Záznamník údajov Arduino Pro-mini: 15 krokov

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

Zostavte si pokyny pre datalogger s otvoreným zdrojom pro-mini Arduino

Vylúčenie zodpovednosti: Nasledujúci dizajn a kód je možné zadarmo stiahnuť a používať, ale neposkytuje sa naň absolútne žiadna záruka ani záruka.

Najprv musím poďakovať a propagovať talentovaných ľudí, ktorí inšpirovali myšlienku tohto záznamníka údajov a prispeli k použitému kódu a senzorom. Po prvé, myšlienka záznamníka údajov pochádza z veľmi dobre navrhnutého a dobre vysvetleného (ospravedlňujeme sa, že náš návod nie je taký dobrý) zo záznamníka údajov Edwarda Mallona: https://thecavepearlproject.org/2017/06/19/ Arduin…

Za druhé, tu použité snímače pôdnej vlhkosti s otvoreným zdrojovým kódom, ako aj kód/knižnica na ich spustenie, boli navrhnuté a vyrobené spoločnosťou Catnip Electronics. Jedná sa o vysoko kvalitné senzory a veľmi robustné. Informácie o tom, kde ich kúpiť a získať kód na ich spustenie (ďakujem Ingo Fischer), sú uvedené nižšie.

Krok 1: Potrebný materiál, nástroje, vybavenie

Doska Pro-mini Arduino. Na túto aplikáciu používame open-source (rovnako ako všetky naše súčiastky) pro-mini klony čínskej výroby (5V, 16MHz, mikroprocesor ATmega 326) (obr. 1a). Tieto dosky je možné kúpiť na serveroch Aliexpress, Ebay a podobných webových stránkach za menej ako 2 USD. Rovnako ľahko by sa však dali použiť aj iné dosky (všímajte si požiadavky na napätie potrebných senzorov, ako aj požiadavky na pamäť programu).

Modul protokolovania karty SD a modulu hodín RTC (Real-Time-Clock) vydaný spoločnosťou Deek-Robot (ID: 8122) (obr. 1b). Tento modul obsahuje čítačku kariet DS13072 RTC a micro-sd. Tieto dosky stoja menej ako 2 USD a sú veľmi robustné.

Adaptér skrutkovacieho terminálu Arduino nano (áno-„nano“), tiež dodávaný Deek-Robot, ktorý je možné zakúpiť za menej ako 2 doláre v spoločnosti Aliexpress alebo podobnom (obr. 1c). Ako vidíte, Aliexpress jednoducho milujeme.

22-žilový izolovaný drôt s izolovaným jadrom (obr. 1d).

Box na záznam údajov (obr. 1e). Používame škatule „výskumnej kvality“, ale lacné plastové výrobky vo väčšine situácií fungujú dobre.

Puzdro na batérie pre 4 batérie NiMh AA (obr. 1f). Tieto je možné zakúpiť na serveri Aliexpress približne za 0,20 dolára za kus (áno - 20 centov). Nemrhajte peniazmi na drahšie puzdrá na batérie.

6V, cca 1W solárny panel. Dá sa kúpiť na Aliexpress za menej ako 2 USD.

Spájkovačka, spájkovačka a tavivo minulého typu.

Horúca lepiaca pištoľ.

Krok 2: Pokyny na zostavenie

Čas potrebný na stavbu: cca 30 až 60 min.

Pripravte nano koncový adaptér na spájkovanie.

Na účely tejto ukážky pripravíme nano skrutkový koncový adaptér, ktorý uľahčí pripojenie troch senzorov pôdnej vlhkosti I2C. S trochou kreativity však mohli byť skrutkové svorky pripravené rôznymi spôsobmi, aby sa uľahčilo používanie iných zariadení. Ak neviete, čo je I2C, navštívte nasledujúce webové stránky:

howtomechatronics.com/tutorials/arduino/ho…

www.arduino.cc/en/Reference/Wire

Myšlienka používať nano skrutkové adaptéry bola prevzatá z nádherného dizajnu záznamníka údajov Edwarda Mallona:

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

Vyrežte stopy na zadnej strane skrutkovacieho terminálu medzi veľkými a malými kolíkmi v polohách 3, 5, 9, 10 a 11 (počítané od hornej časti terminálu) (obr. 2). Tieto stopy zodpovedajú štítkom „RST“, „A7“, „A3“, „A2“a „A1“na skrutkovom termináli. Rezanie stôp je oveľa jednoduchšie, ak máte nástroj typu „Dremel“, ale ak nie, malý nôž bude fungovať ľahko. Nerežte sa! Všimnite si toho, že štítky na skrutkovom termináli a na pro-mini nie sú všetky rovnaké (nano a pro-mini majú niekoľko kolíkov na rôznych miestach). To je jedna z nepríjemností tohto dizajnu, ale je dosť ľahké znova pomenovať svorkovnicu, keď chcete, ak chcete.

Opatrne zoškrabte (pomocou dremelu alebo malého noža) tenkú vrstvu epoxidu, ktorá priamo susedí s veľkými kolíkmi 9, 10 a 11 (na nano koncovke označených „A3“, „A2“, „A1“) (obr. 2). Odkrytý medený povlak pod epoxidom je uzemnený k doske Arduino pro-mini. Túto odkrytú sekciu neskôr spájkujeme so susednými kolíkmi, čím poskytneme tri uzemnené skrutkové svorky.

Krok 3: Pokyny na zostavenie

Odrežte osem 8 cm dlhých dĺžok izolovaného drôtu s priemerom 22 a odizolujte asi 5 mm izolácie z jedného konca a 3 mm z druhého konca. Odporúčame použiť drôt s plným jadrom.

Vezmite štyri z týchto drôtov, jeden koniec ohnite o 90 stupňov (koniec s 5 mm alebo odkrytým drôtom) a spájkujte * naprieč * (t. J. Spojením všetkých kolíkov bohatou spájkou a tavivom) do nasledujúcich bodov:

Vodič 1: veľké piny 3, 4 a 5 (na nano termináli označené „RST“, „5V“, „A7“). Tieto tri skrutkové svorky upravíme na tri svorky VCC (obr. 3).

Krok 4: Pokyny na zostavenie

Vodič 2: veľké piny 9, 10 a 11 (označené „A3“, „A2“, „A1“na nano termináli), ako aj odhalený medený povlak, ktorý bol odhalený skôr. Používajte veľa spájky. Ak to vyzerá chaoticky, nebojte sa. Tieto tri skrutkové svorky upravíme na tri svorky uzemnenia (-) (obr. 4).

Krok 5: Pokyny na zostavenie

Vodič 3: veľké piny 13, 14 a 15 (označené „REF“, „3V3“, „D13“na nano termináli). Tieto tri skrutkové svorky upravíme na tri svorky A5 SCL pre komunikáciu I2C (obr. 5).

Krok 6: Pokyny na zostavenie

Vodič 4: veľké piny 28, 29 a 30 (na nano svorke označené „D10“, „D11“, „D12“). Tieto tri skrutkové svorky upravíme na tri svorky A4 SDA pre komunikáciu I2C (obr. 6).

Krok 7: Pokyny na zostavenie

Na každý z malých (opakujem - malých) kolíkov 9, 10 a 11 (na nano svorke označených „A3“, „A2“, „A1“) spájkujte jeden vodič (obr. 7).

Krok 8: Pokyny na zostavenie

Spájka

zostávajúci vodič k veľkému kolíku 22 (na nano svorke označený ako „D4“) (obr. 8).

Krok 9: Pokyny na zostavenie

Spájkujte voľný koniec každého vodiča do zodpovedajúcich otvorov na kolíkoch štítu záznamníka údajov Deek-Robot (obr. 9):

veľký kolík „RST+5V+A7“do kolíkového otvoru 5V

veľký kolík „A3+A2+A1“do otvoru pre kolík GND

malý kolík „A3“do otvoru pre kolík SCK

malý kolík „A2“do otvoru pre kolík MISO

malý kolík „A1“do otvoru pre kolík MOSI

veľký kolík „REF+3V3+D13“do otvoru pre kolík SCL

veľký kolík „D10+D11+D12“do otvoru pre kolík SDA

a veľký kolík „D4“do otvoru pre kolík CS

Krok 10: Pokyny na zostavenie

Upozorňujeme, že tu uvádzame nano štítky iba pre jednoduché pripojenie. Tieto štítky nebudú zodpovedať kolíkom na doske mini, ak sú vložené do skrutkového terminálu.

