Arduino Pro-mini -dataloggeri: 15 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Rakenna ohjeet avoimen lähdekoodin pro-mini Arduino -dataloggeriin

Vastuuvapauslauseke: Seuraava malli ja koodi on ladattavissa ja käytettäväksi ilmaiseksi, mutta niillä ei ole mitään takuuta tai takuuta.

Minun on ensin kiitettävä ja mainostettava lahjakkaita ihmisiä, jotka ovat innoittaneet idean tästä dataloggeriin ja vaikuttaneet käytettyyn koodiin ja antureihin. Ensinnäkin ajatus dataloggeriin tuli Edward Mallonin hyvin suunnitellusta ja hyvin selitetystä (valitettavasti opetusohjelmamme ei ole yhtä hyvä) dataloggeri: https://thecavepearlproject.org/2017/06/19/ arduin…

Toiseksi Catnip Electronics suunnitteli ja rakensi tässä käytetyt avoimen lähdekoodin maaperän kosteusanturit sekä niiden käyttämisen koodin/kirjaston. Nämä ovat korkealaatuisia antureita ja erittäin kestäviä. Alla on tietoja niiden ostamisesta ja koodin hankkimisesta (kiitos Ingo Fischer).

Vaihe 1: Tarvittavat materiaalit, työkalut ja laitteet

Pro-mini Arduino -levy. Tässä sovelluksessa käytämme avoimen lähdekoodin (kuten kaikki osamme) kiinalaisia pro-miniklooneja (5 V, 16 MHz, ATmega 326 -suoritin) (kuva 1a). Näitä levyjä voi ostaa Aliexpressistä, Ebaysta ja vastaavista verkkosivustoista alle 2 dollarilla. Muita levyjä voidaan kuitenkin käyttää yhtä helposti (ota huomioon tarvittavien antureiden jännitevaatimukset sekä ohjelmamuistivaatimukset).

SD-kortin ja reaaliaikaisen kellon (RTC) kirjausmoduuli, jonka Deek-Robot (ID: 8122) on julkaissut (kuva 1b). Tämä moduuli sisältää DS13072 RTC: n ja micro-sd-kortinlukijan. Nämä levyt maksavat alle 2 dollaria ja ovat erittäin kestäviä.

Arduino nano (kyllä-“nano”) ruuviliitinadapteri, myös Deek-Robot, joka voidaan ostaa alle 2 dollarilla Aliexpressistä tai vastaavasta (kuva 1c). Kuten näette, rakastamme vain Aliexpressiä.

22-mittainen yksisäikeinen eristetty lanka (kuva 1d).

Tiedonkeruulaatikko (kuva 1e). Käytämme”tutkimusluokan” laatikoita, mutta edulliset muoviastiat toimivat useimmissa tilanteissa hienosti.

Paristokotelo 4 AA NiMh -paristolle (kuva 1f). Näitä voi ostaa Aliexpressistä n. 0,20 dollaria kappale (joo - 20 senttiä). Älä tuhlaa rahojasi kalliimpiin akkukoteloihin.

6V, noin 1W aurinkopaneeli. Voidaan ostaa Aliexpressistä alle 2 dollarilla.

Juotosrauta, juote ja menneisyyden tyyppi.

Kuuma liimapistooli.

Vaihe 2: Rakenna ohjeet

Rakennusaika: noin 30-60 min.

Valmistele nano -terminaalisovitin juottamista varten.

Tätä esittelyä varten valmistamme nano -ruuviliittimen, joka helpottaa kolmen I2C -maaperän kosteusanturin liittämistä. Kuitenkin vain vähän luovuutta käyttämällä ruuviliittimet voidaan valmistaa eri tavoin muiden laitteiden helpottamiseksi. Jos et tiedä mitä I2C on, tutustu seuraaviin sivustoihin:

howtomechatronics.com/tutorials/arduino/ho…

www.arduino.cc/en/Reference/Wire

Idea käyttää nanoruuvisovittimia otettiin Edward Mallonin upeasta dataloggeri-suunnittelusta:

