Jednoduché vnútorné observatórium: 9 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Tento projekt vám ukáže, ako vytvoriť jednoduché observatórium s niektorými existujúcimi a ľahko získateľnými senzormi. Skutočne som to postavil pre jedného zo svojich študentov. Študent by chcel zistiť, ako slnečné svetlo ovplyvňuje teplotu a vlhkosť miestnosti. Fyzikálne veličiny, ktoré sa v tomto projekte zaujímajú, sú (1) intenzita svetla, (2) vlhkosť, (3) teplota a (4) tlak vzduchu. Na základe týchto informácií by ste boli schopní vytvoriť ďalšie systémy alebo zariadenia na ovládanie klimatizácie, zvlhčovača alebo ohrievača, ktoré vytvoria príjemné prostredie v miestnosti.

Krok 1: Príprava senzorov

Môžete zostaviť obvod s nasledujúcimi snímačmi alebo si jednoducho kúpiť dosky modulov týchto senzorov alebo dosku modulov.

1. Senzor okolitého svetla TEMT6000 (technický list PDF)

2. Tlak a teplota BMP085 alebo BMP180 (*sú to staré výrobky, možno budete musieť nájsť iné alternatívy) (učebný dokument od spoločnosti Adafruit)

3. Snímač teploty a vlhkosti DHT11 (učebný dokument od spoločnosti Adafruit)

4. Senzor ultrafialového svetla GUVA-S12SD (technický list PDF)

Pre použitie senzorov som pripojil niekoľko referenčných odkazov. Na internete nájdete niekoľko užitočných návodov a referencií.

Krok 2: Príprava hlavného procesora

Na testovanie systému a kódovania som si vybral dosku Arduino Uno. Zistil som však, že atmega328P nemá dostatok pamäte na uloženie a spustenie kódu, ak sú pridané ďalšie snímače. Preto odporúčam, aby ste používali dosku atmega2560 Arduino, keď potrebujete viac ako 4 snímače.

Mikroprocesor (MCU):

· Doska Atmega328P pre Arduino

· Alebo doska Atmega2560 pre Arduino

Krok 3: Príprava systému

Chcel by som zmerať niektoré fyzické vlastnosti vonku aj v interiéri. Nakoniec som k doske Atmega2560 pripojil nasledujúce snímače.

Vnútorné prostredie:

1. Tlak a teplota BMP180 x 1 ks

2. Snímač teploty a vlhkosti DHT11 x 1 ks

Vonkajšie prostredie:

1. Senzor okolitého svetla TEMT6000 x 1 ks

2. Tlak a teplota BMP085 x 1 ks

3. Snímač teploty a vlhkosti DHT11 x 1 ks

4. Senzor ultrafialového svetla GUVA-S12SD x 1 ks

Môžete prísť nato, že som na meranie tlaku použil rôzne senzory. Je to len preto, že keď som staval obvod, nemám dosku modulu BMP180. Odporúčam vám, aby ste používali rovnaké senzory, ak potrebujete presné meranie a spravodlivé porovnanie.

Krok 4: Príprava protokolovania údajov

Okrem toho by som chcel, aby zariadenie ukladalo údaje bez pripojenia k počítaču. Pridal som modul na zaznamenávanie údajov s hodinami v reálnom čase. Nasledujú položky na zaznamenávanie údajov a káblové pripojenie.

· SD karta

· Gombíková batéria CR1220

· Modul protokolovania údajov pre Arduino (vzdelávací dokument od spoločnosti Adafruit)

Krok 5: Príprava nástrojov

Nasledujú niektoré nástroje alebo zariadenia, ktoré by boli potrebné na stavbu obvodu.

