Arduino Pro-mini zapisovalnik podatkov: 15 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Naredite navodila za odprtokodni zapisovalnik podatkov pro-mini Arduino

Izjava o omejitvi odgovornosti: Naslednja oblika in koda sta brezplačni za prenos in uporabo, vendar nimata nobene garancije ali garancije.

Najprej se moram zahvaliti in promovirati nadarjene ljudi, ki so navdihnili idejo za ta zapisovalnik podatkov in prispevali k uporabljeni kodi in senzorjem. Prvič, ideja za zapisovalnik podatkov je prišla iz zelo dobro zasnovanega in dobro razloženega (žal naša vadnica ni tako dobra) zapisovalnika podatkov Edwarda Mallona: https://thecavepearlproject.org/2017/06/19/ arduin…

Drugič, odprtokodne senzorje vlažnosti tal, ki so bili uporabljeni tukaj, in kodo/knjižnico za njihovo izvajanje je zasnovala in izdelala Catnip Electronics. To so visokokakovostni senzorji in zelo robustni. Spodaj so navedene informacije o tem, kje jih kupiti in pridobiti kodo za njihovo izvajanje (hvala Ingo Fischer).

1. korak: Potrebni materiali, orodja, oprema

Pro-mini Arduino plošča. Za to aplikacijo uporabljamo odprtokodne (kot vsi naši deli) klone kitajske proizvodnje pro-mini (5V, 16MHz, mikroprocesor ATmega 326) (slika 1a). Te plošče lahko kupite na Aliexpressu, Ebayu in podobnih spletnih mestih za manj kot 2 USD. Vendar pa bi lahko enako preprosto uporabljali tudi druge plošče (upoštevajte zahteve glede napetosti potrebnih senzorjev in zahteve pomnilnika programov).

Modul beleženja kartice SD in ure v realnem času (RTC), ki ga je izdal Deek-Robot (ID: 8122) (slika 1b). Ta modul vključuje čitalnik kartic DS13072 RTC in bralnik kartic micro-sd. Te plošče stanejo manj kot 2 USD in so zelo robustne.

Arduino nano (da-"nano") adapter z vijačnim priključkom, ponuja tudi Deek-Robot, ki ga lahko kupite za manj kot 2 USD na Aliexpressu ali podobnem (slika 1c). Kot lahko vidite, obožujemo Aliexpress.

22-milimetrska trdno jedrna izolirana žica (slika 1d).

Škatla za zapisovanje podatkov (slika 1e). Uporabljamo škatle "raziskovalnega razreda", vendar poceni plastična posoda v večini primerov dobro deluje.

Ohišje za baterije 4 AA NiMh (slika 1f). Te je mogoče kupiti na Aliexpressu za ca. 0,20 USD vsak (ja - 20 centov). Ne zapravljajte denarja za dražje etuije za baterije.

6V, ca 1W sončna plošča. Na Aliexpressu ga je mogoče kupiti za manj kot 2 USD.

Spajkalnik, spajkalnik in fluks preteklega tipa.

Pištola za vroče lepilo.

2. korak: Navodila za izdelavo

Čas gradnje: približno 30 do 60 minut.

Pripravite nano terminalni adapter za spajkanje.

Za namene te predstavitve bomo pripravili adapter za nano vijačne sponke, ki bo olajšal priključitev treh senzorjev vlažnosti tal I2C. Z malo ustvarjalnosti pa bi lahko vijačne sponke pripravili na različne načine za olajšanje drugih naprav. Če ne veste, kaj je I2C, si oglejte naslednja spletna mesta:

howtomechatronics.com/tutorials/arduino/ho…

www.arduino.cc/en/Reference/Wire

Zamisel o uporabi nano vijačnih adapterjev je nastala po čudoviti zasnovi zapisovalnika podatkov Edwarda Mallona:

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

Odrežite sledi na zadnji strani vijačnega priključka med velikimi in majhnimi zatiči na položajih 3, 5, 9, 10 in 11 (štetje od vrha priključka) (slika 2). Te sledi ustrezajo oznakam “RST”, “A7”, “A3”, “A2” in “A1” na vijačni sponki. Rezanje sledi je veliko lažje, če imate orodje tipa Dremel, če pa ga ne, bo majhen nož zlahka deloval. Ne porežite se! Upoštevajte, da oznake na vijačnem sponu in na pro-mini niso enake (nano in pro-mini imata nekaj zatičev na različnih mestih). To je ena od neprijetnosti te zasnove, vendar je dovolj enostavno, če na končni plošči znova označite, če želite.

Previdno postrgajte (z Dremelom ali majhnim nožem) tanko plast epoksida neposredno ob velikih zatičih 9, 10 in 11 (označeni z 'A3', 'A2', 'A1' na nano terminalu) (slika 2). Izpostavljeni bakreni premaz pod epoksidom je ozemljen na ploščo Arduino pro-mini. Ta izpostavljeni del bomo kasneje spajkali na sosednje zatiče in tako zagotovili tri ozemljene vijačne sponke.

3. korak: Navodila za izdelavo

Izrežite osem 8 cm dolgih izoliranih žic 22 merilnikov in trak približno 5 mm izolacije z enega konca in 3 mm z drugega konca. Priporočamo uporabo trdne žice.

