Kupujeme je od Catnip Electronics (web níže). Lze je zakoupit na Tindie a stojí přibližně 9 USD za standardní model a asi 22 USD za robustní model. Odolnou verzi jsme použili při terénních experimentech. Jsou velmi robustní a nabízejí podobný výkon jako mnohem dražší komerční alternativy (na Front Street nikoho nedáme, ale obvyklé podezřelé pravděpodobně znáte).

Senzor Catnip Electronics I2C představený v tomto tutoriálu:

koupit zde:

arduino knihovna:

arduino knihovna na Githubu:

Připojte žlutý vodič ze snímače I2C k jedné ze šroubových svorek A5. Připojte zelený vodič ze snímače I2C k jednomu ze svorek A4. Červený a černý vodič od senzoru vedou k VCC a zemním svorkám.

Vložte čtyři nabité baterie NiMh do pouzdra na baterie. Připojte červený (+) vodič ke kolíku RAW na záznamníku dat (tj. Ke kolíku RAW na desce pro-mini) (ale viz část „Úspora energie“níže). Připojte černý (-) vodič k jednomu ze zemnicích kolíků v záznamníku dat.

Pro dlouhodobé použití v terénu připojte k záznamníku 6V 1W solární panel. Solární panel bude sloužit ke spouštění záznamníku dat a nabíjení baterie během dne a funguje i při zatažené obloze (i když je problém sněhu).

Nejprve připájejte Schottkyho diodu ~ 2A na kladný pól solárního panelu. To zabrání proudění proudu zpět do solárního panelu, pokud není sluneční záření. Nezapomeňte to udělat, jinak budete mít vybité baterie během chvilky.

Připojte svorku (+) ze solárního panelu (tj. Diody) ke kolíku RAW na záznamníku (tj. Kolík RAW na pro-mini) a (-) svorku ze solárního panelu k jednomu ze země terminály na záznamníku.

Toto nastavení umožňuje vestavěný regulátor napětí v desce pro-mini regulovat napětí přicházející jak ze solárního panelu, tak z baterie. Nyní … řeknu, že to není ideální nastavení pro nabíjení NiMh baterií (obtížné i za dokonalých podmínek). Solární panely, které používáme, však za plného slunce vydaly přibližně 150 mA, což odpovídá přibližně 0,06 C (C = kapacita baterie), což se nám osvědčilo jako jednoduchá, bezpečná a spolehlivá metoda nabíjení pro naše dřevorubce. Nechali jsme je takto běžet v terénu až rok v Coloradu. Přečtěte si však prohlášení o vyloučení odpovědnosti - na naše záznamníky se nevztahuje žádná záruka ani záruka. Při každém použití baterií nebo solárních panelů v poli riskujete vznik požáru. Buď opatrný. Tento design použijte na vlastní riziko!

Zajistěte záznamník dat a baterii v krabici odolné proti povětrnostním vlivům (obr. 13).

Krok 14: Úspora energie

LED diody napájení často deaktivujeme z desek pro-mini i data-logger. Stopy po těchto LED diodách lze opatrně řezat žiletkou (viz odkaz níže). Každá LED spotřebovává přibližně 2,5mA proudu při 5V (odkaz níže). U mnoha aplikací však bude tato ztráta energie zanedbatelná a výzkumník může jednoduše nechat LED diody napájení tak, jak jsou.

www.instructables.com/id/Arduino-low-Proje…

Provozujeme také knihovnu „LowPower.h“(podle „rocketscream“; odkaz je uveden níže), jejíž použití je velmi snadné a výrazně snižuje spotřebu energie mezi intervaly protokolování.

github.com/rocketscream/Low-Power

Po vyjmutí LED napájení z pro-mini a desky pro protokolování dat a spuštění knihovny LowPower.h (viz 'kód' níže) bude záznamník spotřebovávat ca. 1mA proudu při 5V při spánku. Při současném provozu tří senzorů I2C spotřebuje záznamník v režimu spánku (mezi iteracemi vzorkování) přibližně 4,5 mA při 5 V a přibližně 80 mA při vzorkování. Protože však vzorkování probíhá velmi rychle a velmi zřídka, odběr proudu 80 mA významně nepřispívá k vybíjení baterie.

Pokud nepoužíváte solární panely, můžete ušetřit více energie připojením (+) svorky baterie přímo ke kolíku VCC na záznamníku. Připojení přímo k VCC, nikoli k pinu RAW, se však vyhýbá palubnímu regulátoru napětí a proud do senzorů nebude zdaleka tak konstantní, jak by byl, kdyby byl veden přes regulátor. Napětí se například bude snižovat s tím, jak se baterie vybíjí v průběhu dnů a týdnů, a v mnoha případech to bude mít za následek smysluplné kolísání hodnot senzorů (v závislosti na tom, jaké senzory používáte). Nepřipojujte solární panel přímo k VCC.

Krok 15: Kód

Zahrnujeme dva náčrty pro provoz ústředny se třemi senzory vlhkosti půdy I2C. První skica 'logger_sketch' bude vzorkovat z každého senzoru a zaznamenávat údaje o kapacitě a teplotě na kartu SD každých 30 minut (ale uživatel je může snadno změnit). Druhá skica „ChangeSoilMoistureSensorI2CAddress“umožní uživateli přiřadit každému ze senzorů různé adresy I2C, aby je mohl záznamník dat používat současně. Adresy v 'logger_sketch' lze změnit na řádcích 25, 26 a 27. Knihovny potřebné ke spuštění senzoru najdete na Githubu.