Kuinka tehdä dataloggeri lämpötilalle, PH: lle ja liuenneelle hapelle: 11 vaihetta (kuvilla)

2025 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2025-01-13 06:57

Tavoitteet:

• Tee dataloggeri hintaan ≤ 500 dollaria. Se tallentaa lämpötilan, pH: n ja DO: n tiedot aikaleimalla ja käyttää I2C -tiedonsiirtoa.
• Miksi I2C (Integroitu piiri)? Voidaan pinota niin monta anturia samalle riville, koska jokaisella niistä on yksilöllinen osoite.

Vaihe 1:

Vaihe 2: Osta alla olevat osat:

1. Arduino MEGA 2560, 35 dollaria,
2. Verkkolaite Arduino -kortille, 5,98 dollaria,
3. LCD -moduuli I2C (näyttö), 8,99 dollaria,
4. Reaaliaikainen kello (RTC), 7,5 dollaria,
5. MicroSD -kortti, 7,5 dollaria,
6. 4 Gt SD -kortti, 6,98 dollaria,
7. Vedenpitävä DS18B20 -digitaalinen anturi, 9,95 dollaria,
8. pH-anturi + sarjat + vakiopuskurit, 149,15 dollaria,
9. DO-koetin + sarjat + vakiopuskurit, 247,45 dollaria,
10. Leipälauta, hyppyjohto, 7,98 dollaria,
11. (Valinnainen) Jännitteeneristin, 24 dollaria,

Yhteensä: 510,48 dollaria

* Tietyt osat (kuten yleiskortti) voitaisiin ostaa muilta toimittajilta (eBay, kiinalainen myyjä) halvemmalla. pH- ja DO -koettimia suositellaan niiden saamiseksi Atlas Scientificilta.

* Johtavuuden ja jännitteen tarkistamiseen suositellaan yleismittaria. Se maksaa noin 10-15 dollaria (https://goo.gl/iAMDJo)

Vaihe 3: Johdotus

• Käytä jumpperi/DuPont -kaapeleita osien liittämiseen alla olevan luonnoksen mukaisesti.
• Tarkista yleisyys yleismittarilla.
• Tarkista positiivisen jännitteen syöttö (VCC) ja maadoitus (GND) (se on helppo sekoittaa, jos et tunne piiriä)
• Kytke verkkolaite pistorasiaan ja tarkista kunkin osan virran merkkivalo. Jos olet epävarma, tarkista monimetrillä VCC: n ja GND: n välinen jännite (5V)

Vaihe 4: Valmistele PH-, DO -piirit ja SD -kortti

1. Vaihda I2C -lämpötilaan pH- ja DO -piireissä
2. PH- ja DO -erotukset toimitetaan sarjayhteyden kautta oletuslähetys/vastaanotto -tilassa (TX/RX). Jos haluat käyttää I2C-tilan kellolinjaa (SCL) ja datalinjaa (SDA), vaihda tila (1): irrota VCC-, TX-, RX-kaapelit, (2): siirrä TX Ground for Probe, PGND (ei GND)), (3) kytke VCC virtapiiriin, (4): odota, kunnes LED muuttuu vihreästä siniseksi. Lisätietoja on sivulla 39 (pH -piirin tietolomake,
3. Tee sama vaihe DO -piirin kanssa
4. (jos tiedät kuinka ladata näytekoodi taululle, voit tehdä sen Sarjamonitorin kautta)
5. Alusta SD -kortti FAT -muotoon

