Регистратор данных Аляски: 5 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Аляска стоит на пороге изменения климата. Его уникальное положение с довольно нетронутым ландшафтом, населенным множеством канареек из угольных шахт, открывает множество возможностей для исследований. Наш друг Монти - археолог, который помогает с лагерями для детей в местных деревнях, разбросанных по всему штату --Culturalalaska.com. Вместе с этими детьми он строил тайники для исторического хранения еды и хотел иметь способ наблюдения за температурой, который он мог бы оставить примерно на 8 месяцев зимы. Тайник с едой на Аляске спроектирован так, чтобы предотвратить проникновение медведя, и его можно либо похоронить, либо закрепить в небольшой конструкции, похожей на хижину, на столбах. К сожалению, из-за потепления климата многие из этих удобных холодильников этим летом больше похожи на микроволновую печь - честно говоря, здесь действительно жарко! Есть много коммерческих машин для регистрации данных, но Аляске нужен был собственный бренд DIY: водонепроницаемый, два водонепроницаемых датчика на длинных линиях, которые могут быть внутри кеша, а другой для размещения на поверхности, что-то, что можно собрать для детей с программой STEM, минимальный обслуживание, аккумулятор с длительным сроком службы, простая загрузка с SD-карты, возможность 3D-печати, аккумулятор, часы реального времени и дешево.

Дизайн полностью можно распечатать на любом 3D-принтере, и я сделал дизайн печатной платы, которую вы можете заказать и заполнить легко доступными компонентами. Батарея типовая 18650, которой должно хватить на год или около того с показаниями 12 раз в день, а зарядка осуществляется простым включением некоторого количества энергии в течение дня. Он спроектирован (Fusion 360) вокруг уплотнительного кольца, которое используется в домашних водоочистителях, поэтому его легко достать, с силиконовой смазкой и затяжкой хорошо расположенных болтов, чтобы обеспечить защиту от зимы на Аляске, если она наступит в этом году….

Шаг 1. Соберите припасы

Замечательный дизайн от Adafruit составляет большинство компонентов платы - они немного дороже, но они очень работоспособны и надежны. (У меня нет финансовых связей с какой-либо компанией…) Я использовал принтер Creality CR10 для 3D-деталей. Два переключателя являются водонепроницаемыми.

1. Vktech 5pcs 2M водонепроницаемый цифровой датчик температуры датчик температуры DS18b20 $ 2

2. Adafruit DS3231 Precision RTC Breakout [ADA3013] 14 долларов США.

3. Adafruit TPL5111 с таймером низкого энергопотребления, 5 долларов США.

4. Adafruit Feather 32u4 Adalogger $ 22. Вы также можете использовать версию MO, но линия уровня заряда батареи находится на другом контакте, и вы должны изменить ее в программном обеспечении.

5. IZOKEE 0,96-дюймовый I2C IIC 12864 128X64 Pixel OLED $ 4.

6. Прочный металлический переключатель вкл. / Выкл. С синим светодиодным кольцом - 16 мм, синий вкл. / Выкл. 5 долларов США.

7. Прочная металлическая кнопка с синим светодиодным кольцом - 16 мм, синий моментально 5 долларов США.

8. Разнообразные быстроразъемные соединения, облегчающие сборку.

9. Аккумулятор 18650 $ 5

10. Captain O-Ring - Замена водяного фильтра Whirlpool WHKF-DWHV, WHKF-DWH и WHKF-DUF

Шаг 2: Создайте это

Конструкция корпуса основана на легко доступном уплотнительном кольце стандартного фильтра для воды Westinghouse. Кольцо входит в канавку, смазанную силиконом, между двумя напечатанными половинами корпуса. В нижней части корпуса есть место для аккумулятора 18650 и двух водонепроницаемых переключателей управления - также есть отверстие для выхода кабелей для датчиков температуры. Два файла для верхней и нижней половин находятся ниже.

Для завершения нижней части нужно взять несколько нейлоновых болтов размером 4 мм или эквивалентного размера, удалить их головки и закрепить их на опорных столбах, просверленных для их размещения. Используйте подходящую длину, чтобы нейлоновые накидные гайки наверху просто закрывали их, когда две половинки соединяются. И верхняя, и нижняя части должны быть напечатаны с опорой. Верхняя часть завершена оклейкой круглого пластикового окна из тонкого лексана.

