Registratore di dati Alaska: 5 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

L'Alaska è sull'orlo dell'avanzare del cambiamento climatico. La sua posizione unica di avere un paesaggio abbastanza incontaminato popolato da una varietà di canarini delle miniere di carbone consente molte possibilità di ricerca. Il nostro amico Monty è un archeologo che aiuta con i campi per bambini nei villaggi nativi sparsi per lo stato--Culturalalaska.com. Ha costruito siti di cache per la conservazione storica del cibo con questi bambini e voleva un modo per monitorare la temperatura che potesse lasciare per circa 8 mesi d'inverno. Una riserva di cibo in Alaska è progettata per impedire l'ingresso dell'orso e può essere sepolta o fissata in una piccola struttura simile a una cabina su pali. Sfortunatamente il riscaldamento del clima rende molti di questi pratici modelli di frigoriferi più simili a un forno a microonde quest'estate - onestamente fa davvero caldo qui! Ci sono molte macchine per la registrazione dei dati commerciali là fuori, ma Alaska aveva bisogno di un proprio marchio fai-da-te: Waterproof, Due sensori impermeabili su lunghe file che potrebbero essere all'interno della cache e un altro da appoggiare in superficie, Qualcosa costruibile per i bambini con un programma STEM, Minimal manutenzione, batteria a lungo termine, facile download da scheda SD, stampabile in 3D, ricaricabile, orologio in tempo reale ed economico.

Il design è totalmente stampabile con qualsiasi stampante 3D e ho realizzato il design per il PCB che puoi ordinare e popolare con componenti facili da ottenere. La batteria è una 18650 generica che dovrebbe durare circa un anno con letture 12x/giorno e la ricarica viene eseguita semplicemente collegando un po' di alimentazione per un giorno. È progettato (Fusion 360) attorno all'O-ring che viene utilizzato nei depuratori d'acqua domestici, quindi è facile da ottenere e con grasso al silicone e il serraggio dei bulloni ben posizionati dovrebbe fornire protezione per l'inverno in Alaska se arriva quest'anno….

Passaggio 1: raccogli le tue provviste

I meravigliosi design di Adafruit costituiscono la maggior parte dei componenti della scheda: sono un po' più costosi ma sono molto lavorabili e affidabili. (Non ho legami finanziari con nessuna azienda…) Ho usato una stampante Creality CR10 per le parti 3D. I due interruttori sono varietà impermeabile.

1. Sonda sensore temperatura temperatura digitale impermeabile Vktech 5pcs 2M DS18b20 $ 2

2. Breakout RTC di precisione Adafruit DS3231 [ADA3013] $ 14

3. Breakout del timer a bassa potenza Adafruit TPL5111 $ 5

4. Adafruit Feather 32u4 Adalogger $22 Puoi anche usare la versione MO ma la linea del livello della batteria è su un pin diverso e devi cambiarla nel software.

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

6. Robusto interruttore on/off in metallo con anello LED blu - 16 mm blu on/off $ 5

7. Pulsante in metallo robusto con anello LED blu - 16 mm blu momentaneo $ 5

8. Una varietà di connessioni rapide per semplificare il montaggio

9. Batteria 18650 $ 5

10. Captain O-Ring - Sostituzione del filtro dell'acqua Whirlpool WHKF-DWHV, WHKF-DWH e WHKF-DUF

Passaggio 2: costruiscilo

Il design dell'alloggiamento è costruito attorno all'o-ring facilmente disponibile da un filtro dell'acqua standard per tutta la casa Westinghouse. L'anello si infila in una scanalatura lubrificata al silicone tra le due metà stampate della custodia. La parte inferiore della custodia ha spazio per la batteria 18650 e i due interruttori di controllo stagni--c'è anche un foro per l'uscita dei cavi per le sonde di temperatura. Di seguito sono riportati i due file per la metà superiore e inferiore.

La sezione inferiore viene completata prendendo alcuni bulloni in nylon da 4 mm o dimensioni equivalenti e rimuovendo le loro teste e cementandoli nei pilastri di supporto che sono stati forati per accoglierli. Utilizzare una lunghezza appropriata in modo che i dadi ciechi in nylon sulla parte superiore li coprano appena quando le due metà vengono unite. Sia la parte superiore che quella inferiore devono essere stampate con supporto. La parte superiore è completata dall'incollaggio di una finestra rotonda in plastica realizzata in sottile lexan.