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

Leikkaa jäljet ruuviliittimen takaosasta suurten ja pienten nastojen väliin kohdissa 3, 5, 9, 10 ja 11 (laskettuna liittimen yläosasta) (kuva 2). Nämä jäljet vastaavat tarroja “RST”, “A7”, “A3”, “A2” ja “A1” ruuviliittimessä. Jälkien leikkaaminen on paljon helpompaa, jos sinulla on Dremel-tyyppinen työkalu, mutta jos et, pieni veitsi toimii helposti. Älä leikkaa itseäsi! Huomaa, että ruuviliittimen ja pro-minin tarrat eivät ole kaikki samat (nano- ja pro-mini-laitteissa on joitain tappeja eri paikoissa). Tämä on yksi tämän mallin haitoista, mutta se on tarpeeksi helppo merkitä riviliittimelle uudelleen, kun olet valmis, jos haluat.

Kaavi varovasti pois (käyttämällä Dremeliä tai pientä veistä) ohut epoksikerros suoraan suurten nastojen 9, 10 ja 11 vieressä (merkinnät 'A3', 'A2', 'A1' nanopäätteessä) (kuva 2). Epoksin alla oleva kuparipinnoite on maadoitettu Arduino pro-mini -levylle. Juotamme tämän paljaan osan myöhemmin viereisiin nastoihin, jolloin saadaan kolme maadoitettua ruuviliitintä.

Vaihe 3: Rakenna ohjeet

Leikkaa kahdeksan 8 cm: n pituista eristettyä 22-mittaista johtoa ja kaista noin 5 mm eristettä toisesta päästä ja 3 mm toisesta päästä. Suosittelemme kiinteän johtimen käyttöä.

Ota neljä näistä johdoista, taivuta toinen pää 90 astetta (pää 5 mm: n tai paljaalla langalla) ja juota * * (eli yhdistämällä kaikki nastat runsaalla juotoksella ja juoksevalla aineella) seuraaviin kohtiin:

Johto 1: suuret nastat 3, 4 ja 5 (merkitty 'RST', '5V', 'A7' nano -liittimessä). Muutamme nämä kolme ruuviliitintä kolmeen VCC -liittimeen (kuva 3).

Vaihe 4: Rakenna ohjeet

Johto 2: suuret nastat 9, 10 ja 11 (merkitty 'A3', 'A2', 'A1' nanopäätteessä) sekä aiemmin paljastettu kuparipinnoite. Käytä runsaasti juotetta. Älä huoli, jos se näyttää sotkuiselta. Muutamme nämä kolme ruuviliitintä kolmeen maadoitusliittimeen (-) (kuva 4).

Vaihe 5: Rakenna ohjeet

Johto 3: suuret nastat 13, 14 ja 15 (merkitty 'REF', '3V3', 'D13' nano -liittimessä). Muutamme nämä kolme ruuviliitintä kolmeksi A5 SCL -liittimeksi I2C -viestintää varten (kuva 5).

Vaihe 6: Rakenna ohjeet

Johto 4: suuret nastat 28, 29 ja 30 (merkitty 'D10', 'D11', 'D12' nano -liittimessä). Muokkaamme nämä kolme ruuviliitintä kolmeen A4 -SDA -liittimeen I2C -tiedonsiirtoa varten (kuva 6).

Vaihe 7: Rakenna ohjeet

Juotos yksi johto jokaiseen pieneen (sanon vielä kerran - pieneen) nastaan 9, 10 ja 11 (merkitty 'A3', 'A2', 'A1' nanopäätteeseen) (kuva 7).

Vaihe 8: Rakenna ohjeet

Juottaa

jäljellä oleva johto suureen nastaan 22 (merkitty 'D4' nano -liittimessä) (kuva 8).

Vaihe 9: Rakenna ohjeet

Juotos jokaisen langan vapaa pää Deek-Robot-tiedonkeruulaitteen kilven vastaaviin nastareikiin (kuva 9):

iso nasta 'RST+5V+A7' 5V nastareikään

suuri tappi 'A3+A2+A1' GND -nastareikään

pieni nasta 'A3' SCK -nastareikään

pieni nasta 'A2' MISO -nastareikään

pieni nasta 'A1' MOSI -nastareikään

iso nasta 'REF+3V3+D13' SCL -nastareikään

iso nasta 'D10+D11+D12' SDA -nastareikään

ja suuri tappi 'D4' CS -nastareikään

Vaihe 10: Rakenna ohjeet

Huomaa, että tarjoamme nano -tarrat täällä vain yhteyden helpottamiseksi. Nämä tarrat eivät vastaa pro-mini-kortin tappeja, kun se asetetaan ruuviliittimeen.