Шаг 3: Подключите его

Сборка печатной платы довольно проста. Я разработал плату в Eagle и отправил ее на производство PCBway - честно говоря, это самая дешевая вещь на свете. Если вы хотите исправить ошибку, это легко сделать, просто следуйте схеме в файле Brd. Маленький светодиодный экран подключается через разъемы I2C на плате вместе с питанием и землей. Сердцем системы является TPL5111, который подключается непосредственно к батарее и остается включенным все время. У него есть выбираемый таймер (переменный резистор), который будит систему каждые 2 часа или каждую секунду, активируя контакт включения на модуле Feather. RTC обменивается данными по той же шине I2C, что и светодиод - у них разные адреса. Feather также подключается к аккумулятору 18650 кабелем JST через переключатель включения / выключения, чтобы полностью отключить питание системы. Это позволяет встроить зарядку Feather, когда батарея разряжена, подключив к ней микро-USB. Каждый раз, когда вы загружаете новое программное обеспечение в Feather, вы должны не забывать запускать TPL5111, нажав его кнопку, иначе Feather не ответит на загрузочный вызов USB. Кнопка предназначена для подачи питания на светодиодный экран только при нажатии, а также для отправки высокого сигнала на TPL5111, который позволяет Feather включаться до тех пор, пока вы удерживаете кнопку. Это сделано для ограничения количества времени, в течение которого экран остается включенным - он используется только для проверки состояния датчиков температуры, уровня заряда батареи, времени / даты и размера файла, который вы создаете. Последним элементом проводки являются два датчика, которые проходят через последнее отверстие в нижней половине. Они были соединены с помощью 3-контактных разъемов JST, чтобы облегчить снятие. Я забыл разместить на плате резистор 4,7 кОм для подключения вывода данных и напряжения на шине датчика температуры. Таким образом, это должно быть выполнено на одной из точек подключения датчика на плате - они помечены, поэтому это должно быть легко. Оба они подключаются к одному и тому же выводу GPIO на Feather, поэтому необходимо только одно подключение резистора.

Шаг 4: запрограммируйте

Программа очень проста для понимания. Библиотека SD предназначена для использования файла SD-карты, встроенного в перьевую доску. Библиотеки OneWire и Dallas Temp предназначены для снятия показаний однопроводных датчиков температуры. DonePin должен уведомить TPL5111 о том, что все считывание данных завершено, и можно отключить Featherboard. VBatpin - это штифт на перышке, на котором есть делитель напряжения для считывания значения заряда батареи Lipo. Библиотека Asciiwire предназначена для запуска светодиодного экрана. В этом случае OneWireBus - это вывод GPIO 6. Файловая система SD для этого регистратора данных устанавливает файл ANALOG02. TXT для накопления всех данных. Он каждый раз открывает один и тот же файл и просто добавляет к нему. Чтобы избавиться от старых данных, вы должны вынуть чип из держателя SD-карты и загрузить его в компьютер - например, в электронную таблицу EXCEll. Это легко сделать с помощью раздела электронной таблицы «Импорт ДАННЫХ». Затем файлы удаляются из чипа, и когда Feather снова открывает его, он создает новый. Затем следует установка времени / даты для RTC. //rtc.adjust(DateTime(F(_DATE_), F (_ TIME_))); удалите символы комментариев, чтобы установить RTC на время загрузки, а затем перепрограммировать чип, закомментировав эту строку, чтобы при следующей загрузке компьютера он не использовал то же время загрузки снова, вместо того, чтобы позволить своему хронометру с резервным питанием от батареи заполнить его in. Секция loop () открывает SD-файл, получает дату / время, считывает и преобразует оба датчика, вычисляет уровень заряда батареи и записывает его на SD-карту. Затем он устанавливает высокий уровень на donePin, чтобы завершить последовательность.

Шаг 5: Использование

Аккумулятор полностью заряжается, если подключить Feather к разъему MicroUSB. Светодиод зарядки будет светиться, пока он не будет полностью заряжен - медленно. Свежая SD-карта без ANALOG02. TXT помещается в чип-держатель. Крышка установлена, и пять гаек прикручены к резиновой прокладке. Кнопка питания включается, и примерно через 4 секунды кнопка удерживается в нажатом состоянии. Сначала быстро отобразится температура по умолчанию, а после очистки экрана будут отображаться T1 и T2 в качестве выходных сигналов датчиков температуры. Вы можете согреть его рукой, чтобы обозначить его как Т1 и Т2. На экране также будут отображаться часы, минуты, секунды, день, месяц и год чтения, а также уровень заряда батареи и размер вашего файла на данный момент. Эта проверка проводится, чтобы убедиться, что все в порядке, прежде чем оставить его на 8 месяцев. Отпустите кнопку и поместите датчики там, где вы хотите проводить измерения температуры. Они водонепроницаемы, и, надеюсь, ваша машина - тоже. Первоначально эта машина будет запущена в Илиамна, Аляска, где она будет находиться под землей до апреля следующего года. При раннем тестировании батареи этого размера было установлено, что ее хватит как минимум на 1,5 года при 12 показаниях в день, все благодаря распределению мощности TPL5111. Исследования глобального потепления очень важны для всех - выходите и занимайтесь наукой!