Arduino Pro-mini zapisnik podataka: 15 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Napravite upute za otvoreni izvorni pro-mini Arduino zapisnik podataka

Odricanje od odgovornosti: Sljedeći dizajn i kôd mogu se besplatno preuzeti i koristiti, ali ne dolaze do apsolutno nikakvih jamstava ili jamstava.

Prvo moram zahvaliti i promovirati talentovane ljude koji su inspirisali ideju za ovaj zapisnik podataka i dali svoj doprinos kodu i senzorima koji se koriste. Prvo, ideja za zapisivač podataka došla je od vrlo dobro osmišljenog i dobro objašnjenog (žao nam je što naš vodič nije tako dobar) zapisničara podataka Edwarda Mallona: https://thecavepearlproject.org/2017/06/19/ arduin…

Drugo, senzore vlažnosti tla otvorenog koda koji se ovdje koriste, kao i kôd/biblioteku za njihovo upravljanje, dizajnirala je i izradila Catnip Electronics. Ovo su visokokvalitetni senzori i vrlo robusni. Informacije o tome gdje ih kupiti i nabaviti kôd za njihovo pokretanje (hvala Ingo Fischer) date su u nastavku.

Korak 1: Potrebni materijali, alati i oprema

Pro-mini Arduino ploča. Za ovu aplikaciju koristimo open-source (kao i svi naši dijelovi) pro-mini klonove kineske proizvodnje (5V, 16MHz, ATmega 326 mikroprocesor) (slika 1a). Ove ploče se mogu kupiti na Aliexpressu, Ebayu i sličnim web stranicama za manje od 2 USD. Međutim, ostale ploče se mogu koristiti jednako lako (uzmite u obzir zahtjeve napona potrebnih senzora, kao i zahtjeve memorije programa).

SD kartica i modul za bilježenje sata u realnom vremenu (RTC) izdan od strane Deek-Robota (ID: 8122) (slika 1b). Ovaj modul uključuje DS13072 RTC i čitač micro-sd kartica. Ove ploče koštaju manje od 2 USD i vrlo su robusne.

Arduino nano (da-"nano") adapter s vijčanim terminalom, također je izbacio Deek-Robot, koji se može kupiti za manje od 2 USD na Aliexpressu ili slično (slika 1c). Kao što vidite, jednostavno volimo Aliexpress.

22-inčna izolacijska žica s čvrstom jezgrom (slika 1d).

Okvir za evidentiranje podataka (slika 1e). Koristimo kutije "istraživačkog kvaliteta", ali jeftino plastično posuđe odlično funkcionira u većini situacija.

Kutija za baterije za 4 AA NiMh baterije (slika 1f). Oni se mogu kupiti na Aliexpressu za cca. 0,20 USD svaki (da - 20 centi). Ne trošite novac na skuplje futrole za baterije.

6V, ca 1W solarni panel. Može se kupiti na Aliexpressu za manje od 2 USD.

Lemilica, lemilica i fluks prošlog tipa.

Pištolj za vruće ljepilo.

Korak 2: Uputstva za izradu

Vrijeme potrebno za izgradnju: ca 30 do 60 min.

Pripremite adapter za nano terminal za lemljenje.

Za potrebe ove demonstracije, pripremit ćemo nano vijčani terminalni adapter za lakše spajanje tri I2C senzora vlažnosti tla. Međutim, uz malo kreativnosti, vijčani terminali mogli bi se pripremiti na različite načine kako bi se olakšali drugi uređaji. Ako ne znate šta je I2C, pogledajte sljedeće web stranice:

howtomechatronics.com/tutorials/arduino/ho…

www.arduino.cc/en/Reference/Wire

Ideja za upotrebu nano vijčanih adaptera preuzeta je iz prekrasnog dizajna zapisničara podataka Edwarda Mallona:

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

Izrežite tragove na stražnjoj strani vijčane stezaljke između velikih i malih igala na položajima 3, 5, 9, 10 i 11 (računajući od vrha priključka) (slika 2). Ovi tragovi odgovaraju oznakama “RST”, “A7”, “A3”, “A2” i “A1” na vijčanoj stezaljki. Rezanje tragova mnogo je lakše ako imate alat tipa Dremel, ali ako nemate, mali nož će lako raditi. Nemojte se posjeći! Imajte na umu da oznake na vijčanom terminalu i na pro-mini nisu sve iste (nano i pro-mini imaju neke pinove na različitim lokacijama). Ovo je jedna od neugodnosti ovog dizajna, ali je dovoljno jednostavno ponovno označiti terminalnu ploču kada završite, ako želite.

Pažljivo sastružite (koristeći Dremel ili mali nož) tanki sloj epoksida neposredno uz velike igle 9, 10 i 11 (označene sa 'A3', 'A2', 'A1' na nano terminalu) (slika 2). Izloženi bakreni premaz ispod epoksida uzemljen je na Arduino pro-mini ploču. Kasnije ćemo ovaj izloženi dio lemiti na susjedne igle, čime ćemo osigurati tri uzemljene vijčane stezaljke.

Korak 3: Uputstva za izradu

Izrežite osam izolovanih žica dužine 8 cm i izolirajte žicu od 5 mm s jednog kraja i 3 mm s drugog kraja. Preporučujemo upotrebu pune žice.

Uzmite četiri od ovih žica, savijte jedan kraj za 90 stupnjeva (kraj s 5 mm ili izloženom žicom) i lemite * preko * (tj. Spajajući sve igle s obilnim lemljenjem i fluksom) na sljedeće točke:

Žica 1: veliki pinovi 3, 4 i 5 (označeni sa 'RST', '5V', 'A7' na nano terminalu). Ove tri vijčane stezaljke promijenit ćemo u tri VCC stezaljke (slika 3).

Korak 4: Uputstva za izradu

Žica 2: veliki pinovi 9, 10 i 11 (označeni sa 'A3', 'A2', 'A1' na nano terminalu), kao i izloženi bakreni premaz koji je ranije bio izložen. Koristite puno lema. Ne brinite ako izgleda neuredno. Ova tri vijčana stezaljka ćemo izmijeniti u tri stezaljke za uzemljenje (-) (slika 4).

Korak 5: Uputstva za izradu

Žica 3: veliki pinovi 13, 14 i 15 (označeni sa 'REF', '3V3', 'D13' na nano terminalu). Ova tri vijčana terminala ćemo izmijeniti u tri A5 SCL terminala za I2C komunikacije (slika 5).

Korak 6: Uputstva za izradu

Žica 4: veliki pinovi 28, 29 i 30 (označeni sa 'D10', 'D11', 'D12' na nano terminalu). Ova tri vijčana terminala ćemo izmijeniti u tri A4 SDA terminala za I2C komunikacije (slika 6).

Korak 7: Uputstva za izradu

Lemite jednu žicu na svaki od malih (opet kažem - malih) pinova 9, 10 i 11 (označeni sa 'A3', 'A2', 'A1' na nano terminalu) (slika 7).

Korak 8: Uputstva za izgradnju

Solder

preostala žica do velikog pina 22 (označeno sa 'D4' na nano terminalu) (slika 8).

Korak 9: Uputstva za izgradnju

Lemite slobodni kraj svake žice u odgovarajuće rupe na pin-u na Deek-Robot štitniku logera podataka (slika 9):

veliki pin 'RST+5V+A7' na rupu za pin 5V

veliki zatik 'A3+A2+A1' na otvor za pin GND

mali zatik 'A3' na otvor za iglu SCK

mali pin 'A2' na MISO rupu za pin

mali pin 'A1' na otvor za MOSI pin

veliki pin 'REF+3V3+D13' do SCL otvora za pin

veliki pin 'D10+D11+D12' na otvor za pin SDA

i veliki zatik 'D4' na otvor za iglu CS

Korak 10: Uputstva za izradu

Imajte na umu da ovdje nudimo nano oznake samo radi lakšeg povezivanja. Ove oznake neće odgovarati pinovima na pro-mini ploči nakon što se umetne u vijčani terminal.

