Registrador de dades Arduino Pro-mini: 15 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Instruccions de construcció per al registre de dades pro-mini Arduino de codi obert

Exempció de responsabilitat: El següent disseny i codi es pot descarregar i utilitzar de manera gratuïta, però no inclou cap garantia ni garantia.

Primer he de donar les gràcies i promocionar les persones amb talent que han inspirat la idea d’aquest registre de dades i han contribuït al codi i als sensors utilitzats. En primer lloc, la idea del registrador de dades va sorgir del registrador de dades molt ben dissenyat i ben explicat (ho sento, el nostre tutorial no és tan bo) d’Edward Mallon: https://thecavepearlproject.org/2017/06/19/ arduin …

En segon lloc, els sensors d’humitat de sòl de codi obert que s’utilitzen aquí, així com el codi / biblioteca per executar-los, van ser dissenyats i construïts per Catnip Electronics. Es tracta de sensors d'alta qualitat i molt resistents. A continuació es proporciona informació sobre on comprar-los i obtenir el codi per executar-los (gràcies Ingo Fischer).

Pas 1: materials, eines i equips necessaris

Placa Pro-mini Arduino. Per a aquesta aplicació, fem servir clons pro-mini de fabricació xinesa de codi obert (com ho són totes les nostres parts) (5 V, 16 MHz, microprocessador ATmega 326) (Fig. 1a). Aquests taulers es poden comprar a Aliexpress, Ebay i llocs web similars per menys de 2 dòlars EUA. No obstant això, altres plaques es podrien utilitzar amb la mateixa facilitat (tingueu en compte els requisits de voltatge dels sensors necessaris, així com els requisits de memòria del programa).

Targeta SD i mòdul de registre de rellotge en temps real (RTC) publicat per Deek-Robot (ID: 8122) (Fig 1b). Aquest mòdul inclou un lector de targetes RTC DS13072 i micro-SD. Aquests taulers costen menys de 2 dòlars EUA i són molt robustos.

L'adaptador de cargol-terminal Arduino nano (sí - "nano") també ha publicat Deek-Robot, que es pot comprar per menys de 2 dòlars EUA a Aliexpress o similar (figura 1c). Com podeu veure, ens encanta Aliexpress.

Fil aïllat de nucli sòlid de 22 gages (Fig. 1d).

Caixa de registre de dades (Fig. 1e). Utilitzem caixes “de qualitat investigadora”, però els articles de plàstic econòmics funcionen bé en la majoria de situacions.

Funda per a 4 piles AA NiMh (Fig. 1f). Es poden comprar a Aliexpress per aproximadament. 0,20 dòlars cadascun (sí, 20 cèntims). No malgasteu els vostres diners en fundes de bateries més cares.

Panell solar de 6V, ca 1W. Es pot comprar a Aliexpress per menys de 2 dòlars EUA.

Soldador, soldador i flux de tipus passat.

Pistola de cola calenta.

Pas 2: Instruccions de construcció

Temps necessari per a la construcció: de 30 a 60 min.

Prepareu un adaptador de terminal nano per soldar.

Als efectes d’aquesta demostració, prepararem l’adaptador de terminal de cargol nano per facilitar la connexió de tres sensors d’humitat del sòl I2C. No obstant això, amb només una mica de creativitat, els terminals de cargol es podrien preparar de diferents maneres per facilitar altres dispositius. Si no sabeu què és I2C, consulteu els llocs web següents:

howtomechatronics.com/tutorials/arduino/ho…

www.arduino.cc/ca/Referència/Wire

La idea d’utilitzar adaptadors de cargol nano va ser presa del meravellós disseny de registre de dades d’Edward Mallon:

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

Talleu els rastres a la part posterior del terminal de cargol entre els passadors grans i petits de les posicions 3, 5, 9, 10 i 11 (comptant des de la part superior del terminal) (Fig. 2). Aquests rastres corresponen a les etiquetes "RST", "A7", "A3", "A2" i "A1" al terminal de cargol. Tallar les traces és molt més fàcil si teniu una eina de tipus "Dremel", però si no, un ganivet petit funcionarà fàcilment. No et tallis! Tingueu en compte que les etiquetes del terminal de cargol i del pro-mini no són totes iguals (el nano i el pro-mini tenen alguns pins en llocs diferents). Aquest és un dels inconvenients d’aquest disseny, però és prou fàcil de tornar a etiquetar la placa de terminals quan hàgiu acabat, si voleu.

Raspeu acuradament (amb un dremel o un ganivet petit) la fina capa d’epoxi que hi ha directament adjacent als passadors grans 9, 10 i 11 (etiquetats com “A3”, “A2”, “A1” al nano terminal) (Fig. 2). El recobriment de coure exposat sota l’epoxi està connectat a terra a la placa Arduino pro-mini. Posteriorment soldarem aquesta secció exposada als passadors adjacents, proporcionant així tres terminals de cargol a terra.

Pas 3: Instruccions de construcció

Tallar vuit llargs de 8 cm de llarg de filferro aïllat de calibre 22 i desprendre uns 5 mm d’aïllament d’un extrem i 3 mm de l’altre extrem. Es recomana utilitzar filferro de nucli sòlid.

