The Greenhouse Project (RAS): Monitor the Elements to React on Our Plantation: 18 Steps (with Pictures)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Tento projekt navrhuje sledovat teplotu vzduchu, svítivost a vlhkost, stejně jako teplotu a vlhkost lesů. Rovněž navrhuje propojit tato opatření, která jsou tak čitelná na webových stránkách Actoborad.com

K tomu připojíme 4 senzory k mikrokontroléru Nucleo L432KC:

- senzor svítivosti TLS2561 od společnosti Adafruit;

- snímač vlhkosti a teploty DHT22 od společnosti Gotronic;

- teplotní sonda DS1820;

- senzor vlhkosti Grove - senzor vlhkosti od Seeed Studio

Měření se provádějí každých 10 minut a jsou propojena sítí Breakout TD1208 od Sigfox. Jak bylo řečeno výše, tyto jsou čitelné na webových stránkách Actoboard.com. Na tomto mikrokontroléru je také připojena obrazovka OLED s rozlišením 128 x 64, která trvale zobrazí poslední provedená opatření. Konečně je systém elektricky soběstačný díky fotovoltaickému článku 8 x 20 cm a 1,5 Ah baterii. Jsou připojeny k Nulceo pomocí LiPo Rider Pro od Seeed Studio. Systém je vložen do 3D tištěného boxu.

Jak můžete vidět na synoptice.

Kód zkompilovaný v mikrokontroléru přes os.mbed.com se jmenuje 'main.cpp'. Použité knihovny jsou k dispozici v následujícím odkazu, jaký je náš projekt:

Krok 1: Sítě

Důležitou součástí tohoto projektu byla síťová měření a jejich snadný přístup. Každých 10 minut měří senzory různé parametry a k přenosu měření se používá modul sigfox TD1208. Výsledky jsou k dispozici na webových stránkách Actoboard:

Po vytvoření účtu bluemix můžeme pomocí aplikace Node-red zobrazit naše výsledky graficky.

Programování na Node-red pro obnovu informací z Actoboard

Veřejný odkaz pro zobrazení výsledků v reálném čase:

Krok 2: Součásti

Pro tento projekt je zde seznam hlavních použitých komponent:

Mikrokontrolér: Nucleo STM32L432KC

Displej: LCD obrazovka

Sigfox: modul Sigfox

O čidlech:

- Senzor vzduchu: DHT22 (teplota a vlhkost)

- Podlahové senzory: teplota Grove a vlhkost Grove

- Světelný senzor: Světelný senzor

Zdroj napájení:

- LIPO (karta adaptéru stravování)

- Baterie

- Fotovoltaický panel

Krok 3: Spotřeba

Jedním z nejdůležitějších bodů našeho projektu je, že systém musí být energeticky autonomní. K tomu používáme baterii a solární článek. Baterie může dodávat proud 1050 mA za 1 hodinu s napětím 3,7 V: 3, 885 Wh. Solární článek slouží k dobíjení baterie, dodává napětí 5,5 V pod 360 mA a výkon 2 W.

Teoretická spotřeba našeho systému: - Teplotní senzor DHT22: při max. 1,5 mA a v klidu 0,05 mA - Teplotní senzor Grove: max. 1,5 mA - Světelný senzor: 0,5 mA - Nucleo Cart: + 100 mA - LCD displej: 20 mA - Sigfox TD1208 modul: odesílání 24 mA (v tomto projektu není s tímto modulem nic přijímáno) a v klidu 1,5 μA

V klidu je spotřeba oproti výkonu baterie zanedbatelná. Když systém přejde z režimu spánku (každých 10 minut), všechna čidla provedou měření, na obrazovce se zobrazí výsledek a modul sigfox tyto výsledky předá. Uvažuje se, že všechny komponenty v tuto chvíli spotřebovávají maximum: používáme asi 158 mA každých 10 minut, takže 6 * 158 = 948 mA za 1 hodinu. Baterie může vydržet něco málo přes hodinu, než se úplně vybije.

Cílem je utratit minimum energie, aby měla co nejmenší potřebu dobít baterii. V opačném případě, pokud solární článek na chvíli nedostane sluneční světlo, nemůže nabít baterii, která by se vybila a náš systém by se vypnul.

Krok 4: Navrhněte desku plošných spojů

Začněme PCB část!

Měli jsme mnoho problémů pro krok, o kterém jsme si nemysleli, že nám zabere tolik času. První chyba: neuložení DPS na několika místech. Skutečně, první realizovaná deska plošných spojů byla odstraněna, když mělo USB nějaké problémy. Nyní nejsou všechny soubory uvnitř USB přístupné. Najednou bylo nutné najít potřebnou energii pro tuto hádanku pro industrializaci našeho projektu. Malý detail, který zůstává důležitý, je nutné, aby všechna připojení byla na spodní straně desky plošných spojů a aby byl vytvořen plán hmotnosti. Jakmile odvaha najde, můžeme znovu provést elektronické schéma na ALTIUM, jak vidíte níže:

Krok 5:

Obsahuje senzory, kartu Nucleo, modul Sigfox a LCD obrazovku.

