Rejestrator danych Alaska: 5 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Alaska jest na skraju postępujących zmian klimatycznych. Jego unikatowe położenie z dość nienaruszonym krajobrazem, zaludnionym przez różnorodne kanaryki kopalniane, daje wiele możliwości badawczych. Nasz przyjaciel Monty jest archeologiem, który pomaga w obozach dla dzieci w rdzennych wioskach rozsianych po całym stanie - Culturalalaska.com. Wraz z tymi dziećmi budował skrzynki do przechowywania żywności w przeszłości i chciał mieć sposób na monitorowanie temperatury, który mógłby zostawić na około 8 miesięcy zimy. Skrytka z żywnością na Alasce została zaprojektowana tak, aby zapobiec wejściu niedźwiedzia i może być albo zakopana, albo zabezpieczona w małej konstrukcji przypominającej kabinę na słupach. Niestety ocieplenie klimatu sprawia, że tego lata wiele z tych poręcznych lodówek bardziej przypomina mikrofalówki – szczerze mówiąc, jest tu naprawdę gorąco! Istnieje wiele komercyjnych maszyn do rejestrowania danych, ale Alaska potrzebowała własnej marki DIY: wodoodporne, dwa wodoodporne czujniki na długich liniach, które mogą znajdować się w pamięci podręcznej i jeden do położenia na powierzchni, coś do zbudowania dla dzieci z programem STEM, minimalne konserwacja, długoterminowa bateria, łatwe pobieranie z karty SD, druk 3D, ładowanie, zegar czasu rzeczywistego i tanie.

Projekt jest całkowicie możliwy do wydrukowania na dowolnej drukarce 3D, a ja wykonałem projekt płytki PCB, którą można zamówić i wypełnić łatwymi do uzyskania komponentami. Bateria to typowa 18650, która powinna wystarczyć na około rok z odczytami 12 razy dziennie, a ładowanie odbywa się po prostu podłączając trochę zasilania na jeden dzień. Został zaprojektowany (Fusion 360) wokół pierścienia uszczelniającego używanego w domowych oczyszczaczach wody, dzięki czemu jest łatwy do uzyskania, a smar silikonowy i dokręcanie dobrze osadzonych śrub powinno zapewnić ochronę przed zimą na Alasce, jeśli nadejdzie w tym roku….

Krok 1: Zbierz swoje zapasy

Wspaniałe projekty Adafruit stanowią większość komponentów na płycie - są nieco droższe, ale są bardzo wykonalne i niezawodne. (Nie mam powiązań finansowych z żadną firmą…) Do części 3D użyłem drukarki Creality CR10. Dwa przełączniki są wodoodporne.

1. Vktech 5 sztuk 2M wodoodporna cyfrowa sonda czujnika temperatury DS18b20 $2

2. Adafruit DS3231 Precision RTC Breakout [ADA3013] 14 zł

3. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout $5

4. Adafruit Feather 32u4 Adalogger 22 USD Można również użyć wersji MO, ale linia poziomu baterii jest na innym pinie i należy ją zmienić w oprogramowaniu.

5. IZOKEE 0,96 '' I2C IIC 12864 128X64 pikseli OLED 4 zł

6. Wytrzymały metalowy włącznik/wyłącznik z niebieskim pierścieniem LED - 16mm niebieski włącznik/wyłącznik $5

7. Wytrzymały metalowy przycisk z niebieskim pierścieniem LED - 16mm niebieski chwilowy

8. Różnorodne szybkie połączenia ułatwiające montaż

9. 18650 Bateria 5 USD

10. Kapitan O-ring - Wymiana filtra wody WHKF-DWHV, WHKF-DWH i WHKF-DUF Whirlpool

Krok 2: Zbuduj to

Konstrukcja obudowy jest zbudowana wokół łatwo dostępnego oringu ze standardowego filtra wody całego domu Westinghouse. Pierścień wsuwa się w posmarowany silikonem rowek pomiędzy dwiema zadrukowanymi połówkami obudowy. W dolnej części obudowy jest miejsce na baterię 18650 i dwa wodoodporne przełączniki sterujące - jest też otwór na wyjście kabli dla sond temperatury. Poniżej znajdują się dwa pliki dla górnej i dolnej połowy.

Sekcja dolna jest uzupełniana przez użycie kilku śrub nylonowych o średnicy 4 mm lub równoważnych, usunięcie ich łbów i zacementowanie ich w filarach wsporczych, które zostały wywiercone, aby je pomieścić. Użyj odpowiedniej długości, aby nylonowe nakrętki kołpakowe na górze pokryły je po połączeniu dwóch połówek. Zarówno górna, jak i dolna część muszą być zadrukowane z podporą. Górną część uzupełnia wklejenie okrągłego plastikowego okienka wykonanego z cienkiego lexanu.

