The Greenhouse Project (RAS): supervisar els elements per reaccionar a la nostra plantació: 18 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Aquest projecte proposa controlar la temperatura, la lluminositat i la humitat de l’aire, així com la temperatura i la humitat de l’arbreda. També proposa connectar en xarxa aquestes mesures tan llegibles al lloc web Actoborad.com

Per fer-ho, connectem 4 sensors al microcontrolador Nucleo L432KC:

- un sensor de lluminositat TLS2561 d'Adafruit;

- un sensor d'humitat i temperatura DHT22 de Gotronic;

- una sonda temporal DS1820;

- Un sensor d'humitat Grove - Sensor d'humitat de Seeed Studio

Les mesures es fan cada 10 minuts i es connecten en xarxa mitjançant un Breakout TD1208 de Sigfox. Com es va dir més amunt, aquest es pot llegir al lloc web Actoboard.com En aquest microcontrolador també hi ha una pantalla OLED de 128x64 connectada que mostrarà permanentment les darreres mesures realitzades. Finalment, el sistema és elèctricament autosuficient gràcies a una cèl·lula fotovoltaica de 8x20cm i una bateria d’1,5 Ah. Estan connectats al Nulceo amb un LiPo Rider Pro de Seeed Studio. El sistema es posa en una caixa impresa en 3D.

Com podeu veure a la sinòptica.

El codi compilat al microcontrolador mitjançant os.mbed.com s’anomena ‘main.cpp’. Les biblioteques utilitzades estan disponibles a l'enllaç següent, quin és el nostre projecte mbed:

Pas 1: fer xarxes

Una part important d’aquest projecte va consistir en fer mesures de xarxa i fer-les fàcilment accessibles. Cada 10 minuts, els sensors mesuren diferents paràmetres i s’utilitza un mòdul sigfox TD1208 per transmetre les seves mesures. Els resultats estan disponibles al lloc web d'Actoboard:

Després de crear un compte bluemix, podem utilitzar l'aplicació Node-red per mostrar gràficament els nostres resultats.

Programació en vermell de node per recuperar informació d'Actoboard

Enllaç públic per veure els resultats en temps real:

Pas 2: components

Per a aquest projecte, aquí teniu una llista dels components principals utilitzats:

Microcontrolador: Nucleo STM32L432KC

Pantalla: pantalla LCD

Sigfox: mòdul Sigfox

Quant als sensors:

Sensor d'aire: DHT22 (temperatura i humitat)

- Sensors de sòl: temperatura Grove i humitat Grove

- Sensor de lluminositat: sensor de llum

Font d'alimentació:

- LIPO (targeta adaptador d'alimentació)

- Pila

- Panell fotovoltaic

Pas 3: consum

Un dels punts més importants del nostre projecte és que el sistema ha de ser autònom en energia. Per a això fem servir una bateria i una cèl·lula solar. La bateria pot subministrar un corrent de 1050 mA en 1 hora amb una tensió de 3,7 V: 3, 885 Wh. La cèl·lula solar s’utilitza per recarregar la bateria, proporciona una tensió de 5,5 V per sota de 360 mA amb una potència igual a 2 W.

Consum teòric del nostre sistema: - Sensor de temperatura DHT22: màxim 1,5 mA i en repòs 0,05 mA - Sensor de temperatura Grove: màxim 1,5 mA - Sensor de llum: 0,5 mA - Carro nucli: + 100 mA - Pantalla LCD: 20 mA - Sigfox TD1208 mòdul: enviament de 24 mA (en aquest projecte, no es rep res amb aquest mòdul) i en repòs 1,5 μA

En repòs, el consum és insignificant en comparació amb la potència de la bateria. Quan el sistema s’atura (cada 10 minuts), tots els sensors fan mesures, la pantalla mostra el resultat i el mòdul sigfox transmet aquests resultats. Es considera que tots els components consumeixen un màxim en aquest moment: utilitzem uns 158 mA cada 10 minuts, de manera que 6 * 158 = 948 mA en 1 hora. La bateria pot contenir una mica més d’una hora abans de descarregar-se completament.

L’objectiu és gastar un mínim d’energia per tenir la mínima necessitat possible de recarregar la bateria. En cas contrari, si la cèl·lula solar no rep sol durant un temps, no podria carregar la bateria que es descarregaria i el nostre sistema s’apagaria.

Pas 4: Dissenyar PCB

Comencem la part del PCB!

Vam tenir molts problemes per un pas que no pensàvem que ens portaria tant de temps. Primer error: no haver desat el PCB en diversos llocs. De fet, el primer PCB realitzat es va esborrar quan l'USB tenia alguns problemes. Ara tots els fitxers de l’USB no són accessibles. De sobte, va ser necessari trobar l'energia necessària per a aquest trencaclosques per a la industrialització del nostre projecte. Petit detall que continua sent important, és necessari que les connexions estiguin totes a la part inferior del PCB i que s’estableixi un pla de massa. Un cop trobat el coratge, podem tornar a fer l’esquema electrònic a ALTIUM com podeu veure a continuació:

Pas 5:

Conté els sensors, la targeta Nucleo, el mòdul Sigfox i la pantalla LCD.