Agafeu quatre d’aquests cables, doblegueu un extrem de 90 graus (l’extrem amb filferro de 5 mm o exposat) i soldeu-lo a través de * (és a dir, unint tots els pins amb soldadura i flux abundants) als punts següents:

Cable 1: pins grans 3, 4 i 5 (etiquetats com a 'RST', '5V', 'A7' al terminal nano). Modificarem aquests tres terminals de cargol en tres terminals VCC (Fig. 3).

Pas 4: Instruccions de construcció

Filferro 2: pins grans 9, 10 i 11 (etiquetats com 'A3', 'A2', 'A1' a la terminal nano), així com el recobriment de coure exposat que es va exposar anteriorment. Utilitzeu molta soldadura. No us preocupeu si sembla desordenat. Modificarem aquests tres terminals de cargol en tres terminals de terra (-) (Fig. 4).

Pas 5: Instruccions de construcció

Cable 3: pins grans 13, 14 i 15 (etiquetats com a "REF", "3V3" i "D13" al terminal nano). Modificarem aquests tres terminals de cargol en tres terminals SCL A5 per a comunicacions I2C (Fig. 5).

Pas 6: construïu instruccions

Cable 4: pins grans 28, 29 i 30 (etiquetats com a "D10", "D11" i "D12" al nano terminal). Modificarem aquests tres terminals de cargol en tres terminals SDA A4 per a comunicacions I2C (Fig. 6).

Pas 7: Instruccions de construcció

Soldeu un cable a cadascun dels pins petits (torno a dir, petits) 9, 10 i 11 (etiquetats com 'A3', 'A2', 'A1' al nano terminal) (Fig. 7).

Pas 8: Instruccions de construcció

Soldar

el cable restant al pin gran 22 (etiquetat com a 'D4' al terminal nano) (Fig. 8).

Pas 9: Instruccions de construcció

Soldeu l’extrem lliure de cada fil als seus forats corresponents a l’escut del registre de dades Deek-Robot (Fig. 9):

pin gran "RST + 5V + A7" al forat de pin de 5V

pin gran A3 + A2 + A1 al forat del pin GND

pin petit "A3" al forat del pin SCK

el passador petit 'A2' al forat del passador MISO

pin petit "A1" al forat del pin MOSI

pin gran "REF + 3V3 + D13" al forat del pin SCL

pin gran 'D10 + D11 + D12' al forat del pin SDA

i el passador gran 'D4' al forat del passador CS

Pas 10: Instruccions de construcció

Tingueu en compte que aquí proporcionem les etiquetes nano només per facilitar la connexió. Aquestes etiquetes no es correspondran amb els passadors de la placa pro-mini un cop inserida al terminal de cargol.

Soldeu dos cables de 6 cm de llarg als forats A4 i A5 de la part inferior de la placa pro-mini (Fig. 10).

Pas 11: Instruccions de construcció

Soldeu els passadors a la placa pro-mini i introduïu-la al terminal de cargol completat. No oblideu inserir els cables A5 i A4 als terminals D12 (A4) i D13 (A5) de la placa nano. Recordeu sempre que els pins de les etiquetes dels terminals de cargol i Arduino no s’alinearan exactament (les plaques pro-mini i nano tenen disposicions de pins diferents).

Introduïu una bateria CR 1220 i una targeta micro SD al tauler de registre. Utilitzem targetes SD amb una capacitat inferior a 15 GB, ja que hem tingut problemes amb targetes de major capacitat. Utilitzem el format de les targetes a FAT32.

Finalment, cobriu totes les juntes soldades i fixeu tots els cables al tauler de terminals amb cola calenta.

El tauler està a punt per utilitzar-se. Ara el tauler complet hauria de tenir aquest aspecte: Fig. 11.

Pas 12: Configuració de l'enregistrador de dades per a ús de camp

Per evitar que el vostre registrador de dades es bolqui a la caixa del registrador de dades, a més de proporcionar un accés fàcil als pins de comunicació, us recomanem que feu una plataforma estabilitzadora. La plataforma també manté l'electrònica almenys uns pocs centímetres de la part inferior de la caixa, en cas d'inundació. Utilitzem full acrílic d’1,5 mm i el connectem al registre de dades amb perns, femelles i arandeles de 4 mm (Fig. 12).

Pas 13:

Utilitzem sensors d’humitat del sòl tipus I2C de font oberta. Els comprem a Catnip Electronics (lloc web següent). Es poden comprar a Tindie i costen aproximadament 9 dòlars EUA per al model estàndard i 22 dòlars americans aproximadament per al model resistent. Hem utilitzat la versió robusta en experiments de camp. Són molt robustes i ofereixen un rendiment similar a alternatives comercials molt més cares (no posarem ningú a Front Street, però probablement coneixeu els sospitosos habituals).