Vaihe 5: Valmistele ohjelmisto

1. Lataa Arduino Integrated Development Environment (IDE),
2. Asenna kirjasto Arduino IDE: hen:
3. Useimmat niistä tulevat Arduino -ohjelmiston kanssa. LiquidCrystal_I2C.h on saatavilla GitHubin kautta
4. Asenna USB -ohjain. Aitoa Arduinoa varten sinun ei ehkä tarvitse asentaa sitä. Yleistä varten sinun on asennettava CH340 -ohjain (GitHub:
5. Tarkista, onko kortti liitetty oikein suorittamalla vilkkuva LED -testi
6. Kuinka löytää digitaalisen 18B20 -lämpötilan MAC -osoite. Käyttämällä I2C -skannerimallia Arduino IDE: ssä anturin ollessa kytkettynä. Jokaisella laitteella on yksilöllinen MAC -osoite, joten voit käyttää yhtä monta lämpötila -anturia yhdellä jaetulla rivillä (#9). 18B20 käyttää yksijohtimista I2C: tä, joten se on I2C -viestintämenetelmän erityistapaus. Alla on yksi tapa löytää MAC - Medical Access Control (”ROM”, kun suoritat alla olevan menettelyn).

Vaihe 6: Aloita koodaus

• Kopioi liitä alla oleva koodi Arduino IDE:
• Tai lataa koodi (.ino) ja uuden ikkunan pitäisi avautua Arduino IDE: ssä.

/*

Viiteoppaat:

1. Lämpötila, ORP, pH-kirjaaja:

2. Suojattu digitaalinen (SD) kilpi:

Tämä koodi lähettää tietoja Arduino -sarjamonitoriin. Kirjoita komentoja Arduino -sarjamonitoriin EZO -pH -piirin ohjaamiseksi I2C -tilassa.

Muokattu yllä olevista opetusohjelmista, lähinnä Atlas-Scientificin I2C-koodista

Viimeksi päivitetty: Binh Nguyen 26. heinäkuuta 2017

*/

#include // ota I2C käyttöön.

#define pH_address 99 // oletusarvoinen I2C -ID -numero EZO pH -piirille.

#define DO_address 97 // EZO DO -piirin I2C -oletusnumero.

#include "RTClib.h" // Päivämäärä- ja aikafunktiot käyttämällä DS1307 RTC: tä, joka on kytketty I2C: n ja Wire lib: n kautta

RTC_DS1307 rtc;

#include // SD -kirjastoon

#include // SD -kortti tietojen tallentamiseen

const int chipSelect = 53; // täytyy selvittää Adafruit SD -katkos //

// DO = MISO, DI = MOSI, ATmega -nastassa#: 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS)

char logFileName = "dataLT.txt"; // muokkaa lokitiedoston nimeä kokeilusi tunnistamiseksi, esim. PBR_01_02, datalog1

pitkä id = 1; // tunnusluku lokitilauksen syöttämiseksi

#sisältää

LiquidCrystal_I2C lcd (0x27, 20, 4);

#sisältää

#sisältää

#define ONE_WIRE_BUS 9 // määritä lämpötila -anturin nasta #

OneWire oneWire (ONE_WIRE_BUS);

DallasLämpötila -anturit (& oneWire);

DeviceAddress ProbeP = {0x28, 0xC2, 0xE8, 0x37, 0x07, 0x00, 0x00, 0xBF}; // MAC -osoite, yksilöllinen jokaiselle koettimelle

String dataString; // tärkein vaihtoehto kaikkien tietojen tallentamiseen

Merkkijono dataString2; // väliaikainen vaihtoehto lämpötilan/pH/DO: n tallentamiseen tulostamista varten

char tietokonetiedot [20]; // Atlas Scientificin ohje: teemme 20 tavun merkkijonon, joka pitää tietokoneelta/Macilta/muulta saapuvat tiedot.

tavu vastaanotettu_tietokoneelta = 0; // meidän on tiedettävä, kuinka monta merkkiä on vastaanotettu.

tavu serial_event = 0; // lippu, joka ilmoittaa, kun tieto on vastaanotettu tietokoneelta/mac/other.

tavukoodi = 0; // käytetään I2C -vastauskoodin säilyttämiseen.

char pH_data [20]; // teemme 20 tavun merkkijonon pH -piiristä tulevien tietojen säilyttämiseksi.

tavu in_char = 0; // käytetään 1 tavun puskurina pH -piirin sitoviin tavuihin varastoimiseksi.

tavu i = 0; // ph_data -taulukon laskuri.

int aika_ = 1800; // käytetään tarvittavan viiveen muuttamiseen riippuen EZO -luokan pH -piirille lähetetystä komennosta.

kellua pH_float; // float var, jota käytetään pitämään pH: n kelluva arvo.

char DO_data [20];

// kelluva lämpötila_C;

void setup () // laitteiston alustus.