Spájkujte dva 6 cm dlhé drôty do dierok A4 a A5 zo spodnej strany dosky pro-mini (obr. 10).

Krok 11: Pokyny na zostavenie

Spájkujte kolíky k doske mini-mini a vložte ich do dokončenej skrutkovej svorky. Nezabudnite zasunúť vodiče A5 a A4 do svoriek D12 (A4) a D13 (A5) na nano doske. Vždy pamätajte, že kolíky na štítkoch Arduino a skrutkových termináloch nebudú presne zarovnané (dosky mini-a nano majú rôzne usporiadanie pinov).

Vložte batériu CR 1220 a kartu micro-SD do dosky záznamníka. Používame karty SD s kapacitou menej ako 15 GB, pretože sme mali problémy s kartami s vyššou kapacitou. Karty používame vo formáte FAT32.

Nakoniec pokryte všetky spájkované spoje a zaistite všetky vodiče k svorkovnici horúcim lepidlom.

Doska je teraz pripravená na použitie. Hotová doska by teraz mala vyzerať takto: Obr. 11.

Krok 12: Nastavenie záznamníka údajov na použitie v teréne

Aby ste zabránili prevráteniu vášho záznamníka údajov v boxe záznamníka údajov a zaistili ľahký prístup ku komunikačným kolíkom, odporúčame vytvoriť stabilizačnú platformu. Platforma tiež udrží elektroniku najmenej niekoľko centimetrov od spodnej časti škatule pre prípad zaplavenia. Používame 1,5 mm akrylový plech a pomocou 4 mm skrutiek, matíc a podložiek ho spojíme s dataloggerom (obr. 12).

Krok 13:

Používame kapacitné snímače pôdnej vlhkosti typu I2C s otvoreným zdrojom. Kupujeme ich od spoločnosti Catnip Electronics (webová stránka nižšie). Dajú sa kúpiť na Tindie a stoja približne 9 dolárov za štandardný model a asi 22 dolárov za robustný model. Odolnú verziu sme použili pri terénnych experimentoch. Sú veľmi robustné a ponúkajú podobný výkon ako oveľa drahšie komerčné alternatívy (nikoho na Front Street neposadíme, ale obvyklých podozrivých pravdepodobne poznáte).

Senzor Catnip Electronics I2C uvedený v tomto návode:

kúpte tu:

arduino knižnica:

arduino knižnica na Github:

Pripojte žltý vodič zo snímača I2C k jednej zo skrutkových svoriek A5. Pripojte zelený vodič zo snímača I2C k jednej zo svoriek A4. Červené a čierne vodiče zo snímača idú do svoriek VCC a uzemnenia.

Vložte štyri nabité batérie NiMh do puzdra na batérie. Pripojte červený (+) vodič k kolíku RAW na záznamníku údajov (t.j. kolík RAW na doske mini-mini) (pozri však časť „Úspora energie“nižšie). Pripojte čierny (-) vodič k jednému z uzemňovacích kolíkov na ústredni údajov.

Na dlhodobé používanie v teréne pripevnite k záznamníku 6V 1W solárny panel. Solárny panel bude slúžiť na prevádzku záznamníka údajov a nabíjanie batérie počas dňa a funguje aj pri zamračenej oblohe (aj keď sneh je problém).

Najprv spájkujte ~ 2A Schottkyho diódu na kladný pól solárneho panelu. Tým sa zabráni tomu, aby prúd prúdil späť do solárneho panelu, ak neexistuje žiadne slnečné žiarenie. Nezabudnite to urobiť, inak budete mať čoskoro vybité batérie.