El sensor Cat2ip Electronics I2C que apareix en aquest tutorial:

compreu aquí:

biblioteca arduino:

biblioteca arduino a Github:

Connecteu el cable groc del sensor I2C a un dels terminals de cargol A5. Connecteu el cable verd del sensor I2C a un dels terminals A4. Els cables vermells i negres del sensor van als terminals VCC i terra, respectivament.

Col·loqueu quatre bateries NiMh carregades a la caixa de la bateria. Connecteu el cable vermell (+) al pin RAW del registre de dades (és a dir, al pin RAW de la placa pro-mini) (però consulteu la secció "Estalvi d'energia" següent). Connecteu el cable negre (-) a un dels pins de terra del registre de dades.

Per a un ús a llarg termini del camp, connecteu un panell solar de 6V 1W al registre. El panell solar s’utilitzarà per fer funcionar el registrador de dades i carregar la bateria durant el dia i funciona fins i tot sota un cel ennuvolat (tot i que la neu és un problema).

En primer lloc, soldeu un díode Schottky de ~ 2A al terminal positiu del panell solar. Això evitarà que el corrent flueixi de nou cap al panell solar quan no hi hagi radiació solar. No oblideu fer això, ja que tindreu les piles esgotades en poc temps.

Connecteu el terminal (+) del panell solar (és a dir, el díode) al pin RAW del registre (és a dir, el pin RAW del pro-mini) i el terminal (-) del panell solar a un del terra terminals del registrador.

Aquesta configuració permet que el regulador de voltatge integrat a la placa pro-mini reguli el voltatge provinent tant del panell solar com del paquet de bateries. Ara … diré que no és una configuració ideal per carregar bateries de NiMh (difícil fins i tot en condicions perfectes). Tanmateix, els panells solars que fem servir produeixen uns 150 mA en condicions de sol complet, que corresponen a uns 0,06 C (C = la capacitat de la bateria), cosa que ha demostrat ser un mètode de càrrega senzill, segur i fiable per als nostres maderers. Els hem tingut funcionant així al camp durant un any a Colorado. Tanmateix, vegeu l'exempció de responsabilitat: els nostres registradors no tenen cap garantia ni garantia. Cada vegada que utilitzeu bateries o plaques solars al camp, corre el risc de provocar un incendi. Ves amb compte. Utilitzeu aquest disseny sota el vostre propi risc.

Assegureu el registre de dades i el paquet de bateries dins d’una caixa resistent a la intempèrie (Fig. 13).

Pas 14: conservació d'energia

Sovint desactivem els LED d'alimentació de les plaques pro-mini i de registre de dades. Les traces d’aquests LED es poden tallar acuradament amb una fulla d’afaitar (vegeu l’enllaç següent). Cada LED consumeix uns 2,5 mA de corrent a 5 V (enllaç següent). No obstant això, per a moltes aplicacions, aquesta quantitat de pèrdua d'energia serà insignificant i l'investigador simplement pot deixar els LED d'alimentació tal com són.

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

També executem la biblioteca "LowPower.h" (per "rocketscream"; enllaç que es mostra a continuació), que és molt fàcil d'utilitzar i redueix significativament el consum d'energia entre els intervals de registre.

github.com/rocketscream/Low-Power

Després d’eliminar els LED d’alimentació del pro-mini i del tauler de registre de dades i d’executar la biblioteca LowPower.h (vegeu “codi” a continuació), el registrador consumirà aprox. 1mA de corrent a 5V mentre dormia. En executar tres sensors I2C simultàniament, el registrador en mode de repòs (entre les iteracions de mostreig) consumeix uns 4,5 mA a 5 V i uns 80 mA durant el mostratge. Tanmateix, com que el mostreig es produeix molt ràpidament i amb molta freqüència, el consum de corrent de 80 mA no contribueix de manera significativa a l’esgotament de la bateria.

Es pot estalviar més energia si no s’utilitzen plaques solars mitjançant la connexió del terminal de la bateria (+) directament al pin VCC de l’enregistrador. No obstant això, connectar-se directament a VCC, en lloc del pin RAW, evita el regulador de voltatge integrat, i el corrent als sensors no serà gaire tan constant com ho faria si s'hagués encaminat a través del regulador. Per exemple, el voltatge disminuirà a mesura que es vagi esgotant la bateria al llarg de dies i setmanes i, en molts casos, es traduirà en una variació significativa de les lectures del sensor (segons els sensors que utilitzeu). No connecteu un panell solar directament a VCC.

Pas 15: Codi

Incloem dos esbossos per fer funcionar el registrador de dades amb tres sensors d’humitat del sòl I2C. El primer esbós "logger_sketch" mostra de cada sensor i registra les dades de capacitat i temperatura a la targeta SD cada 30 minuts (però l'usuari pot canviar-les fàcilment). El segon esbós "ChangeSoilMoistureSensorI2CAddress" permetrà a l'usuari assignar adreces I2C diferents a cadascun dels sensors perquè el registrador de dades els pugui utilitzar simultàniament. Les adreces a 'logger_sketch' es poden canviar a les línies 25, 26 i 27. Les biblioteques necessàries per executar el sensor es poden trobar a Github.