Arduino Pro-mini zapisnik podataka: 15 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Napravite upute za otvoreni izvorni pro-mini Arduino zapisnik podataka

Odricanje od odgovornosti: Sljedeći dizajn i kôd mogu se besplatno preuzeti i koristiti, ali ne dolaze do apsolutno nikakvih jamstava ili jamstava.

Prvo moram zahvaliti i promovirati talentirane ljude koji su inspirirali ideju za ovaj zapisnik podataka i dali svoj doprinos kodu i senzorima koji se koriste. Prvo, ideja za zapisnik podataka došla je od vrlo dobro osmišljenog i dobro objašnjenog (nažalost, naš vodič nije tako dobar) zapisničara podataka Edwarda Mallona: https://thecavepearlproject.org/2017/06/19/ arduin…

Drugo, ovdje korištene senzore vlažnosti tla otvorenog koda, kao i kôd/biblioteku za njihovo upravljanje, projektirala je i izradila Catnip Electronics. To su visokokvalitetni senzori i vrlo robusni. Informacije o tome gdje ih kupiti i nabaviti kôd za njihovo pokretanje (hvala Ingo Fischer) navedene su u nastavku.

Korak 1: Potrebni materijali, alati i oprema

Pro-mini Arduino ploča. Za ovu aplikaciju koristimo open-source (kao i svi naši dijelovi) pro-mini klonove kineske proizvodnje (5V, 16MHz, ATmega 326 mikroprocesor) (slika 1a). Ove se ploče mogu kupiti na Aliexpressu, Ebayu i sličnim web stranicama za manje od 2 USD. Međutim, ostale ploče se mogu koristiti jednako lako (uzmite u obzir zahtjeve napona potrebnih senzora, kao i zahtjeve memorije programa).

SD kartica i modul za bilježenje sata u stvarnom vremenu (RTC) izdan od strane Deek-Robota (ID: 8122) (slika 1b). Ovaj modul uključuje DS13072 RTC i čitač micro-sd kartica. Ove ploče koštaju manje od 2 USD i vrlo su robusne.

Arduino nano (da-"nano") adapter s vijčanim terminalom, također je izbacio Deek-Robot, koji se može kupiti za manje od 2 USD na Aliexpressu ili slično (slika 1c). Kao što vidite, jednostavno volimo Aliexpress.

22-inčna izolirana žica s čvrstom jezgrom (slika 1d).

Okvir za bilježenje podataka (slika 1e). Koristimo kutije "istraživačke kvalitete", ali jeftino plastično posuđe dobro funkcionira u većini situacija.

Kućište za 4 AA NiMh baterije (slika 1f). Oni se mogu kupiti na Aliexpressu za cca. 0,20 USD svaki (da - 20 centi). Ne trošite novac na skuplje futrole za baterije.

6V, ca 1W solarni panel. Može se kupiti na Aliexpressu za manje od 2 USD.

Lemilo za lemljenje, lemljenje i fluks prošlosti.

Pištolj za vruće ljepilo.

Korak 2: Upute za izradu

Vrijeme potrebno za izgradnju: oko 30 do 60 min.

Pripremite adapter za nano terminal za lemljenje.

Za potrebe ove demonstracije pripremit ćemo adapter s nano vijčanim priključkom za lakše spajanje tri I2C osjetnika vlage u tlu. Međutim, uz malo kreativnosti, vijčani terminali mogli bi se pripremiti na različite načine kako bi se olakšali drugi uređaji. Ako ne znate što je I2C, pogledajte sljedeće web stranice:

howtomechatronics.com/tutorials/arduino/ho…

www.arduino.cc/en/Reference/Wire

Ideja za korištenje nano vijčanih adaptera preuzeta je iz prekrasnog dizajna zapisničara podataka Edwarda Mallona:

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

Izrežite tragove na stražnjoj strani vijčane stezaljke između velikih i malih igala na položajima 3, 5, 9, 10 i 11 (računajući od vrha priključka) (slika 2). Ovi tragovi odgovaraju oznakama “RST”, “A7”, “A3”, “A2” i “A1” na vijčanoj stezaljki. Rezanje tragova mnogo je lakše ako imate alat tipa 'Dremel', ali ako nemate, mali nož lako će raditi. Nemojte se rezati! Imajte na umu da oznake na vijčanim terminalima i na pro-mini nisu sve iste (nano i pro-mini imaju neke pinove na različitim mjestima). Ovo je jedna od neugodnosti ovog dizajna, ali dovoljno je jednostavno ponovno označiti terminalnu ploču kad završite, ako želite.

Pažljivo sastružite (koristeći Dremel ili mali nož) tanki sloj epoksida izravno uz velike igle 9, 10 i 11 (označene s 'A3', 'A2', 'A1' na nano terminalu) (slika 2). Izloženi bakreni premaz ispod epoksida uzemljen je na Arduino pro-mini ploču. Kasnije ćemo ovaj izloženi dio lemiti na susjedne igle i tako osigurati tri uzemljene vijčane stezaljke.

Korak 3: Upute za izradu

Izrežite osam duljina izolirane žice od 22 cm i izolirajte 5 mm izolacije s jednog kraja i 3 mm s drugog kraja. Preporučujemo korištenje žice s punom jezgrom.