Passaggio 3: collegalo

L'assemblaggio del PCB è abbastanza semplice. Ho progettato la scheda in Eagle e l'ho inviata a PCBway per la produzione: onestamente è la cosa più economica di sempre. Se vuoi eseguire un bug-wire, è facile seguire lo schema del circuito sul file Brd. Il piccolo schermo LED è collegato tramite le connessioni I2C sulla scheda insieme all'alimentazione e alla massa. Il cuore del sistema è il TPL5111 che è collegato direttamente alla batteria e rimane sempre acceso. Ha un timer selezionabile (resistenza variabile) che attiva il sistema ogni 2 ore fino a ogni secondo abilitando il pin di abilitazione sul modulo Feather. L'RTC comunica tramite lo stesso bus I2C del LED: hanno indirizzi diversi. Il Feather è anche collegato alla batteria 18650 tramite cavo JST tramite l'interruttore on/off per spegnere completamente il sistema. Ciò consente la ricarica integrata da parte del Feather quando la batteria è scarica collegando una micro USB al Feather. Ogni volta che carichi un nuovo software sul Feather devi ricordarti di avviare il TPL5111 premendo il suo pulsante altrimenti il Feather non risponderà alla chiamata di avvio USB. Il pulsante è progettato per fornire alimentazione allo schermo LED solo quando viene premuto e anche per inviare un segnale alto al TPL5111 che consente al Feather di accendersi finché si tiene premuto il pulsante. Questo viene fatto per limitare la quantità di tempo in cui lo schermo è acceso: viene utilizzato solo per controllare lo stato delle sonde di temperatura, il livello della batteria e l'ora/data e il file di dimensioni che stai costruendo. L'ultimo pezzo di cablaggio sono le due sonde che vengono posizionate attraverso l'ultimo punto di perforazione nella metà inferiore. Questi sono stati collegati con connettori JST a 3 pin per facilitare la rimozione. Ho trascurato di posizionare il resistore da 4,7 K sulla scheda per collegare il pin Dati e Tensione sul bus del sensore di temperatura. Quindi questo deve essere fatto su uno dei punti di connessione del sensore sulla scheda: sono etichettati, quindi dovrebbe essere facile. Entrambi vanno allo stesso pin GPIO sul Feather, quindi è necessaria solo una connessione del resistore.

Passaggio 4: programmalo

Il programma è molto facile da capire. La libreria SD serve per utilizzare il file della scheda SD che è integrato nella piuma. Le librerie OneWire e Dallas Temp servono per ottenere le letture a un filo dalle sonde di temperatura. DonePin deve notificare al TPL5111 che tutta la lettura dei dati è stata completata ed è possibile disabilitare il Featherboard. VBatpin è il pin sulla piuma che ha un partitore di tensione su di esso per leggere il valore della batteria Lipo. La libreria Asciiwire serve per eseguire lo schermo LED. Il OneWireBus è il pin 6 GPIO in questo caso. Il file system SD per questo Datalogger imposta un file ANALOG02. TXT per accumulare tutti i dati. Apre lo stesso file ogni volta e si aggiunge ad esso. Per eliminare i vecchi dati è necessario estrarre il chip dal supporto della scheda SD e scaricarlo in un computer, ad esempio nel foglio di calcolo EXCEll. Questo è fatto facilmente con la sezione di importazione DATI del foglio di calcolo. I file vengono quindi rimossi dal chip e quando la Feather lo riapre ne costruisce uno nuovo. Segue l'impostazione di ora/data per l'RTC. //rtc.adjust(DateTime(F(_DATE_), F(_TIME_))); rimuovere i caratteri di commento per impostare l'RTC sull'ora di avvio e quindi riprogrammare il chip con questa riga commentata in modo che la prossima volta che il computer si avvia non utilizzi nuovamente lo stesso tempo di avvio invece di consentire al cronometrista con batteria tampone di riempirlo in. La sezione loop() apre il file SD, ottiene la data/ora, legge e converte entrambi i sensori, calcola il livello della batteria e lo scrive sulla scheda SD. Quindi rende il donePin alto per interrompere la sequenza.

Passaggio 5: utilizzo

La batteria è completamente carica collegando Feather a una presa MicroUSB. Il LED di carica si accenderà fino a quando non sarà completamente carico: è lento. Una nuova scheda SD senza ANALOG02. TXT viene inserita nel supporto per chip. Il coperchio è installato e i cinque dadi sono avvitati contro la guarnizione in gomma. Il pulsante di accensione viene acceso e dopo circa 4 secondi viene tenuto premuto il pulsante. Verrà visualizzata rapidamente prima una temperatura predefinita e dopo una cancellazione dello schermo mostrerà T1 e T2 come uscite delle sonde di temperatura. Puoi scaldarne uno con la mano in modo che possa essere etichettato come T1 e T2. Lo schermo mostrerà anche l'ora, i minuti, i secondi, il giorno, il mese e l'anno della lettura, nonché il livello della batteria e quanto è grande il tuo file a questo punto. Questo controllo viene eseguito per assicurarsi che tutto funzioni correttamente prima di lasciarlo per 8 mesi. Rilasciare il pulsante e posizionare le sonde dove si desidera che vengano eseguite le misurazioni della temperatura. Sono impermeabili e si spera che lo sia anche la tua macchina. La prima uscita di questa macchina sarà a Iliamna Alaska, dove resterà sottoterra fino al prossimo aprile. Durante i primi test, la batteria di questa dimensione è risultata essere abbastanza buona per almeno 1 anno e mezzo a 12 letture al giorno, tutto grazie al power marshalling del TPL5111. Gli studi sul riscaldamento globale sono molto importanti per tutti: esci e fai un po' di scienza!