{

Sarja.alku (9600); // ota sarjaportti käyttöön.

Wire.begin (pH_osoite); // ota I2C -portti käyttöön pH -anturille

Wire.begin (DO_address);

lcd.init ();

lcd. alku (20, 4);

lcd.taustavalo ();

lcd.home ();

lcd.print ("Hei PBR!");

lcd.setCursor (0, 1);

lcd.print ("Alustetaan…");

Serial.print ("RTC on…");

jos (! rtc.begin ())

{

Serial.println ("RTC: Reaaliaikainen kello… EI FOUND");

while (1); // (Serial.println ("RTC: Real-time clock … FOUND"));

}

Serial.println ("RUNNING");

Serial.print ("Reaaliaikainen kello…");

jos (! rtc.isrunning ())

{rtc.adjust (DateTime (F (_ DATE_), F (_ TIME_)));

}

Serial.println ("TYÖ");

lcd.setCursor (0, 0);

lcd.println ("RTC: OK");

Serial.print ("SD -kortti …"); // katso onko kortti läsnä ja voidaanko alustaa:

jos (! SD.begin (chipSelect))

{Serial.println ("Epäonnistui"); // älä tee mitään muuta:

palata;

}

Serial.println ("OK");

lcd.setCursor (0, 1);

lcd.println ("SD -kortti: OK");

Serial.print ("Lokitiedosto:");

Serial.print (logFileName);

Serial.print ("…");

Tiedosto logFile = SD.open (logFileName, FILE_WRITE); // avaa tiedosto. "datalog" ja tulosta otsikko

jos (logFile)

{

logFile.println (",,"); // osoittavat, että edellisessä ajossa oli tietoja

String header = "Päivämäärä -aika, lämpötila (C), pH, DO";

logFile.println (otsikko);

logFile.close ();

Serial.println ("VALMIS");

//Sarja.println(dataString); // tulosta myös sarjaporttiin:

}

else {Serial.println ("virhe avaamalla datalogin"); } // jos tiedosto ei ole auki, näyttöön tulee virheilmoitus:

lcd.setCursor (0, 2);

lcd.print ("Lokitiedosto:");

lcd.println (logFileName);

viive (1000);

anturit.begin ();

sensors.setResolution (ProbeP, 10); // 10 on resoluutio (10 bittiä)

lcd.clear ();

id = 0;

}

tyhjä silmukka ()

{// pääsilmukka.

dataString = Merkkijono (id);

dataString = Jono (',');

DateTime now = rtc.now ();

dataString = Jono (now.year (), DEC);

dataString += Jono ('/');

dataString += Jono (nyt.kuukausi (), DEC);

dataString += Jono ('/');

dataString += Merkkijono (now.day (), DEC);

dataString += Merkkijono ('');

dataString += Merkkijono (now.hour (), DEC);

dataString += Merkkijono (':');

dataString += Merkkijono (now.minute (), DEC);

dataString += Merkkijono (':');

dataString += Jono (nyt.second (), DEC);

lcd.home ();

lcd.print (dataString);

sensors.requestTemperatures ();

näyttö Lämpötila (ProbeP);

Wire.beginTransmission (pH_osoite); // soittaa piirille sen ID -numerolla

Wire.write ('r'); // kova koodi r jatkuvasti luettavaksi

Wire.endTransmission (); // lopettaa I2C -tiedonsiirron.

viiveaika_); // odota oikeaa aikaa, ennen kuin piiri suorittaa ohjeensa.

