Arduino Pro-mini Data-logger: 15 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Instrucțiuni de construire pentru open-source pro-mini Arduino data-logger

Declinare de responsabilitate: Următorul design și cod este gratuit pentru descărcare și utilizare, dar nu oferă absolut nicio garanție sau garanție.

Mai întâi trebuie să mulțumesc și să promovez oamenii talentați care au inspirat ideea pentru acest data-logger și au contribuit la codul și senzorii utilizați. În primul rând, ideea pentru data-logger a venit de la data-logger-ul foarte bine conceput și bine explicat (îmi pare rău că tutorialul nostru nu este la fel de bun) al lui Edward Mallon: https://thecavepearlproject.org/2017/06/19/ arduin …

În al doilea rând, senzorii open-source de umiditate a solului utilizați aici, precum și codul / biblioteca pentru a le rula, au fost proiectați și construiți de Catnip Electronics. Acestea sunt senzori de înaltă calitate și foarte robuste. Informațiile despre unde să le cumpărați și să obțineți codul pentru a le rula (mulțumesc Ingo Fischer) sunt date mai jos.

Pasul 1: Materiale, scule, echipamente necesare

Placă Pro-mini Arduino. Pentru această aplicație, folosim clone pro-mini (5V, 16MHz, microprocesor ATmega 326) cu sursă deschisă (la fel ca toate părțile noastre) (Fig. 1a). Aceste plăci pot fi achiziționate de pe Aliexpress, Ebay și site-uri similare pentru mai puțin de 2 USD. Cu toate acestea, alte plăci ar putea fi utilizate la fel de ușor (luați notă de cerințele de tensiune ale senzorilor necesari, precum și de cerințele de memorie ale programului).

Card SD și modul de înregistrare în timp real (RTC) lansat de Deek-Robot (ID: 8122) (Fig 1b). Acest modul include un cititor de carduri DS13072 RTC și micro-sd. Aceste plăci costă mai puțin de 2 USD și sunt foarte robuste.

Adaptorul cu șurub Arduino nano (da - „nano”), a scos și Deek-Robot, care poate fi achiziționat cu mai puțin de 2 USD de la Aliexpress sau similar (Fig. 1c). După cum puteți vedea, adorăm Aliexpress.

Sârmă izolată cu 22 de miezuri solide (Fig. 1d).

Cutie de înregistrare a datelor (Fig. 1e). Folosim cutii de tip „cercetare”, dar articolele din plastic ieftine funcționează foarte bine în majoritatea situațiilor.

Carcasa bateriei pentru 4 baterii AA NiMh (Fig. 1f). Acestea pot fi achiziționate de pe Aliexpress pentru cca. 0,20 USD fiecare (da - 20 de cenți). Nu risipiți banii cu carcase mai scumpe pentru baterii.

Panou solar de 6V, ca 1W. Poate fi achiziționat de pe Aliexpress la mai puțin de 2 USD.

Fier de lipit, lipit și flux de tip trecut.

Pistol de lipit fierbinte.

Pasul 2: Instrucțiuni de construire

Timpul necesar pentru construcție: aproximativ 30-60 min.

Pregătiți adaptorul de nano terminal pentru lipire.

În scopul acestei demonstrații, vom pregăti adaptorul terminal cu șurub nano pentru a facilita conectarea a trei senzori de umiditate a solului I2C. Cu toate acestea, cu doar un pic de creativitate, terminalele cu șurub ar putea fi pregătite în moduri diferite pentru a facilita alte dispozitive. Dacă nu știți ce este I2C, consultați următoarele site-uri web:

howtomechatronics.com/tutorials/arduino/ho…

www.arduino.cc/en/Reference/Wire

Ideea de a utiliza adaptoare cu șurub nano a fost luată din minunatul design de înregistrare a datelor al lui Edward Mallon:

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

Tăiați urmele de pe spatele terminalului cu șurub între știfturile mari și mici în pozițiile 3, 5, 9, 10 și 11 (numărând din partea superioară a terminalului) (Fig. 2). Aceste urme corespund etichetelor „RST”, „A7”, „A3”, „A2” și „A1” de pe terminalul cu șurub. Tăierea urmelor este mult mai ușoară dacă aveți un instrument de tip „Dremel”, dar dacă nu, un cuțit mic va funcționa cu ușurință. Nu te tăia! Rețineți că etichetele de pe terminalul cu șurub și de pe pro-mini nu sunt toate la fel (nano și pro-mini au niște pini în locații diferite). Acesta este unul dintre inconvenientele acestui design, dar este suficient de ușor să etichetați din nou placa terminală când ați terminat, dacă doriți.

Îndepărtați cu atenție (folosind un Dremel sau un cuțit mic) stratul subțire de epoxidic adiacent direct pinilor mari 9, 10 și 11 (etichetați „A3”, „A2”, „A1” pe terminalul nano) (Fig. 2). Învelișul de cupru expus sub epoxidic este împământat pe placa Arduino pro-mini. Ulterior vom lipi această secțiune expusă pe pinii adiacenți, oferind astfel trei borne cu șurub cu împământare.

Pasul 3: Instrucțiuni de construire

Tăiați opt lungimi de 8 cm lungime de sârmă izolată cu ecartament 22 și îndepărtați cca 5 mm de izolație de la un capăt și la 3 mm de celălalt capăt. Vă recomandăm să folosiți sârmă cu miez solid.

Luați patru dintre aceste fire, îndoiți un capăt la 90 de grade (capătul cu 5 mm sau sârmă expusă) și lipiți * peste * (adică, îmbinând toți pinii cu lipire și flux abundent) la următoarele puncte:

Sârmă 1: pini mari 3, 4 și 5 (etichetați „RST”, „5V”, „A7” pe terminalul nano). Vom modifica aceste trei borne cu șurub în trei borne VCC (Fig. 3).

Pasul 4: Instrucțiuni de construire

Sârmă 2: știfturi mari 9, 10 și 11 (etichetate „A3”, „A2”, „A1” pe terminalul nano), precum și stratul de cupru expus care a fost expus anterior. Folosiți o mulțime de lipire. Nu vă faceți griji dacă pare dezordonat. Vom modifica aceste trei borne cu șurub în trei borne de împământare (-) borne (Fig. 4).

Pasul 5: Instrucțiuni de construire

Sârmă 3: știfturi mari 13, 14 și 15 (etichetate „REF”, „3V3”, „D13” pe terminalul nano). Vom modifica aceste trei terminale cu șurub în trei terminale SC5 A5 pentru comunicații I2C (Fig. 5).

Pasul 6: Instrucțiuni de construire

Sârmă 4: știfturi mari 28, 29 și 30 (etichetate „D10”, „D11”, „D12” pe terminalul nano). Vom modifica aceste trei terminale cu șurub în trei terminale A4 SDA pentru comunicații I2C (Fig. 6).

Pasul 7: Instrucțiuni de construire

Lipiți câte un fir la fiecare dintre pinii mici (spun din nou - mici) 9, 10 și 11 (etichetați „A3”, „A2”, „A1” de la terminalul nano) (Fig. 7).

Pasul 8: Instrucțiuni de construire

Solder

firul rămas la pinul mare 22 (etichetat „D4” pe terminalul nano) (Fig. 8).

Pasul 9: Instrucțiuni de construire

Lipiți capătul liber al fiecărui fir în orificiile corespunzătoare ale pinului de pe ecranul de înregistrare a datelor Deek-Robot (Fig. 9):

pin mare 'RST + 5V + A7' la orificiul pin 5V

pinul mare 'A3 + A2 + A1' la orificiul pinului GND

pinul „A3” mic la orificiul pinului SCK

pinul „A2” mic la orificiul pinului MISO

pinul 'A1' mic la gaura pinului MOSI

pinul mare 'REF + 3V3 + D13' la orificiul pinului SCL

pinul mare 'D10 + D11 + D12' la orificiul pinului SDA

și pinul mare „D4” la orificiul pinului CS

Pasul 10: Instrucțiuni de construire

Vă rugăm să rețineți că oferim aici etichetele nano doar pentru ușurința conexiunii. Aceste etichete nu vor corespunde pinilor de pe placa pro-mini odată ce este introdusă în borna cu șurub.

