Sensore solare per piscina coccodrillo: 7 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Questa istruzione mostra come costruire un sensore della piscina piuttosto speciale che misura la temperatura della piscina e la trasmette tramite WiFi all'app Blynk e a un broker MQTT. Lo chiamo "Crocodile Solar Pool Sensor". Utilizza l'ambiente di programmazione Arduino e una scheda ESP8266 (Wemos D1 mini pro).

Cosa c'è di così speciale in questo progetto?

• L'aspetto è semplicemente fantastico
• Completamente indipendente dalle fonti di alimentazione (il pannello solare alimenta la batteria LiPo)
• Sensore connesso WiFi ESP8266 a bassa potenza
• Sensore di temperatura piuttosto ad alta precisione
• Trasmissione dati di temperatura e tensione all'APP Blynk per il tuo cellulare
• Invia anche un timestamp "ultimo aggiornamento" all'APP Blynk
• Trasmissione dati di temperatura e tensione a un broker MQTT
• Celsius e Fahrenheit commutabili
• Può essere riprogrammato

Il tuo livello di abilità: da intermedio a esperto

Forniture

Per questa build dovrai sapere come lavorare con:

• Arduino IDE (ambiente di programmazione)
• un saldatore
• un trapano
• un coltello affilato
• colla epossidica
• colla calda
• schiuma spray industriale
• colore spray

Passaggio 1: componenti necessari

Queste cose sono necessarie per costruire questo bel sensore per piscina:

• La testa di coccodrillo (plastica espansa) trovata qui: Amazon: Crocodile Head
• OPPURE in alternativa: guscio della barca (Aliexpress). Si prega di vedere il passaggio 6 per questo.
• ESP8266 Wemos D1 mini pro: (Aliexpress)
• Pannello solare 0.25W 45x45mm: (Aliexpress)
• **EDIT dopo un anno di utilizzo: consiglio vivamente di utilizzare una batteria più potente come una 18650 (esempio: Aliexpress)
• Modulo caricabatteria TP4056: (Aliexpress)
• Sensore di temperatura impermeabile DS 18b20: (Aliexpress)
• Cavo 22 AWG (Aliexpress)
• Scheda PCB prototipo 5x7cm (Aliexpress)
• Resistori da 220 Ohm e 4,7 kOhm
• un breve cavo da USB a MicroUSB

inoltre:

• Sigillante in schiuma isolante @ mercato fai da te o qui: (Amazon)
• Vernice impermeabile @ mercato fai da te o qui: (Amazon)
• Spray primer riempitivo @ mercato fai da te o qui: (Amazon)
• Epossidica liquida per un rivestimento impermeabile @ mercato del fai da te
• Colla calda

Potrebbe essere necessario utilizzare una stampante 3D per stampare una copertura impermeabile per la porta USB.

Passaggio 2: elettronica

Ho pensato che fosse più facile iniziare con alcuni di questi prototipi di PCB universali fai-da-te e ho scoperto che un 5x7 cm è perfetto per questo scopo.

Fasi di costruzione:

1. Preparare il D1 mini pro per l'utilizzo di un'antenna esterna:

   1. Resistore dissaldare 0 Ohm vicino all'antenna in ceramica
   2. Ruota la resistenza da 0 Ohm verso il basso e salda la connessione all'antenna esterna (buona spiegazione trovata qui - Step5)
2. Posiziona le parti e decidi il layout sul PCB prototipo prima di iniziare a saldare
3. Saldare i pin al D1 mini pro
4. Saldare i perni distanziatori alla scheda prototipo
5. Saldare i pin per la scheda del caricabatterie al PCB prototipo
6. Saldare la scheda del caricabatterie ai pin
7. Tagliare il cavo del sensore di temperatura a una lunghezza di 20 cm
8. Si prega di vedere l'immagine sopra per il collegamento del sensore di temperatura
9. Saldare il cavo al pannello solare
10. NON ANCORA saldare i cavi del pannello solare alla scheda: questi devono essere prima incollati alla testa del coccodrillo
11. Segui lo schema di Fritzing sopra per saldare tutte le restanti connessioni al PCB
12. Una volta che tutti i componenti sono collegati e saldati, utilizzare della colla a caldo per fissare la batteria Nota: per mettere in standby ESP8266 è necessario collegare il pin D1 con il pin RST. A volte il D1 mini pro causa problemi con la porta seriale se le porte D0 e RST sono collegate. Quello che ho usato (vedi link Aliexpress sopra) non ha avuto questo problema. Se stai riscontrando questo problema potresti dover utilizzare un ponticello o uno switch per scollegare i due pin per il caricamento del nuovo codice. Ma (!) allora non hai possibilità di riprogrammare una volta che la testa di coccodrillo è stata sigillata. Anche in questo caso non è necessario portare all'esterno la porta USB (es. per praticare un terzo foro).

Passaggio 3: parte hardware 1 (preparazione della testa di coccodrillo)

In questo passaggio prepariamo la parte posteriore della testa del coccodrillo per ottenere spazio sufficiente per l'elettronica. E stiamo praticando dei fori per l'antenna, il pannello solare e la porta USB. Ho pianificato il mio progetto prima senza la porta USB. Ma poi ho pensato che sarebbe stato impossibile per me fare alcuni aggiornamenti software una volta che il coccodrillo è stato sigillato di nuovo. Pertanto ho deciso di utilizzare un cavo USB corto da micro-USB a USB per consentire un accesso esterno alla scheda ESP8266. Passaggi successivi da eseguire:

• Usa un coltello affilato per tagliare un po' più di 7x5 cm (dimensioni della tavola del tuo prototipo) dalla superficie dura
• Usa un cucchiaio per rimuovere la schiuma più morbida dall'interno
• Assicurati solo di avere abbastanza spazio per i tuoi cavi e la tua scheda
• Prova se si adatta e che c'è ancora spazio per coprirlo in seguito

Ora fai due o tre fori nella testa:

• per il pannello solare
• per l'antenna
• (opzionale) per la porta USB per abilitare la programmazione successiva

Usa una resina epossidica bicomponente (5 minuti) per incollare e sigillare nuovamente questi fori. Usa abbastanza colla epossidica! Assicurati che sia impermeabile dopo!

1. Incolla il cavo del pannello solare sulla testa e sigilla correttamente il foro
2. Incolla il pannello solare tra gli occhi
3. Incollare la presa dell'antenna sulla testa e sigillare adeguatamente il foro
4. Incolla la presa USB e sigilla correttamente il foro

Per evitare che l'acqua corroda la porta USB ho stampato in 3D un piccolo cappuccio protettivo.

Passaggio 4: software

Devi avere un ambiente Arduino in esecuzione. In caso contrario, controlla questo.

La configurazione dell'hardware è semplice (sul mio Mac):

LOLIN(WEMOS) D1 mini Pro, 80 MHz, Flash, 16 M (14 M SPIFFS), Memoria inferiore v2, Disabilita, Nessuno, Solo schizzo, 921600 su /dev/cu. SLAB_USBtoUART

Ottieni il codice Arduino qui: Codice Arduino su Github

Il codice sta inviando la temperatura e la tensione della batteria a Blynk. Basta caricare l'app Blynk sul tuo cellulare e creare un nuovo progetto. Blynk ti invierà un token di autenticazione per questo progetto. Inserisci questo token nel file Settings.h. Le impostazioni predefinite invieranno

• la temperatura al PIN VIRTUALE 11
• la tensione al PIN VIRTUALE 12
• l'ultimo timestamp aggiornato a VIRTUAL PIN 13

ma è facile cambiare questi pin nel codice. Gioca con tutti i widget Blynk usando V11, V12 e V13: è divertente. Se sei nuovo a questo, leggi l'istruzione del mio amico Debasish - la maggior parte di questo è spiegata lì nel passaggio 19.