Juotos kaksi 6 cm pitkää johtoa pro-minilevyn alapuolelta A4- ja A5-nastareikiin (kuva 10).

Vaihe 11: Rakenna ohjeet

Liitä tapit pro-mini-korttiin ja työnnä se valmiiseen ruuviliittimeen. Muista liittää A5- ja A4 -johdot nano -kortin D12 (A4) ja D13 (A5) -liittimiin. Muista aina, että Arduinon tapit ja ruuviliittimien tarrat eivät kohdistu täsmälleen (pro-mini- ja nano-levyillä on erilaiset pin-järjestykset).

Aseta CR 1220 -akku ja micro-sd-kortti lokikorttiin. Käytämme SD -kortteja, joiden kapasiteetti on alle 15 Gt, koska meillä on ollut ongelmia suuremman kapasiteetin korttien kanssa. Käytämme korttien muotoilua FAT32 -muotoon.

Peitä lopuksi kaikki juotetut liitokset ja kiinnitä kaikki johdot liitäntäkorttiin kuumaliimalla.

Taulu on nyt käyttövalmis. Valmiiden levyjen pitäisi nyt näyttää tältä: Kuva 11.

Vaihe 12: Tiedonkerääjän määrittäminen kenttäkäyttöön

Jotta estät tiedonkeruulaitteesi kaatumisen tiedonkeruulaatikkoon ja tarjoat helpon pääsyn tiedonsiirtonappeihin, suosittelemme vakautusalustan tekemistä. Alusta pitää myös elektroniikan vähintään muutaman senttimetrin päässä laatikon pohjasta tulvien sattuessa. Käytämme 1,5 mm: n akryylilevyä ja liitämme se dataloggeriin 4 mm: n pulteilla, muttereilla ja aluslevyillä (kuva 12).

Vaihe 13:

Käytämme avoimen lähdekoodin I2C-kapasitanssityyppisiä maaperän kosteusantureita. Ostamme ne Catnip Electronicsilta (verkkosivusto alla). Niitä voi ostaa Tindiesta ja ne maksavat noin 9 dollaria vakiomallille ja noin 22 dollaria karkealle mallille. Olemme käyttäneet kestävää versiota kenttäkokeissa. Ne ovat erittäin kestäviä ja tarjoavat samanlaisen suorituskyvyn kuin paljon kalliimmat kaupalliset vaihtoehdot (emme laita ketään Front Streetille, mutta tiedät todennäköisesti tavalliset epäillyt).

Catnip Electronics I2C -anturi tässä opetusohjelmassa:

osta täältä:

arduino-kirjasto:

arduino -kirjasto Githubissa:

Kiinnitä keltainen lanka I2C -anturista yhteen A5 -ruuviliittimistä. Kiinnitä vihreä johto I2C -anturista johonkin A4 -liittimestä. Anturin punaiset ja mustat johdot menevät VCC- ja maadoitusliittimiin.

Aseta neljä ladattua NiMh -akkua paristokoteloon. Kiinnitä punainen (+) johto dataloggerin RAW-nastaan (eli pro-mini-kortin RAW-nastaan) (mutta katso alla oleva virransäästöosa). Kiinnitä musta (-) johto johonkin dataloggerin maadoitusnastaan.

Pitkäaikaiseen kenttäkäyttöön kiinnitä 6V 1W aurinkopaneeli loggeriin. Aurinkopaneelia käytetään dataloggerin käyttämiseen ja akun lataamiseen päivän aikana, ja se toimii myös pilvisen taivaan alla (vaikka lumi on ongelma).

Juotetaan ensin ~ 2A Schottky -diodi aurinkopaneelin positiiviseen napaan. Tämä estää virran virtaamisen takaisin aurinkopaneeliin, kun auringon säteilyä ei ole. Älä unohda tehdä tätä, tai paristot ovat tyhjät hetkessä.

Kiinnitä (+) -liitin aurinkopaneelista (eli diodista) loggerin RAW-nastaan (eli pro-minin RAW-nastaan) ja (-) -liitin aurinkopaneelista johonkin maahan loggerin liittimet.