Passem a la part del PCB, hi perdem molt de temps, però al final ho hem aconseguit. Un cop imprès ho provem … i aquí teniu el drama. La mitja targeta NUCLEO s’inverteix. També podem veure el diagrama anterior. La branca NUCLEO esquerra de l'1 al 15 començant per la part superior, mentre que la branca de la dreta 15 a 1 també des de la part superior. El que no fa funcionar res. Calia recuperar la seva ment, repetir per tercera vegada el PCB d’emergència prestant atenció a totes les connexions. Al·leluia, s’ha creat el PCB, el podem veure a la imatge següent:

Pas 6:

Tot era perfecte, les soldadures realitzades pel senyor SamSmile eren d’una bellesa incomparable. Massa bo per ser veritat? De fet, un i únic problema:

Pas 7:

Amplieu-lo una mica més a prop:

Pas 8:

Ho veiem al mapa de la dreta, en què es basa el PCB, amb una connexió SDA a D7 i un SCL a D8 (exactament el que necessitem). Tanmateix, quan vam provar amb els components, no vam entendre la inconsistència de la informació rebuda i, de sobte, quan vam tornar a mirar la documentació de la segona documentació, vam notar que no hi ha cap especificitat a D7 i D8.

Com a resultat, la nostra fabricació de pa funciona molt bé abans d’adaptar les connexions del PCB per facilitar l’encaminament. Però un cop no es modifica el PCB, rebem la informació malgrat tots els sensors excepte el sensor de llum d’aquesta versió.

Pas 9: Dissenyar la caixa 3D

Comencem la part del disseny 3D.

Aquí expliquem la part del disseny 3D de la caixa per donar la benvinguda al nostre sistema complet. Va trigar molt de temps i entendreu per què. En resum: hem de poder contenir a la nostra caixa el PCB i tots els components associats. És a dir, penseu en la pantalla LCD, però també en tots els sensors, proporcionant un espai per a cadascun d’ells perquè siguin útils i efectius en les seves mesures. A més, també requereix la font d'alimentació amb la seva targeta LIPO, que està connectada a una bateria i un panell fotovoltaic que fan que el nostre sistema sigui autònom. Imaginem una primera caixa que contindrà el PCB, tots els sensors, la pantalla i la targeta LIPO connectades a la bateria. Evidentment, és necessari preveure un lloc específic per a la pantalla LCD, el sensor de llum (si està amagat o al lateral no rebrà la llum real), per al sensor de temperatura, per al DHT22 és necessari que pugui mesurar el valor proper a la planta i sense oblidar el sensor d’humitat del bosc que ha de tenir contacte amb la terra directa. No oblidem el forat per connectar l'antena al mòdul sigfox i un altre forat per passar el fill dels panells fotovoltaics al mapa LIPO. Aquí hi ha el quadre principal:

Pas 10:

Necessitem una peça per allotjar el panell fotovoltaic i connectar el panell a la placa LIPO.

Aquí teniu el resultat:

Pas 11:

Hem de poder tancar aquesta meravellosa caixa!

Aquí teniu la tapa adaptada:

Pas 12:

Com podem veure, es tracta d’una tapa que té dents que entren a la caixa principal per a una millor estabilitat.

Aquí és quan l’afegim a la nostra meravellosa caixa:

Pas 13:

Per guanyar resistència s’afegeix una porta corredissa que s’introdueix a la caixa però també a la tapa que subjecta les dues parts de manera rigorosa i proporciona fiabilitat i seguretat dels components a l’interior.

Aquí teniu la primera versió de la porta corredissa:

Pas 14:

Per anar encara més enllà, hem pensat incorporar el mòdul fotovoltaic a la caixa principal, de manera que estigui al mateix nivell que el sensor de llum i la seva posició estratègica i per sentir que el sistema autònom és quelcom de 'United'.

Aquí teniu la segona versió de la porta corredissa amb la possibilitat de retallar el mòdul fotovoltaic presentat anteriorment:

Pas 15:

Aquí és quan l’afegim a la nostra meravellosa capsa que ja té la seva tapa excel·lent:

Pas 16:

Estàs una mica perdut? Us mostrem quin és l’estat final d’aquesta caixa màgica!

Pas 17:

(Dany que ara no el vam poder imprimir gràcies a la impressora 3D perquè em van demanar robustesa, cosa que vaig fer, però he de creure que en tinc una mica massa, de fet, el gruix és superior a 4 mm, de manera que no va poder imprimir-lo perquè portaria molt material, massa trist) … Però no és massa tard per imprimir-lo, si més no per plaer = D

Tan bonica:

Pas 18:

Gràcies.