Přepínáme na část DPS, ztrácíme na ní tolik času, ale nakonec jsme to zvládli. Po vytištění testujeme … a tady je drama. Poloviční karta NUCLEO je obrácena. Můžeme se také podívat na diagram výše. Levá větev NUCLEO od 1 do 15 začíná shora, zatímco větev pravé 15 až 1 také shora. Co nic nedělá. Bylo nutné obnovit mysl, potřetí opakovat nouzovou desku plošných spojů a věnovat pozornost všem spojům. Aleluja PCB je vytvořena, můžeme ji vidět na obrázku níže:

Krok 6:

Všechno bylo perfektní, svary vyrobené panem SamSmile byly nesrovnatelné krásy. Příliš dobré, aby to byla pravda? Skutečně jeden a jediný problém:

Krok 7:

Přibližte to trochu blíže:

Krok 8:

Vidíme to na mapě vpravo, na které je deska plošných spojů založena na připojení SDA na D7 a SCL na D8 (přesně to, co potřebujeme). Když jsme však testovali komponenty, nepochopili jsme nekonzistenci přijatých informací a najednou, když jsme se znovu podívali na dokumentaci druhé dokumentace, zjistili jsme, že na D7 a D8 neexistuje žádná specifičnost.

Výsledkem je, že naše pečení chleba funguje velmi dobře před přizpůsobením připojení na desce plošných spojů pro snadné směrování. Ale jakmile se na desce plošných spojů nezmění, dostaneme informace přes všechny senzory kromě světelného senzoru v této verzi.

Krok 9: Navrhněte 3D BOX

Začněme s 3D návrhovou částí!

Zde vysvětlujeme část 3D návrhu krabice, abychom přivítali náš kompletní systém. Trvalo to hodně času a pochopíte proč. Abychom to shrnuli: Musíme být schopni v naší krabici obsahovat desku plošných spojů a všechny její související součásti. To znamená, myslete na LCD obrazovku, ale také na všechny senzory tím, že každému z nich poskytnete prostor, aby mohly být použitelné a efektivní při jejich měření. Kromě toho také vyžaduje napájení pomocí karty LIPO, která je připojena k baterii a fotovoltaickému panelu, díky čemuž je náš systém autonomní. Představujeme první krabici, která bude obsahovat DPS, všechny senzory, obrazovku a kartu LIPO připojenou k baterii. Je zřejmé, že je nutné předvídat konkrétní místo pro LCD obrazovku, světelný senzor (pokud je skrytý nebo na boku, které nedostane skutečné světlo), pro teplotní senzor, pro DHT22 je nutné, aby mohl měřit hodnotu blízkou závodu a nezapomínáme na snímač vlhkosti v háji, který musí mít kontakt s přímým uzemněním. Nezapomínáme na otvor pro připojení antény k modulu sigfox a další otvor pro předání syna fotovoltaických panelů do mapy LIPO. Zde je hlavní pole:

Krok 10:

Potřebujeme součástku pro umístění fotovoltaického panelu a připojení panelu k desce LIPO.

Zde je výsledek:

Krok 11:

Musíme být schopni tuto nádhernou krabici zavřít!

Zde je přizpůsobené víko:

Krok 12:

Jak vidíme, toto je víko, které má zuby, které se nacházejí uvnitř hlavního boxu pro lepší stabilitu.

Zde je, když ji přidáme do naší nádherné krabice:

Krok 13:

Pro získání odolnosti jsou přidány posuvné dveře, které jsou zavedeny v krabici, ale také ve víku, které přísně drží obě části a zajišťuje spolehlivost a bezpečnost součástí uvnitř.

Zde je první verze posuvných dveří:

Krok 14:

Abychom šli ještě dále, uvažovali jsme začlenit fotovoltaický modul do hlavního boxu, aby byl na stejné úrovni jako světelný senzor a jeho strategická poloha a aby měl pocit, že autonomní systém je něco jako 'United'.

Zde je druhá verze posuvných dveří s možností připnout dříve představený fotovoltaický modul:

Krok 15:

Zde je, když ji přidáme do naší nádherné krabice, která již má své skvělé víko:

Krok 16:

Jste trochu ztraceni? Ukážeme vám, jaký je konečný stav tohoto kouzelného boxu!

Krok 17:

(Škoda, že jsme to teď nemohli vytisknout díky 3D tiskárně, protože jsem byl požádán o robustnost, něco, co jsem udělal, ale musím věřit, že mám trochu moc, ve skutečnosti je tloušťka větší než 4 mm, takže jsem nebyl schopen to vytisknout, protože by to vyžadovalo hodně materiálu, příliš smutné) … Ale na tisk není příliš pozdě, alespoň když jen pro potěšení = D

Tak krásné:

Krok 18:

Děkuji.