Wire.requestFrom (pH_osoite, 20, 1); // soita piirille ja pyydä 20 tavua (tämä voi olla enemmän kuin tarvitsemme)

kun taas (Wire.available ()) // ovat tavuja vastaanotettavissa

{

in_char = Wire.read (); // vastaanottaa tavun.

if ((in_char> 31) && (in_char <127)) // tarkista onko hiili käyttökelpoinen (tulostettava)

{

pH_data = hiili; // lataa tämä tavu taulukkoomme.

i+= 1;

}

if (in_char == 0) // jos näemme, että meille on lähetetty null -komento.

{

i = 0; // nollaa laskuri i arvoon 0.

Wire.endTransmission (); // lopettaa I2C -tiedonsiirron.

tauko; // poistu while -silmukasta.

}

}

sarja_tapahtuma = 0; // nollaa sarjatapahtumalippu.

dataJono2 += ",";

dataString2 += Jono (pH_data);

Wire.beginTransmission (DO_address); // soittaa piirille sen ID -numerolla

Wire.write ('r');

Wire.endTransmission (); // lopettaa I2C -tiedonsiirron

viiveaika_); // odota oikeaa aikaa, ennen kuin piiri suorittaa ohjeensa

Wire.requestFrom (DO_address, 20, 1); // soita piirille ja pyydä 20 tavua

kun taas (Wire.available ()) // ovat tavuja vastaanotettavissa.

{

in_char = Wire.read (); // vastaanottaa tavun.

if ((in_char> 31) && (in_char <127)) // tarkista, onko merkki käyttökelpoinen (tulostettava), muuten in_char sisältää symbolin.txt -tiedoston alussa

{DO_data = hiili; // lataa tämä tavu taulukkoomme

i+= 1; // lisää taulukkoelementin laskuri

}

jos (in_char == 0)

{// jos näemme, että meille on lähetetty null -komento

i = 0; // nollaa laskuri i arvoon 0.

Wire.endTransmission (); // lopettaa I2C -tiedonsiirron.

tauko; // poistu while -silmukasta.

}

}

sarja_tapahtuma = 0; // nollaa sarjatapahtumalippu

pH_float = atof (pH_data);

dataJono2 += ",";

dataString2 += Jono (DO_data);

lcd.setCursor (0, 1);

lcd.print ("Lämpötila/ pH/ DO");

lcd.setCursor (0, 2);

lcd.print (dataString2);

dataString += ',';

dataString += dataString2;

Tiedoston dataFile = SD.open (logFileName, FILE_WRITE); // avaa tiedosto. Huomaa, että vain yksi tiedosto voidaan avata kerrallaan, joten sinun on suljettava tämä tiedosto ennen uuden avaamista.

if (dataFile) // jos tiedosto on saatavilla, kirjoita sille:

{

dataFile.println (dataString);

dataFile.close ();

Serial.println (dataString); // tulosta myös sarjaporttiin:

}

else {Serial.println ("virhe datalog -tiedoston avaamisessa"); } // jos tiedosto ei ole auki, näyttöön tulee virheilmoitus:

lcd.setCursor (0, 3);

lcd.print ("Käynnissä (x5m):");

lcd.setCursor (15, 3);

lcd.print (id);

id ++; // suurenna yhtä tunnusta seuraavassa iteraatiossa

dataString = "";

viive (300000); // viive 5 minuuttia = 5*60*1000 ms

lcd.clear ();

} // pääsilmukan lopetus

tyhjä näyttö Lämpötila (DeviceAddress deviceAddress)

{

float tempC = sensor.getTempC (deviceAddress);

if (tempC == -127,00) lcd.print ("Lämpötilavirhe");

else dataString2 = Jono (tempC);

} // koodi päättyy tähän

• Valitse oikea COM -portti Arduino IDE: n kautta Työkalut/Portti -kohdasta
• Valitse oikea Arduino -levy. Käytin Mega 2560: tä, koska siinä on enemmän sisäistä muistia. Arduino Nano tai Uno toimii hyvin tällä asetuksella.
• Tarkista ja koodata ja lataa koodi

Vaihe 7: Johdotuksen (voidaan parantaa) ja LCD -näytön tulokset

• Huomautus: DO-anturin ja pH-anturin välinen melu ilmeni 2-3 kuukauden jatkuvan käytön jälkeen. Atlas Scientificin mukaan on suositeltavaa käyttää jännitesuojaa, kun pH- ja johtavuusanturit toimivat yhdessä. Lisätietoja on sivulla 9 (https://goo.gl/d62Rqv)
• Kirjattavat tiedot (ensimmäisessä on tulostamattomia merkkejä ennen pH- ja DO -tietoja). Suodatin koodiksi sallimalla vain tulostettavat merkit.

