Тепличный проект (РАН): мониторинг элементов, которые могут реагировать на нашу плантацию: 18 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

В этом проекте предлагается контролировать температуру, яркость и влажность воздуха, а также температуру и влажность рощи. Он также предлагает объединить в сеть эти меры, которые можно прочитать на веб-сайте Actoborad.com.

Для этого к микроконтроллеру Nucleo L432KC подключаем 4 датчика:

- датчик освещенности TLS2561 от Adafruit;

- датчик влажности и температуры DHT22 от Gotronic;

- датчик температуры DS1820;

- датчик влажности Grove - датчик влажности от Seeed Studio

Измерения выполняются каждые 10 минут и объединяются в сеть через Breakout TD1208 от Sigfox. Как сказано выше, его можно прочитать на веб-сайте Actoboard.com. К этому микроконтроллеру также подключен экран OLED Display 128x64, который будет постоянно отображать последние выполненные измерения. Наконец, система электрически автономна благодаря фотоэлементу 8x20 см и батарее 1,5 Ач. Они подключены к Nulceo с помощью LiPo Rider Pro от Seeed Studio. Система помещена в коробку, напечатанную на 3D-принтере.

Как видно в синоптике.

Код, скомпилированный в микроконтроллере через os.mbed.com, называется main.cpp. Используемые библиотеки доступны по следующей ссылке, что такое наш проект mbed:

Шаг 1. Сеть

Важной частью этого проекта было проведение сетевых измерений и обеспечение легкого доступа к ним. Каждые 10 минут датчики измеряют разные параметры, и модуль sigfox TD1208 передает их измерения. Результаты доступны на сайте Actoboard:

После создания учетной записи bluemix мы можем использовать приложение Node-red для графического отображения наших результатов.

Программирование на Node-red для восстановления информации с Actoboard

Публичная ссылка для просмотра результатов в реальном времени:

Шаг 2: Компоненты

Вот список основных используемых компонентов для этого проекта:

Микроконтроллер: Nucleo STM32L432KC

Дисплей: ЖК-экран

Sigfox: модуль Sigfox

О датчиках:

- Датчик воздуха: DHT22 (температура и влажность)

- Напольные датчики: температура Grove и влажность Grove

- Датчик освещенности: датчик освещенности

Источник питания:

- LIPO (карта адаптера питания)

- аккумулятор

- Фотоэлектрическая панель

Шаг 3: потребление

Один из важнейших моментов нашего проекта - система должна быть автономной по энергии. Для этого мы используем аккумулятор и солнечную батарею. Аккумулятор может выдавать ток 1050 мА за 1 час при напряжении 3,7 В: 3 885 Втч. Солнечный элемент используется для подзарядки аккумулятора, он выдает напряжение 5,5 В при токе 360 мА при мощности, равной 2 Вт.

Теоретическое потребление нашей системы: - Датчик температуры DHT22: при макс. 1,5 мА и в состоянии покоя 0,05 мА - Датчик температуры Grove: макс. 1,5 мА - Датчик освещенности: 0,5 мА - Nucleo Cart: + 100 мА - ЖК-дисплей: 20 мА - Sigfox TD1208 модуль: отправка 24 мА (в этом проекте с этим модулем ничего не принимается) и в состоянии покоя 1,5 мкА

В состоянии покоя потребление ничтожно по сравнению с мощностью батареи. Когда система выходит из спящего режима (каждые 10 минут), все датчики производят измерения, на экране отображается результат, а модуль sigfox передает эти результаты. Считается, что все компоненты потребляют максимум в это время: мы используем около 158 мА каждые 10 минут, поэтому 6 * 158 = 948 мА за 1 час. Батарея может продержаться чуть более часа до полной разрядки.

Цель состоит в том, чтобы потратить минимум энергии, чтобы иметь наименьшую потребность в подзарядке аккумулятора. В противном случае, если солнечный элемент какое-то время не будет получать солнечный свет, он не сможет зарядить аккумулятор, который разрядится, и наша система отключится.

Шаг 4: проектирование печатной платы

Начнем с печатной платы!

У нас было много проблем на шаг, который, как мы думали, не займет у нас так много времени. Ошибка первая: не сохранив плату в нескольких местах. Действительно, первая реализованная печатная плата была удалена из-за некоторых проблем с USB. Теперь все файлы внутри USB недоступны. Неожиданно для этой головоломки потребовалось найти необходимую энергию для индустриализации нашего проекта. Небольшая деталь, которая остается важной: необходимо, чтобы все соединения находились на нижней стороне печатной платы и чтобы был установлен план массы. Как только наберется смелость, мы снова сможем создать электронную схему на ALTIUM, как вы можете видеть ниже:

Шаг 5:

Он содержит датчики, карту Nucleo, модуль Sigfox и ЖК-экран.

