Proiectul cu efect de seră (RAS): Monitorizați elementele pentru a reacționa la plantația noastră: 18 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Acest proiect propune să monitorizeze temperatura aerului, luminozitatea și umiditatea, precum și temperatura și umiditatea arboretului. De asemenea, propune conectarea în rețea a acestor măsuri care sunt atât de citibile pe site-ul Actoborad.com

Pentru a face acest lucru, conectăm 4 senzori la microcontrolerul Nucleo L432KC:

- un senzor de luminozitate TLS2561 de la Adafruit;

- un senzor de umiditate și temperatură DHT22 de Gotronic;

- o sondă de temperatură DS1820;

- un senzor de umiditate Grove - senzor de umiditate de Seeed Studio

Măsurile se fac la fiecare 10 minute și sunt conectate în rețea printr-un Breakout TD1208 de către Sigfox. Așa cum am spus mai sus, acesta poate fi citit pe site-ul Actoboard.com Pe acest microcontroler este conectat și un ecran OLED Display 128x64 care va afișa permanent ultimele măsuri efectuate. În cele din urmă, sistemul este autosuficient electric datorită unei celule fotovoltaice de 8x20cm și unei baterii de 1,5 Ah. Acestea sunt conectate la Nulceo cu un LiPo Rider Pro by Seeed Studio. Sistemul este pus într-o cutie tipărită 3D.

După cum puteți vedea în sinoptic.

Codul compilat în microcontroler prin os.mbed.com se numește „main.cpp”. Bibliotecile utilizate sunt disponibile în linkul următor, care este proiectul nostru:

Pasul 1: conectarea în rețea

O parte importantă a acestui proiect a fost de a măsura rețeaua și de a le face ușor accesibile. La fiecare 10 minute, senzorii măsoară diferiți parametri și un modul sigfox TD1208 este utilizat pentru a transmite măsurătorile sale. Rezultatele sunt disponibile pe site-ul Actoboard:

După crearea unui cont bluemix, putem folosi aplicația Node-red pentru a afișa grafic rezultatele.

Programare pe Node-red pentru a recupera informații de la Actoboard

Link public pentru a vizualiza rezultatele în timp real:

Pasul 2: Componente

Pentru acest proiect, iată o listă cu principalele componente utilizate:

Microcontroler: Nucleo STM32L432KC

Afișaj: ecran LCD

Sigfox: modul Sigfox

Despre senzori:

- Senzor de aer: DHT22 (temperatură și umiditate)

- Senzori de podea: temperatura Grove și umiditatea Grove

- Senzor de luminozitate: Senzor de lumină

Alimentare electrică:

- LIPO (Card adaptor pentru alimentație)

- Baterie

- Panou fotovoltaic

Pasul 3: Consum

Unul dintre cele mai importante puncte ale proiectului nostru este că sistemul trebuie să fie autonom în energie. Pentru aceasta folosim o baterie și o celulă solară. Bateria poate furniza un curent de 1050 mA în 1 oră cu o tensiune de 3,7 V: 3, 885Wh. Celula solară este utilizată pentru a reîncărca bateria, furnizează o tensiune de 5,5 V sub 360 mA o putere egală cu 2 W.

Consum teoretic al sistemului nostru: - Senzor de temperatură DHT22: la maxim 1,5 mA și în repaus 0,05 mA - Senzor de temperatură Grove: maxim 1,5 mA - Senzor de lumină: 0,5 mA - Coș Nucleo: + 100 mA - Afișaj LCD: 20 mA - Sigfox TD1208 modul: trimitere 24 mA (în acest proiect, nu se primește nimic cu acest modul) și în repaus 1,5 μA

În repaus, consumul este neglijabil în comparație cu puterea bateriei. Când sistemul nu mai funcționează (la fiecare 10 minute), toți senzorii efectuează măsurători, ecranul afișează rezultatul și modulul sigfox transmite aceste rezultate. Se consideră că toate componentele consumă maxim în acest moment: folosim aproximativ 158 mA la fiecare 10 minute, deci 6 * 158 = 948 mA în 1 oră. Bateria poate rezista puțin peste o oră înainte de descărcare completă.

Scopul este de a cheltui un minim de energie pentru a avea cea mai mică nevoie posibilă de reîncărcare a bateriei. În caz contrar, dacă celula solară nu primește soare pentru o vreme, nu ar putea încărca bateria care s-ar descărca și sistemul nostru s-ar opri.

Pasul 4: Proiectați PCB

Să începem partea PCB!

Am avut multe probleme pentru un pas pe care nu credeam că ne va lua atât de mult timp. Prima eroare: nu ați salvat PCB-ul în mai multe locuri. Într-adevăr, primul PCB realizat a fost șters când USB-ul a avut unele probleme. Acum toate fișierele din USB nu sunt accesibile. Dintr-o dată, a fost necesar să găsim energia necesară pentru acest puzzle pentru industrializarea proiectului nostru. Mic detaliu care rămâne important, este necesar ca conexiunile să fie toate în partea de jos a PCB-ului și să se stabilească un plan de masă. Odată găsit curajul, putem face din nou schema electronică pe ALTIUM așa cum puteți vedea mai jos:

Pasul 5:

Conține senzori, cardul Nucleo, modulul Sigfox și ecranul LCD.

