Monitoraggio biologico: 8 passaggi (con immagini)

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

Ciao a tutti, Nell'ambito di un progetto studentesco, ci è stato chiesto di pubblicare un articolo che descrivesse tutto il processo.

Ti presenteremo quindi come funziona il nostro sistema di monitoraggio biologico.

È pensato per essere un dispositivo portatile che permette di monitorare l'umidità, la temperatura e la luminosità all'interno di una serra, qui al Campus Université Pierre-et-Marie-Curie, a Parigi.

Passaggio 1: componenti

Sensori a pavimento: Temperatura (Grove 101990019) e Umidità (Grove 101020008)

Sensori aria: Temperatura e umidità DHT22 (presente fuori dalla scatola)

Sensore di luminosità: Adafruit TSL2561

Microcontrollore: STM32L432KC

Energia: batteria (3, 7 V 1050 mAh), celle solari e regolatore di tensione (LiPo Rider Pro 106990008)

Schermo LCD (128X64 ADA326)

Comunicazione: modulo Sigfox (TD 1208)

Modulo Wi-Fi: ESP8266

Passaggio 2: software

Arduino: questa interfaccia ci ha permesso di caricare i nostri codici in

il nostro microcontrollore per controllare i diversi valori dei sensori. Il microcontrollore può essere programmato per analizzare e produrre segnali elettrici, in modo da svolgere vari compiti come la domotica (controllo degli elettrodomestici - illuminazione, riscaldamento…), pilotare un robot, embedded computing, ecc.

Altium Designer: è stato utilizzato per progettare il PCB della nostra scheda elettronica per ospitare i nostri vari sensori.

SolidWorks: SolidWorks è un software di progettazione assistita da computer 3D che funziona su Windows. Abbiamo progettato una scatola personalizzata per la nostra carta, i nostri vari sensori e un display LCD. I file generati vengono inviati a una stampante 3D che produrrà il nostro prototipo.

Passaggio 3: concepimento

Il primo passo è stato quello di eseguire vari test sul

sensori per analizzare i valori restituiti e in quale formato.

Una volta elaborati e selezionati tutti i valori interessanti, siamo stati in grado di istanziare i diversi sensori uno per uno. Quindi potremmo fare una prima prototipazione su un pad Labdec.

Una volta completati i codici e la prototipazione, siamo stati in grado di passare al PCB. Abbiamo realizzato le impronte dei vari componenti instradando la scheda secondo il nostro prototipo.

Abbiamo cercato di ottimizzare al massimo lo spazio; la nostra carta ha un diametro di 10 cm ed è relativamente compatta.

Passaggio 4: alloggio

In parallelo abbiamo progettato il nostro caso. Era meglio per noi finalizzare la nostra custodia e la gestione del volume dopo aver completato la scheda per avere un risultato compatto che corrispondesse alla forma della scheda. Abbiamo fatto un esagono con lo schermo incastonato sulla superficie per ottimizzare anche lo spazio

Molteplici facce per gestire i sensori sul case: Connettività frontale per i sensori esterni: Ovviamente anche il nostro sensore di umidità, luce e temperatura.

Ci ha permesso di limitare al massimo i rischi di umidità nell'alloggiamento

Step 5: Ottimizzazione del Consumo Energetico

Per analizzare le diverse fonti di consumo noi

hanno usato una resistenza shunt (1 ohm)

Quindi potremmo misurarlo: c'è una potenza di picco di un centinaio di mA (~ 135 mA) quando il nostro sistema comunica e c'è un consumo continuo di sensori e schermo di circa ~ 70 mA. Dopo il calcolo abbiamo stimato un'autonomia di 14 ore per la nostra batteria da 1050mAh.

Soluzione:

Gestione del sensore tramite interruzioni prima dell'invio

L'azione più impattante è l'economia di scrutation, quindi abbiamo cambiato la frequenza di invio ma potremmo anche mettere qualche interruzione.

Passaggio 6: comunicazione

Abbiamo utilizzato un modulo per comunicare con una Dashboard:

Actoboard

Sigfox è una rete che ha enormi vantaggi come molto Longue Range e basso consumo. Tuttavia è obbligatorio avere un basso flusso di dati.(Low Flow Long Range)

Grazie a questa sinergia abbiamo ottenuto un monitoraggio in tempo reale con dati accessibili online

Passaggio 7: risultati

Qui possiamo vedere il risultato del nostro lavoro svolto durante un semestre. Noi eravamo

in grado di combinare competenze teoriche e pratiche. Siamo contenti dei risultati; abbiamo un prodotto abbastanza ben rifinito, compatto e conforme alle nostre specifiche. Tuttavia, stiamo riscontrando alcuni problemi con la comunicazione actoboard da quando abbiamo finito di saldare gli ultimi componenti. WIP!