Uzmite četiri od ovih žica, savijte jedan kraj za 90 stupnjeva (kraj s 5 mm ili izloženom žicom) i lemite * preko * (tj. Spajajući sve igle s obilnim lemljenjem i fluksom) na sljedeće točke:

Žica 1: veliki pinovi 3, 4 i 5 (označeni s 'RST', '5V', 'A7' na nano terminalu). Ta ćemo tri vijčana stezaljka preinačiti u tri VCC stezaljke (slika 3).

Korak 4: Upute za izradu

Žica 2: veliki pinovi 9, 10 i 11 (označeni s 'A3', 'A2', 'A1' na nano terminalu), kao i izloženi bakreni premaz koji je ranije bio izložen. Koristite puno lemljenja. Ne brinite ako izgleda neuredno. Ta ćemo tri vijčana stezaljka preinačiti u tri stezaljke za uzemljenje (-) (slika 4).

Korak 5: Upute za izradu

Žica 3: veliki pinovi 13, 14 i 15 (označeni s 'REF', '3V3', 'D13' na nano terminalu). Ova tri vijčana terminala preinačit ćemo u tri A5 SCL terminala za I2C komunikacije (slika 5).

Korak 6: Upute za izradu

Žica 4: veliki pinovi 28, 29 i 30 (označeni s 'D10', 'D11', 'D12' na nano terminalu). Ova tri vijčana terminala preinačit ćemo u tri A4 SDA terminala za I2C komunikacije (slika 6).

Korak 7: Upute za izradu

Lemite po jednu žicu na svaki od malih (opet kažem - malih) pinova 9, 10 i 11 (označeni s 'A3', 'A2', 'A1' na nano terminalu) (slika 7).

Korak 8: Upute za izradu

Lem

preostala žica do velikog pina 22 (s oznakom 'D4' na nano terminalu) (slika 8).

Korak 9: Upute za izradu

Lemite slobodni kraj svake žice u odgovarajuće rupice na štitniku zapisničara podataka Deek-Robot (slika 9):

veliki pin 'RST+5V+A7' na otvor za pin 5V

veliki zatik 'A3+A2+A1' na otvor za pin GND

mali zatik 'A3' na otvor za iglu SCK

mali zatik 'A2' na otvor za pin MISO

mali zatik 'A1' na otvor za MOSI pin

veliki pin 'REF+3V3+D13' na SCL rupu za pin

veliki zatik 'D10+D11+D12' na otvor za pin SDA

i veliki zatik 'D4' na otvor za pin CS

Korak 10: Upute za izradu

Napominjemo da ovdje nudimo nano oznake samo radi lakšeg povezivanja. Ove oznake neće odgovarati pinovima na pro-mini ploči nakon što se umetne u vijčani terminal.

Lemite dvije žice duljine 6 cm u rupe A4 i A5 sa donje strane pro-mini ploče (slika 10).

Korak 11: Upute za izradu

Lemite igle na pro-mini ploču i umetnite je u dovršeni vijčani terminal. Ne zaboravite umetnuti žice A5 i A4 u stezaljke D12 (A4) i D13 (A5) na nano ploči. Uvijek imajte na umu da se pinovi na naljepnicama Arduino i vijčanim terminalima neće točno poravnati (pro-mini i nano ploče imaju različit raspored pinova).

Umetnite bateriju CR 1220 i micro-sd karticu u ploču zapisnika. Koristimo SD kartice kapaciteta manje od 15 GB jer smo imali problema s karticama većeg kapaciteta. Koristimo kartice u formatu FAT32.

Na kraju pokrijte sve lemljene spojeve i vrućim ljepilom pričvrstite sve žice na priključnu ploču.

Ploča je sada spremna za upotrebu. Dovršena ploča sada bi trebala izgledati ovako: Slika 11.

Korak 12: Postavljanje zapisa podataka za uporabu na terenu

Kako biste spriječili da se vaš zapisnik podataka prevrne u okvir za bilježenje podataka, kao i da bi omogućio lak pristup komunikacijskim pinovima, preporučujemo izradu stabilizacijske platforme. Platforma također drži elektroniku barem nekoliko centimetara od dna kutije, u slučaju poplave. Koristimo akrilnu ploču od 1,5 mm i povezujemo je s uređajem za bilježenje podataka vijcima, maticama i podloškama od 4 mm (slika 12).

Korak 13:

Koristimo otvorene izvorne kondenzatorske senzore vlažnosti tla I2C. Kupujemo ih od Catnip Electronics (web stranica ispod). Mogu se kupiti na Tindieju i koštaju oko 9 USD za standardni model i oko 22 USD za robusni model. Koristili smo robusnu verziju u eksperimentima na terenu. Vrlo su robusni i nude slične performanse kao i mnogo skuplje komercijalne alternative (nikoga nećemo staviti na Front Street, ali vjerojatno znate uobičajene osumnjičene).

