The Greenhouse Project (RAS): Monitorowanie pierwiastków, aby zareagować na naszą plantację: 18 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Projekt ten proponuje monitorowanie temperatury, jasności i wilgotności powietrza oraz temperatury i wilgotności w gajach. Proponuje również, aby połączyć w sieć te środki, które są tak czytelne na stronie internetowej Actoborad.com

W tym celu podłączamy 4 czujniki do mikrokontrolera Nucleo L432KC:

- czujnik jasności TLS2561 firmy Adafruit;

- czujnik wilgotności i temperatury DHT22 firmy Gotronic;

- sonda temperatury DS1820;

- czujnik wilgotności Grove - czujnik wilgoci Seeed Studio

Pomiary są wykonywane co 10 minut i są połączone w sieć za pośrednictwem Breakout TD1208 firmy Sigfox. Jak wspomniano wyżej, te są czytelne na stronie Actoboard.com Do tego mikrokontrolera jest również podłączony ekran OLED Display 128x64, który na stałe wyświetla ostatnie wykonane pomiary. Wreszcie system jest samowystarczalny elektrycznie dzięki ogniwu fotowoltaicznemu 8x20cm i baterii 1,5Ah. Są one połączone z Nulceo za pomocą LiPo Rider Pro firmy Seeed Studio. System jest umieszczony w pudełku wydrukowanym w 3D.

Jak widać w synoptyce.

Kod skompilowany w mikrokontrolerze za pośrednictwem os.mbed.com nosi nazwę „main.cpp”. Używane biblioteki są dostępne pod poniższym linkiem, jaki jest nasz projekt mbed:

Krok 1: Sieć

Ważną częścią tego projektu były pomiary sieciowe i ich łatwy dostęp. Co 10 minut czujniki mierzą różne parametry, a do ich transmisji służy moduł sigfox TD1208. Wyniki dostępne są na stronie Actoboard:

Po utworzeniu konta bluemix możemy użyć aplikacji Node-red do graficznego wyświetlenia naszych wyników.

Programowanie na Node-red do odzyskiwania informacji z Actoboard

Publiczny link do przeglądania wyników w czasie rzeczywistym:

Krok 2: Komponenty

W tym projekcie oto lista głównych użytych komponentów:

Mikrokontroler: Nucleo STM32L432KC

Wyświetlacz: ekran LCD

Sigfox: moduł Sigfox

O czujnikach:

- Czujnik powietrza: DHT22 (temperatura i wilgotność)

- Czujniki podłogowe: temperatura Grove i wilgotność Grove

-Czujnik jasności: czujnik światła

Zasilacz:

- LIPO (karta adaptera żywieniowego)

-Bateria

- Panel fotowoltaiczny

Krok 3: Konsumpcja

Jednym z najważniejszych punktów naszego projektu jest to, że system musi być autonomiczny energetycznie. Do tego używamy baterii i ogniwa słonecznego. Akumulator może dostarczyć prąd 1050 mA w ciągu 1 godziny przy napięciu 3,7 V: 3 885 Wh. Ogniwo słoneczne służy do ładowania akumulatora, dostarcza napięcie 5,5 V poniżej 360 mA o mocy równej 2 W.

Teoretyczne zużycie naszego systemu: - Czujnik temperatury DHT22: przy maks. 1,5 mA i spoczynku 0,05 mA - Czujnik temperatury Grove: maks. 1,5 mA - Czujnik światła: 0,5 mA - Nucleo Cart: + 100 mA - Wyświetlacz LCD: 20 mA - Sigfox TD1208 moduł: wysyłanie 24 mA (w tym projekcie nic nie jest odbierane przez ten moduł) i w spoczynku 1,5 μA

W spoczynku zużycie jest znikome w porównaniu z mocą akumulatora. Gdy system wychodzi ze stanu uśpienia (co 10 minut), wszystkie czujniki wykonują pomiary, na ekranie wyświetla się wynik, a moduł sigfox przesyła te wyniki. Uważa się, że w tym czasie wszystkie komponenty pobierają maksimum: zużywamy około 158 mA co 10 minut, więc 6 * 158 = 948 mA w ciągu 1 godziny. Akumulator może wytrzymać nieco ponad godzinę przed całkowitym rozładowaniem.

Celem jest wydatkowanie minimum energii, aby mieć jak najmniej potrzeby doładowania baterii. W przeciwnym razie, jeśli ogniwo słoneczne przez jakiś czas nie otrzyma promieni słonecznych, nie mogłoby naładować akumulatora, który by się rozładował i nasz system by się wyłączył.

Krok 4: Zaprojektuj płytkę drukowaną

Zacznijmy część PCB!

Mieliśmy wiele problemów na krok, o którym nie sądziliśmy, że zajmie nam tyle czasu. Pierwszy błąd: brak zapisania PCB w kilku miejscach. Rzeczywiście, pierwsza zrealizowana płytka PCB została usunięta, gdy USB miał jakieś problemy. Teraz wszystkie pliki na USB są niedostępne. Nagle trzeba było znaleźć niezbędną energię dla tej układanki do uprzemysłowienia naszego projektu. Drobny szczegół, który pozostaje ważny, konieczne jest, aby wszystkie połączenia znajdowały się na spodzie płytki drukowanej i aby ustalić plan masy. Gdy już się odważymy, możemy ponownie wykonać schemat elektroniczny na ALTIUM jak widać poniżej:

Krok 5:

Zawiera czujniki, kartę Nucleo, moduł Sigfox i ekran LCD.