Lemite dve žice dugačke 6 cm u rupe A4 i A5 sa donje strane pro-mini ploče (slika 10).

Korak 11: Uputstva za izgradnju

Lemite igle na pro-mini ploču i umetnite je u završeni vijčani terminal. Ne zaboravite umetnuti žice A5 i A4 u stezaljke D12 (A4) i D13 (A5) na nano ploči. Uvijek imajte na umu da se pinovi na naljepnicama Arduino i vijčanim terminalima neće točno poravnati (pro-mini i nano ploče imaju različite rasporede pinova).

Umetnite bateriju CR 1220 i micro-sd karticu u ploču zapisnika. Koristimo SD kartice kapaciteta manje od 15 GB, jer smo imali problema s karticama većeg kapaciteta. Koristimo kartice u formatu FAT32.

Na kraju pokrijte sve lemljene spojeve i vrućim ljepilom pričvrstite sve žice na priključnu ploču.

Ploča je sada spremna za upotrebu. Završena ploča sada bi trebala izgledati ovako: Slika 11.

Korak 12: Postavljanje zapisivača podataka za terensku upotrebu

Kako biste spriječili da se vaš zapisnik podataka prevrne u okvir za bilježenje podataka, kao i da bi omogućio lak pristup komunikacijskim pinovima, preporučujemo izradu stabilizacijske platforme. Platforma također drži elektroniku barem nekoliko centimetara od dna kutije, u slučaju poplave. Koristimo akrilnu ploču od 1,5 mm i povezujemo je sa zapisuvačem podataka pomoću vijaka, matica i podloška od 4 mm (slika 12).

Korak 13:

Koristimo otvorene kode I2C kapacitivne senzore vlažnosti tla. Kupujemo ih od Catnip Electronics (web stranica ispod). Mogu se kupiti na Tindieju i koštaju oko 9 USD za standardni model i oko 22 USD za robusni model. Koristili smo robusnu verziju u eksperimentima na terenu. Vrlo su robusni i nude slične performanse kao i mnogo skuplje komercijalne alternative (nikoga nećemo staviti na Front Street, ali vjerojatno znate uobičajene osumnjičene).

Catnip Electronics I2C senzor predstavljen u ovom vodiču:

kupiti ovdje:

arduino biblioteka:

arduino biblioteka na Githubu:

Priključite žutu žicu s I2C senzora na jedan od A5 vijčanih stezaljki. Priključite zelenu žicu s I2C senzora na jedan od A4 terminala. Crvene i crne žice sa senzora idu do VCC i uzemljenih terminala.

Stavite četiri napunjene NiMh baterije u kućište za baterije. Priključite crvenu (+) žicu na RAW pin na zapisivaču podataka (tj. RAW pin na pro-mini ploči) (ali pogledajte odjeljak "ušteda energije" ispod). Priključite crnu (-) žicu na jedan od uzemljivača na zapisu podataka.

Za dugotrajnu upotrebu na terenu, priključite solarni panel od 6V 1W na drvosječu. Solarni panel će se koristiti za pokretanje zapisivača podataka i punjenje baterije tokom dana, a radi čak i po oblačnom nebu (iako snijeg predstavlja problem).

Prvo lemite ~ 2A Schottkyjevu diodu na pozitivni terminal solarne ploče. To će spriječiti da struja teče natrag u solarni panel kada nema sunčevog zračenja. Ne zaboravite to učiniti jer ćete se u kratkom vremenu isprazniti.