Lipiți două fire lungi de 6 cm în orificiile A4 și A5 din partea inferioară a plăcii pro-mini (Fig. 10).

Pasul 11: Instrucțiuni de construire

Lipiți știfturile pe placa pro-mini și introduceți-l în terminalul cu șurub completat. Nu uitați să introduceți firele A5 și A4 în terminalele D12 (A4) și D13 (A5) de pe placa nano. Amintiți-vă întotdeauna că pinii de pe etichetele Arduino și ale terminalelor cu șurub nu se vor alinia exact (plăcile pro-mini și nano au aranjamente diferite ale pinilor).

Introduceți o baterie CR 1220 și un card micro-SD în placa de înregistrare. Folosim carduri SD cu capacități mai mici de 15 GB, deoarece am avut probleme cu cardurile de capacitate mai mare. Folosim formatarea cardurilor la FAT32.

În cele din urmă, acoperiți toate îmbinările lipite și fixați toate firele pe placa de borne cu adeziv fierbinte.

Placa este acum gata de utilizare. Placa completată ar trebui să arate acum: Fig. 11.

Pasul 12: Configurarea Data-logger pentru utilizare pe câmp

Pentru a împiedica data-logger-ul dvs. să se răstoarne în caseta data-logger, precum și pentru a oferi acces ușor la pinii de comunicație, vă recomandăm să creați o platformă de stabilizare. De asemenea, platforma păstrează electronica la cel puțin câțiva centimetri de partea de jos a cutiei, în caz de inundații. Folosim o foaie acrilică de 1,5 mm și o conectăm la data-logger cu șuruburi, piulițe și șaibe de 4 mm (Fig. 12).

Pasul 13:

Folosim senzori de umiditate a solului de tip I2C cu capacitate deschisă. Le cumpărăm de la Catnip Electronics (site-ul de mai jos). Pot fi achiziționate de pe Tindie și costă aproximativ 9 USD pentru modelul standard și aproximativ 22 USD pentru modelul robust. Am folosit versiunea robustă în experimentele de teren. Sunt foarte robuste și oferă performanțe similare ca și alternative comerciale mult mai scumpe (nu vom pune pe nimeni pe Front Street, dar probabil că știți suspecții obișnuiți).

Senzorul Catnip Electronics I2C prezentat în acest tutorial:

cumpărați aici:

biblioteca arduino:

biblioteca arduino pe Github:

Atașați firul galben de la senzorul I2C la unul dintre bornele cu șurub A5. Atașați firul verde de la senzorul I2C la unul dintre terminalele A4. Sârmele roșii și negre de la senzor merg la VCC și respectiv la bornele de masă.

Așezați patru baterii NiMh încărcate în carcasa bateriei. Atașați firul roșu (+) la pinul RAW de pe data-logger (adică pinul RAW de pe placa pro-mini) (dar consultați secțiunea „economisire energie” de mai jos). Atașați firul negru (-) la unul dintre pinii de împământare de pe data-logger.

Pentru utilizarea pe teren pe termen lung, atașați un panou solar de 6V 1W la jurnal. Panoul solar va fi folosit pentru a rula data-logger-ul și pentru a încărca acumulatorul în timpul zilei și funcționează chiar și sub cer înnorat (deși zăpada este o problemă).

În primul rând, lipiți o diodă Schottky de ~ 2A pe terminalul pozitiv al panoului solar. Acest lucru va împiedica curentul să revină în panoul solar atunci când nu există radiații solare. Nu uitați să faceți acest lucru sau veți avea baterii descărcate în cel mai scurt timp.

Atașați terminalul (+) de la panoul solar (adică dioda) la pinul RAW de pe jurnal (de exemplu, pinul RAW de pe pro-mini) și terminalul (-) de la panoul solar la unul din sol terminale de pe jurnal.