Vaihe 8: Tuo tiedot ja luo kaavio

1. Tietojen tuominen DATA -välilehden tekstistä (Excel 2013)
2. Erota tiedot pilkulla (siksi pilkuista on hyötyä jokaisen syötetyn datan jälkeen)
3. Piirrä tiedot. Jokaisessa alla olevassa datassa on noin 1700 pistettä. Mittausväli on 5 minuuttia (säädettävä). Minimi DO- ja pH -piireille tietojen lukemiseksi on 1,8 sekuntia.

Vaihe 9: Kalibrointi

1. Digitaalinen lämpötila -anturi (18B20) voidaan kalibroida säätämällä ero suoraan. Muussa tapauksessa, jos kompensointi ja kaltevuus edellyttävät kalibrointia, voit tehdä sen muuttamalla arvoja rivillä #453, DallasTemperature.cpp / libraries / DallasTemperature -kansiossa.
2. PH- ja DO -antureille voit kalibroida anturit mukana toimitetuilla liuoksilla. Sinun on käytettävä Atlas Scientificin mallikoodia ja noudatettava tämän tiedoston ohjeita.
3. Noudata sivuja 26 ja 50 pH-anturin (https://goo.gl/d62Rqv) kalibrointia ja lämpötilan kompensointia varten sekä sivuja 7-8 ja 50 DO-anturin osalta (https://goo.gl/mA32mp). Lataa ensin Atlasin antama yleinen koodi uudelleen, avaa Serial Monitor ja näppäile oikea komento.

Vaihe 10: Liikaa johdotusta?

1. Voit poistaa SD -kortin ja reaaliaikaisen kellomoduulin käyttämällä Dragino Yun Shield for Arduino -levyjä (https://goo.gl/J9PBTH). Koodi oli muutettava, jotta se toimisi Yun Shieldin kanssa. Tästä on hyvä aloittaa (https://goo.gl/c1x8Dm)
2. Vielä liikaa johdotusta: Atlas Scientific teki oppaan EZO -piireilleen (https://goo.gl/dGyb12) ja juotetulle levylle (https://goo.gl/uWF51n). 18B20 -digitaalilämpötilan integrointi on täällä (https://goo.gl/ATcnGd). Sinun täytyy tuntea Raspbian (Debian Linux -versio) -komennot Raspberry Pi -laitteessa (https://goo.gl/549xvk)

Vaihe 11: Kuittaus:

Tämä on sivuprojektini tutkijatohtorini aikana, jonka aikana olen työskennellyt edistyksellisellä fotobioreaktorilla mikrolevien viljelemiseksi. Joten pidin välttämättömänä luottaa siihen, että osapuolet ovat antaneet edellytykset tämän toteuttamiseksi. Ensinnäkin apuraha, DE-EE0007093:”Atmospheric CO2 Enrichment and Delivery (ACED)”, Yhdysvaltain energiaministeriön, Energiatehokkuuden ja uusiutuvan energian virastolle suunnatuista leväbiopolttoaineista ja biotuotteista. Kiitän tohtori Bruce E. Rittmannia Biodesign Swette -keskuksen ympäristöbioteknologian keskuksessa Arizonan osavaltion yliopistossa siitä, että hän antoi minulle mahdollisuuden käsitellä elektroniikkaa ja Arduinoa. Minut koulutettiin ympäristötekniikkaan, lähinnä kemiaan, hieman mikrobiologiaan.