Priključite (+) terminal sa solarnog panela (tj. Diode) na RAW pin na logeru (tj. RAW pin na pro-mini) i (-) terminal sa solarnog panela na jedno od uzemljenja terminali na loggeru.

Ova postavka omogućuje ugrađenom regulatoru napona u pro-mini ploči da regulira napon koji dolazi i iz solarne ploče i iz baterije. E sad … reći ću da ovo nije idealna postavka za punjenje NiMh baterija (teško čak i pod savršenim uvjetima). Međutim, solarni paneli koje koristimo emitiraju oko 150 mA u uvjetima punog sunca, što odgovara približno 0,06 C (C = kapacitet baterije), što se za nas pokazalo kao jednostavan, siguran i pouzdan način punjenja za naše drvosječe. Na ovaj način smo ih držali do godinu dana u Koloradu. Međutim, pogledajte odricanje od odgovornosti - naši drvosječe dolaze bez ikakvih garancija. Svaki put kada koristite baterije ili solarne panele na terenu, riskirate požar. Budi pazljiv. Koristite ovaj dizajn na vlastitu odgovornost!

Zabilježite zapisnik podataka i bateriju u kutiji otpornoj na vremenske uvjete (slika 13).

Korak 14: Očuvanje energije

Često isključujemo LED diode za napajanje i na pro-mini i na ploči za bilježenje podataka. Tragovi ovih LED dioda mogu se pažljivo izrezati oštricom za brijanje (pogledajte donju vezu). Svaka LED troši oko 2,5 mA struje na 5V (donja veza). Međutim, za mnoge aplikacije ova količina gubitka energije bit će zanemariva i istraživač može jednostavno ostaviti LED diode za napajanje kakve jesu.

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

Pokrećemo i biblioteku 'LowPower.h' (po 'rocketscream'; dolenavedena veza), koja je vrlo jednostavna za upotrebu i značajno smanjuje potrošnju energije između intervala zapisivanja.

github.com/rocketscream/Low-Power

Nakon što uklonite LED diode za napajanje sa pro-mini i ploče za bilježenje podataka i pokrenete biblioteku LowPower.h (pogledajte 'kod' ispod), zapisnik će potrošiti cca. 1mA struje na 5V dok spavate. Pokretanjem tri I2C senzora istovremeno, zapisivač u stanju mirovanja (između ponavljanja uzorkovanja) troši cca 4,5 mA na 5V i ca 80 mA pri uzorkovanju. Međutim, budući da se uzorkovanje događa vrlo brzo i vrlo rijetko, potrošnja struje od 80 mA ne doprinosi značajnije pražnjenju baterije.

Više energije se može uštedjeti ako ne koristite solarne panele spajanjem (+) terminala baterije direktno na VCC pin na logeru. Međutim, izravnim spajanjem na VCC, a ne na RAW pin, izbjegavate ugrađeni regulator napona, a struja prema senzorima neće biti ni približno konstantna kao što bi bila usmjerena kroz regulator. Na primjer, napon će se smanjivati kako se baterija prazni tijekom dana i sedmica, a u mnogim slučajevima to će dovesti do značajnih varijacija u očitanjima senzora (ovisno o tome koje senzore koristite). Ne priključujte solarni panel direktno na VCC.

Korak 15: Šifra

Uključujemo dvije skice za pokretanje zapisivača podataka sa tri I2C senzora vlažnosti tla. Prva skica 'logger_sketch' uzorkovat će sa svakog senzora i zabilježiti podatke o kapacitetu i temperaturi na SD karticu svakih 30 minuta (ali ih korisnik može lako promijeniti). Druga skica 'ChangeSoilMoistureSensorI2CAddress' će omogućiti korisniku da dodijeli različite I2C adrese svakom od senzora tako da ih zapisničar može koristiti istovremeno. Adrese u 'logger_sketch' mogu se promijeniti u redovima 25, 26 i 27. Biblioteke potrebne za pokretanje senzora mogu se pronaći na Githubu.