Przełączamy się na część PCB, tracimy na niej tyle czasu, ale w końcu nam się udało. Po wydrukowaniu testujemy to… i oto dramat. Połowa karty NUCLEO jest odwrócona. Możemy też spojrzeć na powyższy diagram. Lewa gałąź NUCLEO od 1 do 15 zaczynając od góry, natomiast odgałęzienie prawej 15 do 1 również od góry. Co sprawia, że nic nie działa. Trzeba było odzyskać rozum, powtórzyć po raz trzeci awaryjną płytkę PCB zwracając uwagę na wszystkie połączenia. Alleluja PCB jest stworzona, widzimy to na poniższym obrazku:

Krok 6:

Wszystko było idealne, spawy wykonane przez Pana SamSmile były nieporównywalnie piękne. Za dobre żeby było prawdziwe? Rzeczywiście, jeden i jedyny problem:

Krok 7:

Powiększ go trochę bliżej:

Krok 8:

Widzimy to na mapie po prawej, na której bazuje PCB na połączeniu SDA na D7 i SCL na D8 (dokładnie to, czego potrzebujemy). Jednak gdy testowaliśmy z komponentami, nie zrozumieliśmy niespójności otrzymanych informacji i nagle, gdy ponownie zajrzeliśmy do dokumentacji drugiej dokumentacji, zauważyliśmy, że nie ma konkretów na D7 i D8.

W rezultacie nasze pieczywo działa bardzo dobrze przed dostosowaniem połączeń na płytce drukowanej w celu łatwego routingu. Ale gdy już na płytce nie zmodyfikowaliśmy, otrzymujemy informację pomimo wszystkich czujników poza czujnikiem światła w tej wersji.

Krok 9: Zaprojektuj PUDEŁKO 3D

Zacznijmy część projektowania 3D!

Tutaj wyjaśniamy część pudełka dotyczącą projektowania 3D, aby powitać nasz kompletny system. Zajęła jej dużo czasu i zrozumiesz dlaczego. Podsumowując: musimy być w stanie pomieścić w naszym pudełku płytkę PCB i wszystkie związane z nią komponenty. Innymi słowy, pomyśl o ekranie LCD, ale także o wszystkich czujnikach, zapewniając miejsce dla każdego z nich, aby były użyteczne i skuteczne w pomiarach. Dodatkowo wymaga również zasilania z kartą LIPO, która jest podłączona do akumulatora oraz panelu fotowoltaicznego, który czyni nasz system autonomicznym. Wyobrażamy sobie pierwsze pudełko, które będzie zawierało płytkę PCB, wszystkie czujniki, ekran i kartę LIPO podłączoną do akumulatora. Oczywiście należy przewidzieć określone miejsce na ekran LCD, czujnik światła (jeśli jest schowany lub z boku nie będzie odbierał rzeczywistego światła), na czujnik temperatury, dla DHT22 konieczne jest, aby mógł mierzyć wartość zbliżoną do rośliny i nie zapominając o czujniku wilgotności w gaju, który musi mieć kontakt z bezpośrednią ziemią. Nie zapominamy o otworze do podłączenia anteny do modułu sigfox i kolejnym otworze do przepuszczenia syna paneli fotowoltaicznych na mapę LIPO. Oto główne pudełko:

Krok 10:

Potrzebujemy części, aby pomieścić panel fotowoltaiczny i połączyć panel z płytą LIPO.

Oto wynik:

Krok 11:

Musimy być w stanie zamknąć to cudowne pudełko!

Oto dostosowana pokrywa:

Krok 12:

Jak widać, jest to wieczko z zębami, które wchodzą do głównego pudełka dla lepszej stabilności.

Oto, kiedy dodamy go do naszego wspaniałego pudełka:

Krok 13:

Aby uzyskać opór dodaje się przesuwane drzwi, które są wprowadzane do pudełka, ale także do pokrywy, która utrzymuje obie części w sposób rygorystyczny i zapewnia niezawodność oraz bezpieczeństwo elementów wewnątrz.

Oto pierwsza wersja drzwi przesuwnych:

Krok 14:

Idąc dalej, pomyśleliśmy, aby umieścić moduł fotowoltaiczny w głównej skrzynce, tak aby znajdował się na tym samym poziomie co czujnik światła i jego strategiczna pozycja oraz aby poczuć, że system autonomiczny jest czymś w rodzaju „Zjednoczenia.

Oto druga wersja drzwi przesuwnych z możliwością wpięcia modułu fotowoltaicznego zaprezentowanego wcześniej:

Krok 15:

Oto, kiedy dodamy go do naszego wspaniałego pudełka, które już ma swoje wspaniałe wieczko:

Krok 16:

Jesteś trochę zagubiony? Pozwól nam pokazać, jaki jest końcowy stan tego magicznego pudełka!

Krok 17:

(Uszkodzenie, którego nie mogliśmy na razie wydrukować dzięki drukarce 3D, bo poproszono mnie o solidność, coś, co zrobiłem, ale muszę uwierzyć, że mam trochę za dużo, w rzeczywistości grubość jest większa niż 4mm, więc ja nie udało mi się go wydrukować, bo zabrałoby za dużo materiału, zbyt smutno)… Ale nie jest za późno na jego wydruk, chociażby dla przyjemności = D

Tak piękna:

Krok 18:

Dziękuję Ci.