The Greenhouse Project (RAS): monitorare gli elementi per reagire nella nostra piantagione: 18 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Questo progetto si propone di monitorare la temperatura dell'aria, la luminosità e l'umidità, nonché la temperatura e l'umidità del boschetto. Propone anche di mettere in rete queste misure che sono così leggibili sul sito Actoborad.com

Per fare, colleghiamo 4 sensori al microcontrollore Nucleo L432KC:

- un sensore di luminosità TLS2561 di Adafruit;

- un sensore di umidità e temperatura DHT22 di Gotronic;

- una sonda di temperatura DS1820;

- un sensore di umidità Grove - Sensore di umidità di Seeed Studio

Le misurazioni vengono eseguite ogni 10 minuti e sono collegate in rete tramite un Breakout TD1208 di Sigfox. Come detto più sopra, questi sono leggibili sul sito Actoboard.com Su questo microcontrollore è collegato anche uno schermo OLED Display 128x64 che visualizzerà permanentemente le ultime misure effettuate. Infine, il sistema è elettricamente autosufficiente grazie a una cella fotovoltaica da 8x20cm e una batteria da 1,5Ah. Sono collegati al Nulceo con un LiPo Rider Pro di Seeed Studio. Il sistema viene inserito in una scatola stampata in 3D.

Come puoi vedere nel sinottico.

Il codice compilato nel microcontrollore tramite os.mbed.com si chiama 'main.cpp'. Le librerie utilizzate sono disponibili nel seguente link, qual è il nostro progetto mbed:

Passaggio 1: collegamento in rete

Una parte importante di questo progetto è stata quella di collegare in rete le misurazioni e renderle facilmente accessibili. Ogni 10 minuti, i sensori misurano diversi parametri e un modulo sigfox TD1208 viene utilizzato per trasmettere le sue misurazioni. I risultati sono disponibili sul sito di Actoboard:

Dopo aver creato un account bluemix, possiamo utilizzare l'applicazione Node-red per visualizzare graficamente i nostri risultati.

Programmazione su Node-red per recuperare informazioni da Actoboard

Link pubblico per visualizzare i risultati in tempo reale:

Passaggio 2: componenti

Per questo progetto ecco un elenco dei principali componenti utilizzati:

Microcontrollore: Nucleo STM32L432KC

Display: schermo LCD

Sigfox: modulo Sigfox

Circa i sensori:

- Sensore aria: DHT22 (temperatura e umidità)

- Sensori a pavimento: temperatura Grove e umidità Grove

- Sensore di luminosità: sensore di luce

Alimentazione elettrica:

- LIPO (Carta adattatore all'alimentazione)

- Batteria

- Pannello fotovoltaico

Fase 3: Consumo

Uno dei punti più importanti del nostro progetto è che il sistema deve essere autonomo dal punto di vista energetico. Per questo usiamo una batteria e una cella solare. La batteria può erogare una corrente di 1050 mA in 1 ora con una tensione di 3,7 V: 3, 885 Wh. La cella solare viene utilizzata per ricaricare la batteria, eroga una tensione di 5,5 V sotto 360 mA una potenza pari a 2 W.

Consumo teorico del nostro sistema: - Sensore di temperatura DHT22: a max 1,5 mA e a riposo 0,05 mA - Sensore di temperatura Grove: max 1,5 mA - Sensore di luce: 0,5 mA - Nucleo Cart: + 100 mA - Display LCD: 20 mA - Sigfox TD1208 modulo: inviando 24 mA (in questo progetto non si riceve nulla con questo modulo) e a riposo 1,5 μA

A riposo il consumo è irrisorio rispetto alla potenza della batteria. Quando il sistema esce dalla modalità di sospensione (ogni 10 minuti), tutti i sensori effettuano misurazioni, lo schermo visualizza il risultato e il modulo sigfox trasmette questi risultati. Si considera che tutti i componenti consumino un massimo in questo momento: usiamo circa 158 mA ogni 10 minuti quindi 6 * 158 = 948 mA in 1 ora. La batteria può durare poco più di un'ora prima di scaricarsi completamente.

L'obiettivo è spendere un minimo di energia per avere il minor bisogno possibile di ricaricare la batteria. Altrimenti, se la cella solare non riceve il sole per un po', non potrebbe caricare la batteria che si scaricherebbe e il nostro sistema si spegnerebbe.

Passaggio 4: progettare PCB

Iniziamo la parte PCB!

Abbiamo avuto molti problemi per un passaggio che non pensavamo ci avrebbe impiegato così tanto tempo. Primo errore: non aver salvato il PCB in più punti. Infatti, il primo PCB realizzato è stato cancellato quando l'USB ha avuto dei problemi. Ora tutti i file all'interno dell'USB non sono accessibili. Improvvisamente, è stato necessario trovare l'energia necessaria per questo puzzle per l'industrializzazione del nostro progetto. Piccolo dettaglio che resta importante, è necessario che i collegamenti siano tutti nella parte inferiore del PCB e che si stabilisca un piano di massa. Una volta trovato il coraggio, possiamo rifare lo schema elettronico su ALTIUM come potete vedere qui sotto:

Passaggio 5:

Contiene i sensori, la scheda Nucleo, il modulo Sigfox e lo schermo LCD.

