Arduino Pro-mini Data-logger: 15 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Costruisci le istruzioni per il data logger open source pro-mini Arduino

Dichiarazione di non responsabilità: il design e il codice seguenti possono essere scaricati e utilizzati gratuitamente, ma non vengono forniti assolutamente alcuna garanzia o garanzia.

Devo innanzitutto ringraziare e promuovere le persone di talento che hanno ispirato l'idea di questo data-logger e hanno contribuito al codice e ai sensori utilizzati. In primo luogo, l'idea per il data-logger è venuta dal data-logger molto ben progettato e ben spiegato (scusate il nostro tutorial non è altrettanto buono) di Edward Mallon: https://thecavepearlproject.org/2017/06/19/ arduino…

In secondo luogo, i sensori di umidità del suolo open source utilizzati qui, così come il codice/libreria per eseguirli, sono stati progettati e costruiti da Catnip Electronics. Questi sono sensori di alta qualità e molto robusti. Di seguito sono riportate le informazioni su dove acquistarli e ottenere il codice per eseguirli (grazie Ingo Fischer).

Passaggio 1: materiali, strumenti, attrezzature necessarie

Scheda Arduino Pro-mini. Per questa applicazione, utilizziamo cloni pro-mini open-source (come tutte le nostre parti) di fabbricazione cinese (5V, 16MHz, microprocessore ATmega 326) (Fig. 1a). Queste schede possono essere acquistate su Aliexpress, Ebay e siti Web simili per meno di $ 2US. Tuttavia, altre schede potrebbero essere utilizzate altrettanto facilmente (prendere nota dei requisiti di tensione dei sensori necessari, nonché dei requisiti di memoria del programma).

Scheda SD e modulo di registrazione dell'orologio in tempo reale (RTC) emesso da Deek-Robot (ID: 8122) (Fig 1b). Questo modulo include un RTC DS13072 e un lettore di schede micro-sd. Queste schede costano meno di 2 dollari USA e sono molto robuste.

L'adattatore con terminale a vite Arduino nano (sì - "nano"), ha anche messo fuori Deek-Robot, che può essere acquistato per meno di $ 2 US da Aliexpress o simili (Fig. 1c). Come puoi vedere, adoriamo Aliexpress.

Cavo isolato a nucleo solido calibro 22 (Fig. 1d).

Scatola data-logger (Fig. 1e). Usiamo scatole "di ricerca", ma gli articoli in plastica economici funzionano bene nella maggior parte delle situazioni.

Portabatterie per 4 batterie AA NiMh (Fig. 1f). Questi possono essere acquistati su Aliexpress per ca. $ 0,20 ciascuno (sì – 20 centesimi). Non sprecare i tuoi soldi in custodie per batterie più costose.

Pannello solare 6V, ca 1W. Può essere acquistato su Aliexpress per meno di $ 2US.

Saldatore, saldatura e flusso di tipo passato.

Pistola per colla a caldo.

Passaggio 2: Istruzioni per la compilazione

Tempo richiesto per la costruzione: circa 30 a 60 min.

Preparare l'adattatore nanoterminale per la saldatura.

Ai fini di questa dimostrazione, prepareremo l'adattatore terminale a nano vite per facilitare il collegamento di tre sensori di umidità del suolo I2C. Tuttavia, con solo un po' di creatività, i terminali a vite potrebbero essere preparati in modi diversi per facilitare altri dispositivi. Se non sai cos'è I2C, dai un'occhiata ai seguenti siti web:

howtomechatronics.com/tutorials/arduino/ho…

www.arduino.cc/en/Reference/Wire

L'idea di utilizzare adattatori a nano vite è stata presa dal meraviglioso design del data logger di Edward Mallon:

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

Tagliare le tracce sul retro del terminale a vite tra i pin grande e piccolo nelle posizioni 3, 5, 9, 10 e 11 (contando dalla parte superiore del terminale) (Fig. 2). Queste tracce corrispondono alle etichette "RST", "A7", "A3", "A2" e "A1" sul morsetto a vite. Tagliare le tracce è molto più facile se hai uno strumento di tipo "Dremel", ma se non lo fai, un coltellino funzionerà facilmente. Non tagliarti! Notare che le etichette sul terminale a vite e sul pro-mini non sono tutte uguali (il nano e il pro-mini hanno alcuni pin in posizioni diverse). Questo è uno degli inconvenienti di questo design, ma è abbastanza facile rietichettare la morsettiera quando hai finito, se vuoi.

Raschiare via con cautela (usando un Dremel o un coltellino) il sottile strato di resina epossidica direttamente adiacente ai pin grandi 9, 10 e 11 (etichettati "A3", "A2", "A1" sul nano terminale) (Fig. 2). Il rivestimento in rame esposto sotto la resina epossidica è messo a terra sulla scheda Arduino pro-mini. Salderemo in seguito questa sezione esposta ai pin adiacenti, fornendo così tre terminali a vite con messa a terra.

Passaggio 3: istruzioni per la compilazione

Tagliare otto lunghezze di 8 cm di filo isolato calibro 22 e spellare circa 5 mm di isolamento da un'estremità e 3 mm dall'altra estremità. Si consiglia di utilizzare un cavo a nucleo solido.