Pripojte svorku (+) zo solárneho panelu (tj. Diódu) k kolíku RAW na záznamníku (tj. Kolík RAW na pro-mini) a (-) svorku k solárnemu panelu k jednej zo zeme terminály na záznamníku.

Táto zostava umožňuje vstavaný regulátor napätia v doske mini regulovať napätie prichádzajúce zo solárneho panelu a batérie. Teraz … poviem, že to nie je ideálne nastavenie na nabíjanie batérií NiMh (náročné aj za perfektných podmienok). Solárne panely, ktoré používame, však za plného slnka vydávajú asi 150 mA, čo zodpovedá približne 0,06 C (C = kapacita batérie), čo sa nám osvedčilo ako jednoduchá, bezpečná a spoľahlivá metóda nabíjania. pre našich drevorubačov. Nechali sme ich takto behať v teréne až rok v Colorade. Pozrite si však vyhlásenie o odmietnutí zodpovednosti - na naše záznamníky nie je poskytovaná žiadna záruka. Pri každom použití batérií alebo solárnych panelov v teréne hrozí riziko vzniku požiaru. Buď opatrný. Tento dizajn používajte na vlastné riziko!

Záznamník a batériu zaistite do škatule odolnej voči poveternostným vplyvom (obr. 13).

Krok 14: Úspora energie

LED diódy napájania často vypíname na doskách pro-mini aj datalogger. Stopy po týchto diódach LED je možné opatrne narezať žiletkou (pozri odkaz nižšie). Každá LED dióda spotrebuje asi 2,5 mA prúdu pri 5 V (odkaz nižšie). Avšak pre mnohé aplikácie bude táto strata energie zanedbateľná a výskumný pracovník môže LED diódy napájania nechať tak, ako sú.

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

Prevádzkujeme tiež knižnicu „LowPower.h“(podľa „rocketscream“; odkaz je uvedený nižšie), ktorá sa veľmi ľahko používa a výrazne znižuje spotrebu energie medzi intervalmi protokolovania.

github.com/rocketscream/Low-Power

Po odstránení diód LED napájania z pro-mini a dosky na zaznamenávanie údajov a spustení knižnice LowPower.h (pozri 'kód' nižšie) bude záznamník spotrebovávať cca. 1mA prúdu pri 5V v spánku. Pri súčasnom použití troch senzorov I2C spotrebuje záznamník v režime spánku (medzi iteráciami vzorkovania) približne 4,5 mA pri 5 V a približne 80 mA pri vzorkovaní. Pretože však odber vzoriek prebieha veľmi rýchlo a veľmi zriedka, odber prúdu 80 mA významne neprispieva k vybíjaniu batérie.

Ak nepoužívate solárne panely, môžete ušetriť viac energie pripojením vývodu (+) batérie priamo k kolíku VCC na záznamníku. Pripojením priamo k VCC, nie k kolíku RAW, sa však zabráni integrovanému regulátoru napätia a prúd do snímačov nebude ani zďaleka taký konštantný, ako by bol, keby bol vedený cez regulátor. Napätie sa napríklad zníži, keď sa batéria vybíja v priebehu dní a týždňov, a v mnohých prípadoch to bude mať za následok zmysluplné odchýlky v hodnotách senzorov (v závislosti od toho, aké senzory používate). Nepripájajte solárny panel priamo k VCC.

Krok 15: Kód

Dodávame dve skice na spustenie záznamníka údajov s tromi snímačmi pôdnej vlhkosti I2C. Prvá skica „logger_sketch“bude vzorkovať z každého senzora a zaznamenávať údaje o kapacite a teplote na kartu SD každých 30 minút (používateľ ich však môže ľahko zmeniť). Druhý náčrt „ChangeSoilMoistureSensorI2CAddress“umožní používateľovi priradiť každému zo senzorov rôzne adresy I2C, aby ich mohol záznamník údajov používať súčasne. Adresy v „logger_sketch“je možné zmeniť na riadkoch 25, 26 a 27. Knižnice potrebné na spustenie senzora nájdete na Github.