Această setare permite regulatorului de tensiune încorporat în placa pro-mini să regleze tensiunea provenită atât de la panoul solar, cât și de la baterie. Acum … Voi spune că acesta nu este un set ideal pentru încărcarea bateriilor NiMh (dificil chiar și în condiții perfecte). Cu toate acestea, panourile solare pe care le folosim produc aproximativ 150mA în condiții de plin soare, ceea ce corespunde la aproximativ 0,06 C (C = capacitatea acumulatorului), care s-a dovedit a fi o metodă de încărcare simplă, sigură și fiabilă pentru tăietorii noștri. I-am făcut să alerge în acest fel pe teren de până la un an în Colorado. Cu toate acestea, vă rugăm să consultați clauza de declinare a responsabilității - jurnalistii noștri nu oferă absolut nicio garanție sau garanție. De fiecare dată când utilizați baterii sau panouri solare pe teren, riscați să declanșați un incendiu. Atenție. Utilizați acest design pe propriul risc!

Fixați jurnalul de date și acumulatorul într-o cutie rezistentă la intemperii (Fig. 13).

Pasul 14: Conservarea puterii

De multe ori dezactivăm LED-urile de alimentare atât de pe plăcile pro-mini, cât și de pe cele de înregistrare a datelor. Urmele acestor LED-uri pot fi tăiate cu atenție cu o lamă de ras (vezi linkul de mai jos). Fiecare LED consumă aproximativ 2,5mA de curent la 5V (link mai jos). Cu toate acestea, pentru multe aplicații, această cantitate de pierdere de energie va fi neglijabilă și cercetătorul poate lăsa pur și simplu LED-urile de alimentare așa cum sunt.

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

De asemenea, rulăm biblioteca „LowPower.h” (de „rocketscream”; linkul dat mai jos), care este foarte ușor de utilizat și reduce semnificativ consumul de energie între intervalele de înregistrare.

github.com/rocketscream/Low-Power

După eliminarea LED-urilor de alimentare de pe pro-mini și de pe placa de înregistrare a datelor și rularea bibliotecii LowPower.h (a se vedea „codul” de mai jos), jurnalul va consuma cca. 1mA de curent la 5V în timp ce doarme. Rularea simultană a trei senzori I2C, jurnalul în modul de repaus (între iterațiile de eșantionare) consumă aproximativ 4,5mA la 5V și aproximativ 80mA la eșantionare. Cu toate acestea, deoarece eșantionarea are loc foarte repede și destul de rar, consumul de curent de 80 mA nu contribuie în mod semnificativ la descărcarea bateriei.

Se poate economisi mai multă energie atunci când nu se utilizează panouri solare, conectând terminalul bateriei (+) direct la pinul VCC de pe jurnal. Cu toate acestea, conectarea directă la VCC, mai degrabă decât pinul RAW, evită regulatorul de tensiune de la bord, iar curentul la senzori nu va fi aproape la fel de constant pe cât ar fi dacă ar fi fost direcționat prin regulator. De exemplu, tensiunea va scădea pe măsură ce bateria este descărcată pe parcursul zilelor și săptămânilor și, în multe cazuri, acest lucru va duce la variații semnificative ale citirilor senzorilor (în funcție de ce senzori utilizați). Nu conectați un panou solar direct la VCC.

Pasul 15: Cod

Includem două schițe pentru rularea data-loggerului cu trei senzori de umiditate a solului I2C. Prima schiță „logger_sketch” va prelua din fiecare senzor și va înregistra datele de capacitate și temperatură pe cardul SD la fiecare 30 de minute (dar poate fi ușor modificată de utilizator). A doua schiță „ChangeSoilMoistureSensorI2CAddress” va permite utilizatorului să aloce adrese I2C diferite fiecăruia dintre senzori, astfel încât să poată fi utilizate simultan de data-logger. Adresele din „logger_sketch” pot fi schimbate la liniile 25, 26 și 27. Bibliotecile necesare pentru a rula senzorul pot fi găsite pe Github.