Catnip Electronics I2C senzor predstavljen u ovom vodiču:

kupiti ovdje:

arduino knjižnica:

arduino knjižnica na Githubu:

Priključite žutu žicu s I2C osjetnika na jedan od vijčanih stezaljki A5. Priključite zelenu žicu s I2C osjetnika na jedan od A4 terminala. Crvene i crne žice sa senzora idu do VCC i uzemljenih terminala.

Stavite četiri napunjene NiMh baterije u kućište za baterije. Priključite crvenu (+) žicu na RAW pin na zapisivaču podataka (tj. RAW pin na pro-mini ploči) (ali pogledajte dolje odjeljak "ušteda energije"). Priključite crnu (-) žicu na jedan od uzemljivača na uređaju za snimanje podataka.

Za dugotrajnu uporabu na terenu, na drvosječu priključite solarnu ploču od 6V 1W. Solarna ploča će se koristiti za pokretanje zapisivača podataka i punjenje baterije tijekom dana, a radi čak i pod oblačnim nebom (iako snijeg predstavlja problem).

Prvo lemite ~ 2A Schottkyjevu diodu na pozitivni terminal solarne ploče. To će spriječiti struju da teče natrag u solarnu ploču ako nema sunčevog zračenja. Ne zaboravite to učiniti ili ćete u kratkom vremenu isprazniti baterije.

Priključite terminal (+) sa solarne ploče (tj. Diode) na RAW pin na logeru (tj. RAW pin na pro-mini) i (-) terminal sa solarne ploče na jedno od uzemljenja terminali na zapisivaču.

Ova postavka omogućuje da ugrađeni regulator napona u pro-mini ploči regulira napon koji dolazi i sa solarne ploče i iz baterije. Sada … Reći ću da ovo nije idealno postavljanje za punjenje NiMh baterija (teško čak i pod savršenim uvjetima). Međutim, solarni paneli koje koristimo ispuštaju oko 150 mA u uvjetima punog sunca, što odgovara približno 0,06 C (C = kapacitet baterije), što se za nas pokazalo kao jednostavan, siguran i pouzdan način punjenja za naše drvosječe. Već ih godinu dana u Coloradu držimo na terenu. Međutim, pogledajte odricanje od odgovornosti - naši drvosječe nemaju apsolutno nikakvo jamstvo. Svaki put kada koristite baterije ili solarne panele na terenu, riskirate požar. Budi oprezan. Koristite ovaj dizajn na vlastitu odgovornost!

Zapisnik podataka i bateriju pričvrstite u kutiju otpornu na vremenske uvjete (slika 13).

Korak 14: Očuvanje energije

Često isključujemo LED diode za napajanje i na pro-mini i na ploči za bilježenje podataka. Tragovi ovih LED dioda mogu se pažljivo izrezati britvicom (vidi donju vezu). Svaka LED troši oko 2,5 mA struje na 5V (donja veza). Međutim, za mnoge primjene ova količina gubitka energije bit će zanemariva i istraživač može jednostavno ostaviti LED diode za napajanje kakve jesu.

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

Također pokrećemo biblioteku 'LowPower.h' (po 'rocketscream'; dolje navedena veza), koja je vrlo jednostavna za upotrebu i značajno smanjuje potrošnju energije između intervala zapisivanja.

github.com/rocketscream/Low-Power

Nakon što uklonite LED diode za napajanje s pro-mini i ploče za bilježenje podataka i pokrenete knjižnicu LowPower.h (pogledajte 'kod' ispod), zapisničar će potrošiti cca. 1mA struje pri 5V dok spavate. Pokretanjem tri I2C senzora istodobno, zapisivač u stanju mirovanja (između ponavljanja uzorkovanja) troši cca 4,5 mA na 5V, i ca 80 mA pri uzorkovanju. Međutim, budući da se uzorkovanje događa vrlo brzo, a rijetko, potrošnja struje od 80 mA ne doprinosi značajnije pražnjenju baterije.

Više energije može se uštedjeti ako ne koristite solarne panele spajanjem (+) terminala baterije izravno na VCC pin na drvosječi. Međutim, izravnim spajanjem na VCC, a ne na RAW pin, izbjegava se regulator napona na ploči, a struja prema senzorima neće biti ni približno konstantna kao što bi bila provedena kroz regulator. Na primjer, napon će se smanjivati kako se baterija prazni tijekom dana i tjedana, a u mnogim slučajevima to će rezultirati značajnim varijacijama u očitanjima senzora (ovisno o senzorima koje koristite). Ne priključujte solarni panel izravno na VCC.

Korak 15: Kodiranje

Uključujemo dvije skice za pokretanje zapisa podataka s tri I2C senzora vlažnosti tla. Prva skica 'logger_sketch' uzorkovat će sa svakog senzora i zabilježiti podatke o kapacitetu i temperaturi na sd karticu svakih 30 minuta (ali ih korisnik može lako promijeniti). Druga skica 'ChangeSoilMoistureSensorI2CAddress' omogućit će korisniku da dodijeli različite I2C adrese svakom od senzora tako da ih zapisničar može koristiti istovremeno. Adrese u 'logger_sketch' mogu se promijeniti u redovima 25, 26 i 27. Knjižnice potrebne za pokretanje senzora mogu se pronaći na Githubu.