Krok 3: Podłącz to

Montaż PCB jest dość prosty. Zaprojektowałem płytkę w Eagle i wysłałem ją do PCBway do produkcji - szczerze mówiąc, jest to najtańsza rzecz w historii. Jeśli chcesz to naprawić, to jest to łatwe, po prostu postępuj zgodnie ze schematem obwodu w pliku Brd. Mały ekran LED jest podłączony przez złącza I2C na płycie wraz z zasilaniem i uziemieniem. Sercem systemu jest TPL5111, który jest podłączony bezpośrednio do akumulatora i pozostaje włączony przez cały czas. Posiada wybieralny zegar (rezystor zmienny), który budzi system co 2 godziny do co sekundę poprzez włączenie pinu włączającego w module Feather. RTC komunikuje się przez tę samą magistralę I2C co dioda LED - mają różne adresy. Pióro jest również podłączone do akumulatora 18650 kablem JST przez włącznik/wyłącznik, aby całkowicie wyłączyć zasilanie systemu. Pozwala to na wbudowane ładowanie przez pióro, gdy bateria jest słaba, poprzez podłączenie micro USB do pióra. Za każdym razem, gdy wgrywasz nowe oprogramowanie do Feather, musisz pamiętać, aby uruchomić TPL5111, naciskając jego przycisk, w przeciwnym razie Feather nie odpowie na wywołanie rozruchowe USB. Przycisk jest przeznaczony do dostarczania zasilania do ekranu LED tylko po naciśnięciu, a także do wysyłania wysokiego sygnału do TPL5111, który umożliwia włączanie pióra tak długo, jak przycisk jest wciśnięty. Ma to na celu ograniczenie czasu, przez jaki ekran jest włączony – służy tylko do sprawdzania stanu sond temperatury, poziomu baterii i godziny/daty oraz rozmiaru pliku, który tworzysz. Ostatnim kawałkiem okablowania są dwie sondy, które są umieszczane w ostatnim miejscu wywiercenia w dolnej połowie. Zostały one połączone 3 pinowymi złączami JST, aby ułatwić ich demontaż. Pominąłem umieszczenie rezystora 4,7K na płytce, aby podłączyć pin danych i napięcia na szynie czujnika temperatury. Więc to musi być zrobione w jednym z punktów połączenia czujnika na płycie - są one oznaczone, więc powinno to być łatwe. Obydwa idą do tego samego pinu GPIO w Feather, więc potrzebne jest tylko jedno połączenie rezystora.

Krok 4: Zaprogramuj to

Program jest bardzo łatwy do zrozumienia. Biblioteka SD służy do korzystania z pliku karty SD wbudowanego w tablicę z piórami. Biblioteki OneWire i Dallas Temp służą do uzyskiwania odczytów jednoprzewodowych z sond temp. DonePin ma powiadomić TPL5111, że wszystkie odczyty danych zostały zakończone i można wyłączyć tablicę piórkową. VBatpin to szpilka na piórku, na której znajduje się dzielnik napięcia, który odczytuje wartość baterii Lipo. Biblioteka Asciiwire ma za zadanie uruchomić ekran LED. W tym przypadku OneWireBus to GPIO pin 6. System plików SD dla tego rejestratora danych tworzy plik ANALOG02. TXT w celu gromadzenia wszystkich danych. Za każdym razem otwiera ten sam plik i po prostu go dodaje. Aby pozbyć się starych danych, musisz wyjąć chip z uchwytu karty SD i pobrać go do komputera – na przykład do arkusza kalkulacyjnego EXCEll. Można to łatwo zrobić za pomocą sekcji importu DANYCH w arkuszu kalkulacyjnym. Pliki są następnie usuwane z chipa, a kiedy Pióro otwiera go ponownie, buduje nowy. Następnie pojawia się ustawienie czasu/daty dla RTC. //rtc.adjust(DataCzas(F(_DATA_), F(_CZAS_))); usuń znaki komentarza, aby ustawić RTC na czas rozruchu, a następnie przeprogramuj chip z tym wierszem zakomentowanym, aby przy następnym uruchomieniu komputer nie używał tego samego czasu rozruchu, zamiast pozwolić, aby jego licznik czasu podtrzymywany bateryjnie go wypełnił in. Sekcja loop() otwiera plik SD, pobiera datę/godzinę, odczytuje i konwertuje oba czujniki, oblicza poziom naładowania baterii i zapisuje go na karcie SD. Następnie ustawia donePin na wysokim poziomie, aby zamknąć sekwencję.

Krok 5: Korzystanie z niego

Akumulator jest w pełni naładowany przez podłączenie pióra do wtyczki MicroUSB. Dioda ładowania zaświeci się, dopóki nie zostanie w pełni naładowana – działa wolno. Nowa karta SD bez ANALOG02. TXT jest umieszczana w uchwycie na chip. Pokrywa jest założona i pięć nakrętek jest przykręconych do gumowej uszczelki. Przycisk zasilania jest włączony i po około 4 sekundach przycisk jest przytrzymywany. Szybko wyświetli najpierw domyślną temperaturę, a po wyczyszczeniu ekranu pokaże T1 i T2 jako wyjścia sond temperatury. Możesz podgrzać jedną ręką, aby mogła być oznaczona jako T1 i T2. Na ekranie pojawi się również godzina, minuta, sekunda, dzień, miesiąc i rok odczytu, a także poziom naładowania baterii i wielkość pliku w tym momencie. Ta kontrola ma na celu upewnienie się, że wszystko działa dobrze przed pozostawieniem go na 8 miesięcy. Zwolnij przycisk i umieść sondy w miejscu, w którym chcesz wykonać pomiary temperatury. Są wodoodporne i miejmy nadzieję, że jest to twoja maszyna. Ta pierwsza wycieczka maszyn odbędzie się w Iliamna Alaska, gdzie będzie pod ziemią do kwietnia przyszłego roku. We wczesnych testach stwierdzono, że akumulator tego rozmiaru jest wystarczająco dobry na co najmniej półtora roku przy 12 odczytach dziennie, a wszystko to ze względu na uporządkowanie mocy TPL5111. Badania nad globalnym ociepleniem są bardzo ważne, aby każdy mógł się w nie zaangażować – wyjdź i poćwicz trochę nauki!