• 30AWG Baliaci nástroj
• Spájkovačka
• Spájkovací drôt (bez prívodu)
• Breadboard
• Hlavičky 2,54 mm
• Prepojovacie vodiče
• Ovinovací drôt (30AWG)
• Horúce lepidlo
• 3D tlač (ak potrebujete puzdro pre svoje zariadenie)
• Arduino IDE (Potrebujeme to na programovanie dosky mikroovládača)

Krok 6: Resetujte hodiny reálneho času (RTC) DS1307 na module zaznamenávania údajov

Údaje by som rád využil na vedecké experimenty. Preto je pre analýzu údajov dôležitý správny čas merania. Použitie funkcie delay () v programovaní by spôsobilo chybu merania pri časovom posune. Naopak, neviem, ako vykonať presné meranie v reálnom čase iba na platforme Arduino. Aby sa predišlo chybe času vzorkovania alebo aby sa minimalizovala chyba merania, rád by som odobral každú meranú vzorku s časovým záznamom. Našťastie modul na zaznamenávanie údajov má hodiny v reálnom čase (RTC). Môžeme ho použiť na výstup času na vzorkovanie údajov.

Ak chcete použiť RTC, postupujte podľa pokynov (odkaz) na resetovanie RTC. Odporúčam to najskôr urobiť s doskou Arduino Uno. Je to spôsobené tým, že musíte zmeniť obvod, keď sa používa doska Atmega2560 (pripojenie I2C je iné). Po nastavení RTC by ste nemali vyberať batériu cr1220. Pred zaznamenaním údajov medzitým skontrolujte stav batérie.

Krok 7: Pripojenie

Oddelil som vnútorné a vonkajšie meranie. Preto som vytvoril dve hlavičky na pripojenie dvoch rôznych skupín senzorov. Na montáž záhlaví som použil prázdny priestor v module protokolovania údajov. Na dokončenie zapojenia obvodu používam spájkovanie aj obaľovanie. Proces obaľovania je čistý a šikovný, zatiaľ čo spájkovací spoj je pevný a zaistený. Na stavbu obvodu si môžete vybrať pohodlný spôsob. Ak používate dosku Atmega2560, uistite sa, že ste vytvorili prepojovacie prepojenie pre piny SDA a SCL. Pripojenie RTC na štít protokolovania údajov sa musí znova pripojiť.

Na pripojenie senzorov som spájkoval záhlavia na moduloch senzorov a potom som pomocou drôteného omotania prepojil všetky senzory s hlavičkami. Keď používate výstupné senzorové moduly, odporučil som vám, aby ste starostlivo skontrolovali prevádzkové napätie. Niektoré senzorové moduly akceptujú vstupy 5 V aj 3,3 V, niektoré však môžu používať iba 5 V alebo 3,3 V. Nasledujúca tabuľka ukazuje použité senzorové moduly a prevádzkové napätie.

Tabuľka. Senzorový modul a prevádzkové napätie

Krok 8: Programovanie MCU

Našťastie môžem nájsť príklady aplikácií pre všetky senzory. Ak ich ešte len začínate používať, môžete si ich stiahnuť na internete alebo si ich môžete nainštalovať pomocou správcu knižníc v Arduino IDE.

Naprogramoval som výstup systému pre každú vzorku. Reťazec bude vyvedený a uložený na pripojenú kartu SD. Ak potrebujete zobraziť údaje, vypnite zariadenie a potom odpojte kartu SD. Potom môžete kartu SD pripojiť k čítačke kariet. Súbor bude uložený ako súbor CSV. Keď si dátový súbor stiahnete do počítača, môžete ho zobraziť v textovom programe alebo v programe pracovného hárka.

(Zdrojový kód si môžete stiahnuť v priloženom súbore.)

Krok 9: Otestujte ho a použite ho

Je dôležité, aby ste porozumeli významu údajov. Vzorkovacia frekvencia je jedným z dôležitých parametrov. Aktuálny časový interval merania je 1 minúta, možno ho budete musieť zmeniť.

Okrem toho by ste zistili, že teplotná miera DHT11 nie je presná. Ak potrebujete presnejšiu hodnotu, môžete použiť iba čítanie teploty senzorov tlaku BMP.

Ďakujem, že ste si to prečítali!