Prendi quattro di questi fili, piega un'estremità di 90 gradi (l'estremità con 5 mm o filo scoperto) e salda *attraverso* (cioè, unendo tutti i pin con abbondante saldatura e flusso) ai seguenti punti:

Filo 1: pin grandi 3, 4 e 5 (etichettati "RST", "5V", "A7" sul terminale nano). Modificheremo questi tre terminali a vite in tre terminali VCC (Fig. 3).

Passaggio 4: istruzioni per la compilazione

Filo 2: pin grandi 9, 10 e 11 (etichettati "A3", "A2", "A1" sul terminale nano) e il rivestimento in rame esposto che è stato esposto in precedenza. Usa molta saldatura. Non preoccuparti se sembra disordinato. Modificheremo questi tre terminali a vite in tre terminali di terra (-) terminali (Fig. 4).

Passaggio 5: istruzioni di costruzione

Filo 3: pin grandi 13, 14 e 15 (etichettati "REF", "3V3", "D13" sul terminale nano). Modificheremo questi tre terminali a vite in tre terminali A5 SCL per le comunicazioni I2C (Fig. 5).

Passaggio 6: istruzioni di costruzione

Filo 4: pin grandi 28, 29 e 30 (etichettati "D10", "D11", "D12" sul terminale nano). Modificheremo questi tre terminali a vite in tre terminali SDA A4 per comunicazioni I2C (Fig. 6).

Passaggio 7: istruzioni per la costruzione

Saldare un filo a ciascuno dei pin piccoli (lo ripeto, piccoli) 9, 10 e 11 (etichettati "A3", "A2", "A1" sul terminale nano) (Fig. 7).

Passaggio 8: istruzioni per la costruzione

Saldare

il filo rimanente al pin grande 22 (etichettato 'D4' sul terminale nano) (Fig. 8).

Passaggio 9: istruzioni di costruzione

Saldare l'estremità libera di ciascun filo nei relativi fori per pin sulla schermatura del datalogger Deek-Robot (Fig. 9):

pin grande 'RST+5V+A7' al foro pin 5V

pin grande 'A3+A2+A1' al foro del pin GND

piccolo perno 'A3' al foro del perno SCK

piccolo pin 'A2' al foro del pin MISO

piccolo pin 'A1' al foro del pin MOSI

perno grande 'REF+3V3+D13' al foro del perno SCL

pin grande 'D10+D11+D12' al foro del pin SDA

e il perno grande 'D4' al foro del perno CS

Passaggio 10: istruzioni di costruzione

Si prega di notare che forniamo le etichette nano qui solo per facilità di connessione. Queste etichette non corrisponderanno ai pin sulla scheda pro-mini una volta inserita nel terminale a vite.

Saldare due fili lunghi 6 cm nei fori A4 e A5 dalla parte inferiore della scheda pro-mini (Fig. 10).

Passaggio 11: istruzioni di costruzione

Saldare i pin alla scheda pro-mini e inserirla nel terminale a vite completato. Non dimenticare di inserire i fili A5 e A4 nei terminali D12 (A4) e D13 (A5) sulla scheda nano. Ricorda sempre che i pin sull'Arduino e le etichette dei terminali a vite non si allineeranno esattamente (le schede pro-mini e nano hanno disposizioni di pin diverse).

Inserire una batteria CR 1220 e una scheda micro-sd nella scheda logger. Usiamo schede SD con capacità inferiore a 15 GB, poiché abbiamo avuto problemi con schede di capacità maggiore. Usiamo formattare le carte in FAT32.

Infine, copri tutti i giunti saldati e fissa tutti i fili alla morsettiera con colla a caldo.

La scheda è ora pronta per l'uso. La scheda completata dovrebbe ora apparire così: Fig. 11.

Passaggio 12: configurazione del registratore di dati per l'uso sul campo

Per evitare che il tuo data-logger si ribalti nella scatola del data-logger, oltre a fornire un facile accesso ai pin di comunicazione, ti consigliamo di realizzare una piattaforma stabilizzante. La piattaforma inoltre mantiene l'elettronica ad almeno qualche centimetro dal fondo della scatola, in caso di allagamento. Usiamo una lastra acrilica da 1,5 mm e la colleghiamo al data-logger con bulloni, dadi e rondelle da 4 mm (Fig. 12).

Passaggio 13:

Utilizziamo sensori di umidità del suolo di tipo capacitivo I2C open source. Li acquistiamo da Catnip Electronics (sito web sotto). Possono essere acquistati su Tindie e costano circa $9US per il modello standard e circa $22US per il modello robusto. Abbiamo utilizzato la versione robusta negli esperimenti sul campo. Sono molto robusti e offrono prestazioni simili a alternative commerciali molto più costose (non metteremo nessuno su Front Street, ma probabilmente conosci i soliti sospetti).