Trecem la partea PCB, pierdem atât de mult timp, dar la final am reușit. Odată tipărit, îl testăm … și iată drama. Jumătatea cardului NUCLEO este inversată. Putem privi și diagrama de mai sus. Ramura NUCLEO din stânga de la 1 la 15 începând de sus, în timp ce ramura din dreapta 15 la 1, de asemenea, de sus. Ceea ce nu face nimic să funcționeze. A fost necesar să-și recupereze mintea, să repete pentru a treia oară PCB de urgență, acordând atenție tuturor conexiunilor. Aleluia, PCB-ul este creat, îl putem vedea în imaginea de mai jos:

Pasul 6:

Totul era perfect, sudurile făcute de dl SamSmile erau de o frumusețe incomparabilă. Prea frumos ca sa fie adevarat? Într-adevăr, o singură problemă:

Pasul 7:

Măriți-o puțin mai aproape:

Pasul 8:

Vedem asta pe harta din dreapta pe care se bazează PCB-ul pe o conexiune SDA pe D7 și un SCL pe D8 (exact ceea ce avem nevoie). Cu toate acestea, când am testat cu componentele, nu am înțeles inconsecvența informațiilor primite și, brusc, când am analizat din nou documentația din cea de-a doua documentare, observăm că nu există nicio specificitate pentru D7 și D8.

Drept urmare, procesul nostru de fabricare a pâinii funcționează foarte bine înainte de a adapta conexiunile de pe PCB pentru o rutare ușoară. Dar, odată ce PCB-ul nu a fost modificat, vom primi informațiile în ciuda tuturor senzorilor, cu excepția senzorului de lumină din această versiune.

Pasul 9: Proiectați 3D BOX

Să începem partea de design 3D!

Aici vă explicăm partea de proiectare 3D a cutiei pentru a saluta sistemul nostru complet. A luat mult timp și vei înțelege de ce. Pentru a rezuma: trebuie să putem să conținem în cutia noastră PCB-ul și toate componentele sale asociate. Adică, gândiți-vă la ecranul LCD, dar și la toți senzorii, oferind un spațiu pentru fiecare dintre ei, astfel încât să poată fi utilizabili și eficienți în măsurători. În plus, necesită și sursa de alimentare cu cardul LIPO care este conectat la o baterie și un panou fotovoltaic care face sistemul nostru autonom. Ne imaginăm o primă cutie care va conține PCB-ul, toți senzorii, ecranul și cardul LIPO conectat la baterie. Este evident necesar să se prevadă un loc specific pentru ecranul LCD, senzorul de lumină (dacă este ascuns sau lateral nu va primi lumina reală), pentru senzorul de temperatură, pentru DHT22 este necesar să poată măsura valoarea apropiată de plantă și fără a uita senzorul de umiditate al crângului care trebuie să aibă contact cu pământul direct. Nu uităm de gaura pentru conectarea antenei la modulul sigfox și de o altă gaură pentru a trece fiul panourilor fotovoltaice pe harta LIPO. Iată căsuța principală:

Pasul 10:

Avem nevoie de o piesă pentru a găzdui panoul fotovoltaic și pentru a conecta panoul la placa LIPO.

Iată rezultatul:

Pasul 11:

Trebuie să putem să închidem această cutie minunată!

Iată capacul adaptat:

Pasul 12:

După cum putem vedea, acesta este un capac care are dinți care intră în cutia principală pentru o mai bună stabilitate.

Iată când îl adăugăm în minunata noastră cutie:

Pasul 13:

Pentru a câștiga rezistență se adaugă o ușă glisantă care este introdusă în cutie, dar și în capac, care ține cele două părți într-o manieră riguroasă și asigură fiabilitatea și securitatea componentelor din interior.

Iată prima versiune a ușii glisante:

Pasul 14:

Pentru a merge chiar mai departe, ne-am gândit să încorporăm modulul fotovoltaic în cutia principală, astfel încât să fie la același nivel cu senzorul de lumină și poziția sa strategică și să simțim că sistemul autonom este ceva din „United”.

Iată a doua versiune a ușii glisante cu posibilitatea de a clipi modulul fotovoltaic prezentat anterior:

Pasul 15:

Iată când îl adăugăm pe minunata noastră cutie care are deja capacul său superb:

Pasul 16:

Ești puțin pierdut? Să vă arătăm care este starea finală a acestei cutii magice!

Pasul 17:

(Deteriorarea faptului că nu am putut să o imprimăm deocamdată datorită imprimantei 3D pentru că mi s-a cerut robustețe, lucru pe care l-am făcut, dar trebuie să cred că am puțin prea mult, de fapt, grosimea fiind mai mare de 4 mm, așa că am nu a fost capabil să-l tipărească pentru că ar fi fost nevoie de mult material, prea trist) … Dar nu este prea târziu pentru a-l tipări, cel puțin dacă doar pentru plăcere = D

Atat de frumos:

Pasul 18:

Mulțumesc.