Passiamo alla parte PCB, ci perdiamo tanto tempo, ma alla fine ci siamo riusciti. Una volta stampato lo testiamo… ed ecco il dramma. La mezza carta NUCLEO è invertita. Possiamo anche guardare lo schema sopra. Il NUCLEO sinistro si dirama da 1 a 15 partendo dall'alto, mentre il ramo del destro 15 a 1 anche dall'alto. Ciò che non fa funzionare niente. Bisognava riprendersi, ripetere per la 3a volta il PCB di emergenza facendo attenzione a tutti i collegamenti. Alleluia viene creato il PCB, lo possiamo vedere nella foto qui sotto:

Passaggio 6:

Tutto era perfetto, le saldature fatte da Mr SamSmile erano di una bellezza incomparabile. Troppo bello per essere vero? In effetti, un unico problema:

Passaggio 7:

Ingrandiscilo un po' più da vicino:

Passaggio 8:

Lo vediamo sulla mappa a destra su cui si basa il PCB su una connessione SDA su D7 e una SCL su D8 (esattamente quello che ci serve). Tuttavia quando abbiamo testato con i componenti non abbiamo capito l'incoerenza delle informazioni ricevute, e improvvisamente quando abbiamo guardato di nuovo la documentazione sulla seconda documentazione abbiamo notato che non c'è specificità su D7 e D8.

Di conseguenza, la nostra panificazione funziona molto bene prima di adattare le connessioni sul PCB per un facile instradamento. Ma una volta sul PCB non modificato arriviamo a ricevere le informazioni nonostante tutti i sensori tranne il sensore di luce in questa versione.

Passaggio 9: progettare una SCATOLA 3D

Iniziamo la parte di progettazione 3D!

Qui spieghiamo la parte di progettazione 3D della scatola per accogliere il nostro sistema completo. Ha impiegato molto tempo e capirai perché. Per riassumere: dobbiamo essere in grado di contenere nella nostra scatola il PCB e tutti i suoi componenti associati. Vale a dire, pensa allo schermo LCD ma anche a tutti i sensori fornendo uno spazio per ciascuno di essi in modo che possano essere utilizzabili ed efficaci nelle loro misurazioni. Inoltre richiede anche l'alimentatore con la sua scheda LIPO a cui è collegata una batteria e un pannello fotovoltaico che rende autonomo il nostro impianto. Immaginiamo una prima scatola che conterrà il PCB, tutti i sensori, lo schermo e la scheda LIPO collegata alla batteria. Ovviamente è necessario prevedere un posto specifico per lo schermo LCD, per il sensore di luce (se è nascosto o di lato non riceverà la luce reale), per il sensore di temperatura, per il DHT22 è necessario che possa misurare il valore vicino alla pianta e senza dimenticare il sensore di umidità del boschetto che deve avere un contatto diretto con la terra. Non dimentichiamo il foro per collegare l'antenna al modulo sigfox e un altro foro per far passare il figlio dei pannelli fotovoltaici alla mappa LIPO. Ecco la scatola principale:

Passaggio 10:

Abbiamo bisogno di una parte per ospitare il pannello fotovoltaico e collegare il pannello alla scheda LIPO.

Ecco il risultato:

Passaggio 11:

Dobbiamo essere in grado di chiudere questa meravigliosa scatola!

Ecco il coperchio adattato:

Passaggio 12:

Come possiamo vedere, questo è un coperchio con denti che entrano nella scatola principale per una migliore stabilità.

Ecco quando lo aggiungiamo alla nostra meravigliosa scatola:

Passaggio 13:

Per guadagnare resistenza si aggiunge una porta scorrevole che si introduce nella scatola ma anche nel coperchio che trattiene le due parti in maniera rigorosa e garantisce affidabilità e sicurezza dei componenti interni.

Ecco la prima versione di porta scorrevole:

Passaggio 14:

Per andare ancora oltre, abbiamo pensato di incorporare il modulo fotovoltaico al box principale, in modo che sia allo stesso livello del sensore di luce e della sua posizione strategica e per sentire che il sistema autonomo è qualcosa dell'United.

Ecco la seconda versione della porta scorrevole con la possibilità di agganciare il modulo fotovoltaico presentato in precedenza:

Passaggio 15:

Ecco quando lo aggiungiamo alla nostra meravigliosa scatola che ha già il suo superbo coperchio:

Passaggio 16:

Sei un po' perso? Lascia che ti mostriamo qual è lo stato finale di questa scatola magica!

Passaggio 17:

(Danno che non abbiamo potuto stamparlo per ora grazie alla stampante 3D perché mi è stata chiesta robustezza, cosa che ho fatto, ma devo credere che ne ho un po' troppo, infatti lo spessore è maggiore di 4mm, quindi ho non è stato possibile stamparlo perché richiederebbe molto materiale, troppo triste) … Ma non è troppo tardi per stamparlo, almeno per piacere = D

Così bello:

Passaggio 18:

Grazie.