Sensore I2C di Catnip Electronics presentato in questo tutorial:

acquista qui:

libreria arduino:

libreria arduino su Github:

Collegare il filo giallo dal sensore I2C a uno dei terminali a vite A5. Collegare il filo verde dal sensore I2C a uno dei terminali A4. I fili rosso e nero dal sensore vanno rispettivamente ai terminali VCC e di terra.

Inserire quattro batterie NiMh cariche nel vano batterie. Collegare il filo rosso (+) al pin RAW sul data-logger (cioè il pin RAW sulla scheda pro-mini) (ma vedere la sezione "risparmio energetico" di seguito). Collegare il filo nero (-) a uno dei pin di terra sul data-logger.

Per l'uso sul campo a lungo termine, collegare un pannello solare da 6 V 1 W al logger. Il pannello solare verrà utilizzato per far funzionare il data-logger e caricare il pacco batteria durante il giorno e funziona anche con cielo nuvoloso (sebbene la neve sia un problema).

Innanzitutto, saldare un diodo Schottky da ~2A sul terminale positivo del pannello solare. Ciò impedirà alla corrente di rifluire nel pannello solare quando non c'è radiazione solare. Non dimenticare di farlo o avrai le batterie scariche in pochissimo tempo.

Collegare il terminale (+) dal pannello solare (cioè il diodo) al pin RAW sul logger (cioè il pin RAW sul pro-mini) e il terminale (-) dal pannello solare a uno dei terminali sul logger.

Questa configurazione consente al regolatore di tensione integrato nella scheda pro-mini di regolare la tensione proveniente sia dal pannello solare che dal pacco batteria. Ora… dirò che questo non è un set-up ideale per caricare batterie NiMh (difficile anche in condizioni perfette). Tuttavia, i pannelli solari che utilizziamo emettono circa 150 mA in condizioni di pieno sole, che corrispondono a circa 0,06 C (C = la capacità del pacco batteria), che si è dimostrato un metodo di ricarica semplice, sicuro e affidabile per i nostri taglialegna. Li abbiamo fatti funzionare in questo modo sul campo per un massimo di un anno in Colorado. Tuttavia, si prega di consultare il disclaimer: i nostri logger sono assolutamente privi di garanzia o garanzia. Ogni volta che si utilizzano batterie o pannelli solari sul campo, si corre il rischio di appiccare un incendio. Stai attento. Usa questo design a tuo rischio e pericolo!

Fissare il data-logger e il pacco batteria all'interno di una scatola resistente alle intemperie (Fig. 13).

Passaggio 14: risparmio energetico

Spesso disabilitiamo i LED di alimentazione sia dalla scheda pro-mini che da quella del datalogger. Le tracce di questi LED possono essere accuratamente tagliate con una lametta (vedi link sotto). Ogni LED consuma circa 2,5 mA di corrente a 5 V (link sotto). Tuttavia, per molte applicazioni questa quantità di perdita di potenza sarà trascurabile e il ricercatore può semplicemente lasciare i LED di potenza così come sono.

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

Eseguiamo anche la libreria "LowPower.h" (tramite "racketscream"; collegamento indicato di seguito), che è molto facile da usare e riduce significativamente il consumo di energia tra gli intervalli di registrazione.

github.com/rocketscream/Low-Power

Dopo aver rimosso i LED di alimentazione dal pro-mini e dalla scheda di registrazione dei dati e aver eseguito la libreria LowPower.h (vedere 'codice' di seguito), il registratore consumerà ca. 1mA di corrente a 5V durante il sonno. Eseguendo tre sensori I2C contemporaneamente, il logger in modalità di sospensione (tra le iterazioni di campionamento) consuma circa 4,5 mA a 5 V e circa 80 mA durante il campionamento. Tuttavia, poiché il campionamento avviene molto rapidamente e abbastanza di rado, l'assorbimento di corrente di 80 mA non contribuisce in modo significativo al consumo della batteria.

È possibile risparmiare più energia quando non si utilizzano i pannelli solari collegando il terminale (+) della batteria direttamente al pin VCC sul registratore. Tuttavia, collegandosi direttamente a VCC, anziché al pin RAW, si evita il regolatore di tensione di bordo e la corrente ai sensori non sarà così costante come sarebbe se fosse stata instradata attraverso il regolatore. Ad esempio, la tensione diminuirà man mano che la batteria si scarica nel corso di giorni e settimane e, in molti casi, ciò comporterà una variazione significativa nelle letture del sensore (a seconda dei sensori utilizzati). Non collegare un pannello solare direttamente a VCC.

Passaggio 15: codice

Includiamo due schizzi per l'esecuzione del data logger con tre sensori di umidità del suolo I2C. Il primo schizzo 'logger_sketch' campiona da ciascun sensore e registra i dati di capacità e temperatura sulla scheda SD ogni 30 minuti (ma può essere facilmente modificato dall'utente). Il secondo sketch 'ChangeSoilMoistureSensorI2CAddress' consentirà all'utente di assegnare diversi indirizzi I2C a ciascuno dei sensori in modo che possano essere utilizzati contemporaneamente dal data logger. Gli indirizzi in 'logger_sketch' possono essere modificati alle righe 25, 26 e 27. Le librerie necessarie per eseguire il sensore possono essere trovate su Github.