Il software è inoltre predisposto per utilizzare un broker MQTT.

In Settings.h c'è una variabile globale chiamata MQTT. Questo deve essere impostato su true o false a seconda che tu stia utilizzando MQTT o meno.

Nel mio caso sto utilizzando un broker MQTT (Orange PI Zero, Mosquitto, Node-Red) e una dashboard in cui confluiscono tutti i dati dei miei sensori. Se non conosci MQTT, lascia che Google ti aiuti a configurarlo.

Se hai familiarità con MQTT, sono abbastanza sicuro che capirai il codice.

Passaggio 5: parte hardware 2 (sigillatura di nuovo)

In questo passaggio dobbiamo imballare tutta l'elettronica (software caricato e testato) e sigillare nuovamente la pancia del nostro coccodrillo. Personalmente vedo due possibili soluzioni:

1. Usa un vetro acrilico e incollalo con colla epossidica impermeabile alla pancia. Per il cavo del sensore di temperatura, utilizzare una canalina per cavi impermeabile (mi rammarico di non aver scelto questa opzione - dopo tutto quello che ho passato, consiglio vivamente di andare in questo modo.)
2. Usa una schiuma industriale e riempi nuovamente gli spazi vuoti, quindi usa una vernice impermeabile per sigillare. E finiscilo con stucco e vernice.

Quindi ho deciso per l'opzione 2. I passaggi sono i seguenti:

1. Saldare il cavo del pannello solare alla scheda
2. Collegare il cavo dell'antenna
3. Collegare il cavo USB alla scheda ESP8266 (E NON alla scheda di ricarica)
4. Spremere tutti i cavi e la scheda nel foro
5. Lasciare fuori 5-10 cm del cavo del sensore di temperatura
6. Usa la schiuma industriale per riempire tutti gli spazi vuoti (attenzione: la schiuma si espande pesantemente)
7. Lascia asciugare e poi taglia la schiuma con un coltello affilato
8. Ora usa della vernice impermeabile (è usata per riparare i tetti) e dipingila dappertutto
9. Lascia asciugare e usa lo spray per vernice di riempimento per produrre una crosta dura (devi farlo più e più volte)
10. EDIT IMPORTANTE (dopo alcune settimane in acqua): Applicare due o tre mani di resina epossidica liquida per dare un rivestimento veramente impermeabile.
11. Lascia asciugare - FINITO!

Passaggio 6: build alternativa

Poiché la prima build con il croc è ancora la mia preferita, devo ammettere di aver scelto la batteria sbagliata (troppo debole). Purtroppo non posso più sostituire la batteria perché è sigillata nel corpo crocs.

Per questo ho deciso di fare un'altra soluzione con una barca come corpo per accedere meglio all'elettronica e alla batteria se necessario.

I cambiamenti:

• Conchiglia (https://www.aliexpress.com/item/32891355836.html)
• Batteria agli ioni di litio 18650
• Inserto stampato in 3D per montare le due schede (ESP8266 e modulo caricabatterie)

Passaggio 7: Appendice: display/sensori aggiuntivi

Se vuoi andare oltre la visualizzazione dei dati del pool solo sull'app Blynk, puoi anche inviarli a un broker MQTT. Ciò consente di utilizzare diverse possibilità in più per visualizzare i dati del pool (o altri) su dispositivi diversi. Uno sarebbe Node Red Dashboard su un Raspberry Pi (vedi immagine sopra) o un display a matrice di LED. Se sei interessato alla LED Matrix, trova il codice qui:

A proposito, ho combinato questo progetto con la Solar Weather Station, inclusa una previsione meteo Zambretti da questo progetto:

L'ispirazione di questa stazione meteorologica solare è venuta dal mio amico indiano Debasish. Si prega di trovare il suo istruibile qui:

Primo Premio al Concorso Sensori