Переходим на часть печатной платы, мы теряем на ней столько времени, но в итоге у нас все получилось. После печати мы проверяем это… и вот драма. Половина карты NUCLEO перевернута. Мы также можем посмотреть на диаграмму выше. Левый NUCLEO разветвляется от 1 до 15, начиная сверху, а правый ответвление от 15 до 1 также сверху. Что ничего не заставляет работать. Пришлось прийти в себя, повторить в третий раз аварийную плату, обращая внимание на все соединения. Аллилуйя, печатная плата создана, мы можем видеть это на картинке ниже:

Шаг 6:

Все было идеально, сварные швы, выполненные мистером СамСмайлом, были несравненной красоты. Слишком хорошо, чтобы быть правдой? Действительно, одна-единственная проблема:

Шаг 7:

Увеличьте его немного ближе:

Шаг 8:

Мы видим это на карте справа, на которой плата основана на соединении SDA на D7 и SCL на D8 (именно то, что нам нужно). Однако, когда мы тестировали компоненты, мы не понимали несогласованности полученной информации, и внезапно, когда мы снова посмотрели документацию по второй документации, мы заметили, что нет никакой специфики для D7 и D8.

В результате наша выпечка хлеба работает очень хорошо, прежде чем адаптировать соединения на печатной плате для упрощения трассировки. Но если на плате нет изменений, мы получаем информацию, несмотря на все датчики, кроме датчика освещенности в этой версии.

Шаг 9: Создайте 3D BOX

Приступим к 3D-дизайну!

Здесь мы объясняем 3D-дизайн коробки, чтобы приветствовать нашу полную систему. На нее ушло много времени, и вы поймете почему. Подводя итог: мы должны иметь возможность содержать в нашей коробке печатную плату и все связанные с ней компоненты. То есть подумайте о ЖК-экране, а также обо всех датчиках, предоставив место для каждого из них, чтобы их можно было использовать и эффективно проводить измерения. Кроме того, он также требует источника питания с его картой LIPO, которая подключена к батарее, и фотоэлектрической панели, которая делает нашу систему автономной. Мы представляем себе первую коробку, которая будет содержать печатную плату, все датчики, экран и карту LIPO, подключенную к батарее. Очевидно, необходимо предусмотреть определенное место для ЖК-экрана, датчика освещенности (если он скрыт или сбоку он не будет получать реальный свет), для датчика температуры, для DHT22 необходимо, чтобы он мог измерять значение близко к растению и не забывая датчик влажности рощи, который должен иметь прямой контакт с землей. Не забываем про отверстие для подключения антенны к модулю sigfox и еще одно отверстие для перехода сына фотоэлектрических панелей к карте LIPO. Вот основная коробка:

Шаг 10:

Нам нужна деталь для размещения фотоэлектрической панели и подключения панели к плате LIPO.

Вот результат:

Шаг 11:

Надо уметь закрыть эту чудесную коробку!

Вот адаптированная крышка:

Шаг 12:

Как мы видим, это крышка с зубцами, которые входят в основную коробку для большей устойчивости.

Вот когда мы добавляем его в нашу замечательную коробку:

Шаг 13:

Чтобы получить сопротивление, добавлена раздвижная дверь, которая вставлена в коробку, а также в крышку, которая удерживает две части строго и обеспечивает надежность и безопасность компонентов внутри.

Вот первая версия раздвижной двери:

Шаг 14:

Чтобы пойти еще дальше, мы решили включить фотоэлектрический модуль в основной блок, чтобы он находился на том же уровне, что и датчик освещенности, и его стратегическое положение, и чтобы мы чувствовали, что автономная система является чем-то вроде «единой».

Вот вторая версия раздвижной двери с возможностью закрепления ранее представленного фотоэлектрического модуля:

Шаг 15:

Вот когда мы добавляем его в нашу замечательную коробку, у которой уже есть великолепная крышка:

Шаг 16:

Вы немного заблудились? Позвольте показать вам, в каком состоянии находится эта волшебная шкатулка!

Шаг 17:

(Повреждение, которое мы не могли напечатать сейчас благодаря 3D-принтеру, потому что меня попросили о надежности, что я сделал, но я должен поверить, что у меня немного слишком много, на самом деле толщина больше 4 мм, поэтому я напечатать не смог, потому что материала заняло бы много, слишком грустно)… Но напечатать еще не поздно, по крайней мере, хотя бы для удовольствия = D

Так прекрасно:

Шаг 18:

Спасибо.