Tämän kokoonpanon avulla pro-mini-kortin sisäänrakennettu jännitesäädin voi säätää sekä aurinkopaneelista että akusta tulevaa jännitettä. Nyt… Sanon, että tämä ei ole ihanteellinen kokoonpano NiMh-akkujen lataamiseen (vaikeaa jopa täydellisissä olosuhteissa). Käyttämämme aurinkopaneelit kuluttavat kuitenkin noin 150 mA: n auringonpaisteessa, mikä vastaa noin 0,06 C (C = akun kapasiteetti), mikä on osoittautunut meille yksinkertaiseksi, turvalliseksi ja luotettavaksi latausmenetelmäksi hakkuillemme. Olemme saaneet heidät toimimaan tällä tavalla kentällä jopa vuoden ajan Coloradossa. Katso kuitenkin vastuuvapauslauseke - puunkorjaimillamme ei ole mitään takuuta tai takuuta. Aina kun käytät paristoja tai aurinkopaneeleja kentällä, olet vaarassa sytyttää tulipalon. Ole varovainen. Käytä tätä mallia omalla vastuullasi!

Kiinnitä dataloggeri ja akku säänkestävään laatikkoon (kuva 13).

Vaihe 14: Virransäästö

Poistamme usein virta-LEDit käytöstä sekä pro-mini- että dataloggerilevyiltä. Näiden merkkivalojen jäljet voidaan leikata varovasti partaterällä (katso alla oleva linkki). Jokainen LED kuluttaa noin 2,5 mA virtaa 5 V (linkki alla). Monissa sovelluksissa tämä tehohäviö on kuitenkin vähäinen ja tutkija voi yksinkertaisesti jättää virran merkkivalot sellaisiksi.

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

Käytämme myös LowPower.h -kirjastoa ("rocketscream"; linkki alla), joka on erittäin helppokäyttöinen ja vähentää merkittävästi virrankulutusta kirjausvälien välillä.

github.com/rocketscream/Low-Power

Kun virran merkkivalot on poistettu pro-ministä ja tiedonkeruutaulusta ja LowPower.h-kirjasto on käynnissä (katso 'koodi' alla), kirjaaja kuluttaa n. 1 mA virtaa 5 V: n ollessa unessa. Kolmen I2C -anturin samanaikainen käyttö, kirjaaja lepotilassa (näytteenottotoimintojen välissä) kuluttaa noin 4,5 mA 5 V: n jännitteellä ja noin 80 mA näytteenoton yhteydessä. Koska näytteenotto tapahtuu kuitenkin hyvin nopeasti ja melko harvoin, 80 mA: n virranotto ei vaikuta merkittävästi akun tyhjenemiseen.

Jos et käytä aurinkopaneeleja, voit säästää enemmän virtaa kytkemällä (+) akun navan suoraan loggerin VCC -nastaan. Kuitenkin yhdistäminen suoraan VCC: hen RAW-nastan sijasta välttää sisäisen jännitteen säätimen, ja anturien virta ei ole läheskään yhtä vakio kuin se olisi reititetty säätimen kautta. Esimerkiksi jännite laskee, kun akku tyhjenee päivien ja viikkojen aikana, ja monissa tapauksissa tämä aiheuttaa merkittäviä vaihteluita anturien lukemissa (riippuen käyttämistäsi antureista). Älä kytke aurinkopaneelia suoraan VCC: hen.

Vaihe 15: Koodi

Mukana on kaksi luonnosta dataloggerin käyttämiseksi kolmella I2C-maaperän kosteusanturilla. Ensimmäinen luonnos "logger_sketch" ottaa näytteen jokaisesta anturista ja kirjaa kapasitanssi- ja lämpötilatiedot SD -kortille 30 minuutin välein (mutta käyttäjä voi helposti muuttaa niitä). Toisen luonnoksen ChangeSoilMoistureSensorI2CAddress avulla käyttäjä voi määrittää eri I2C-osoitteet kullekin anturille, jotta dataloggeri voi käyttää niitä samanaikaisesti. Logger_sketch -osoitteen osoitteita voidaan muuttaa riveillä 25, 26 ja 27. Anturin suorittamiseen tarvittavat kirjastot löytyvät Githubista.