Vzemite štiri od teh žic, en konec upognite za 90 stopinj (konec s 5 mm ali izpostavljeno žico) in spajkajte * čez * (tj. Združite vse zatiče z obilno spajkanjem in tokom) na naslednje točke:

Žica 1: veliki zatiči 3, 4 in 5 (označeni z 'RST', '5V', 'A7' na nano priključku). Te tri vijačne sponke bomo spremenili v tri VCC sponke (slika 3).

4. korak: Navodila za izdelavo

Žica 2: veliki zatiči 9, 10 in 11 (označeni z "A3", "A2", "A1" na nano terminalu), kot tudi izpostavljena bakrena prevleka, ki je bila izpostavljena prej. Uporabite veliko spajkanja. Ne skrbite, če izgleda grdo. Te tri vijačne sponke bomo spremenili v tri ozemljitvene sponke (-) (slika 4).

5. korak: Navodila za izdelavo

Žica 3: veliki zatiči 13, 14 in 15 (označeni z "REF", "3V3", "D13" na nano priključku). Te tri vijačne sponke bomo spremenili v tri A5 SCL terminale za komunikacijo I2C (slika 5).

6. korak: Navodila za izdelavo

Žica 4: veliki zatiči 28, 29 in 30 (označeni z "D10", "D11", "D12" na nano terminalu). Te tri vijačne sponke bomo spremenili v tri priključke A4 SDA za komunikacijo I2C (slika 6).

7. korak: Navodila za izdelavo

Spajkajte eno žico na vsakega od majhnih (še enkrat povem - majhnih) zatičev 9, 10 in 11 (označenih z 'A3', 'A2', 'A1' na nano terminalu) (slika 7).

8. korak: Navodila za izdelavo

Spajkanje

preostalo žico do velikega zatiča 22 (z oznako 'D4' na nano priključku) (slika 8).

9. korak: Navodila za izdelavo

Prosti konec vsake žice spajkajte v ustrezne luknje na zatiču zapisovalnika podatkov Deek-Robot (slika 9):

velik zatič 'RST+5V+A7' na luknjo za 5V pin

velik zatič 'A3+A2+A1' na luknjo za pin GND

majhen zatič 'A3' na luknjo za zatič SCK

majhen zatič 'A2' na luknjo za pin MISO

majhen zatič 'A1' na luknjo za pin MOSI

velik zatič 'REF+3V3+D13' do luknje za pin SCL

velik zatič 'D10+D11+D12' na luknjo za pin SDA

in velik zatič 'D4' na odprtino za pin CS

10. korak: Navodila za izdelavo

Prosimo, upoštevajte, da tukaj nudimo nano nalepke samo za lažjo povezavo. Te oznake ne bodo ustrezale zatičem na pro-mini plošči, ko je vstavljena v vijačni priključek.

Spajate dve žici dolžine 6 cm v luknje A4 in A5 s spodnje strani pro-mini plošče (slika 10).

11. korak: Navodila za izdelavo

Spajkajte zatiče na pro-mini ploščo in jih vstavite v dokončan vijačni priključek. Ne pozabite vstaviti žic A5 in A4 v sponki D12 (A4) in D13 (A5) na nano plošči. Vedno se spomnite, da se nožice na nalepkah Arduino in navojnih sponk ne bodo ravno poravnale (pro-mini in nano plošče imajo različne razporeditve zatičev).

Baterijo CR 1220 in kartico micro-sd vstavite v ploščo zapisovalnika. Uporabljamo kartice SD z zmogljivostjo manj kot 15 GB, saj smo imeli težave s karticami večje zmogljivosti. Kartice uporabljamo v formatu FAT32.

Na koncu pokrijte vse spajkane spoje in z vročim lepilom pritrdite vse žice na priključno ploščo.

Plošča je zdaj pripravljena za uporabo. Dokončana plošča bi morala izgledati takole: Slika 11.

12. korak: Nastavitev zapisovalnika podatkov za uporabo na terenu

Da preprečite, da bi se vaš zapisovalnik podatkov prevrnil v polje za zapisovanje podatkov, in omogočil enostaven dostop do komunikacijskih zatičev, priporočamo izdelavo stabilizacijske platforme. Platforma prav tako drži elektroniko vsaj nekaj centimetrov od dna škatle v primeru poplave. Uporabljamo 1,5 mm akrilno folijo in jo s 4 mm vijaki, maticami in podložkami povežemo z zapisovalnikom podatkov (slika 12).

13. korak:

Uporabljamo odprtokodne senzorje vlažnosti tal kapacitivnega tipa I2C. Kupujemo jih pri Catnip Electronics (spletno mesto spodaj). Lahko jih kupite na Tindie in stanejo približno 9 USD za standardni model in približno 22 USD za robustni model. V terenskih poskusih smo uporabili robustno različico. So zelo robustni in ponujajo podobne zmogljivosti kot veliko dražje komercialne alternative (na Front Street ne bomo postavili nikogar, verjetno pa poznate običajne osumljence).

Catnip Electronics I2C senzor, predstavljen v tej vadnici:

kupite tukaj:

knjižnica arduino:

knjižnica arduino na Githubu:

Rumeno žico s senzorja I2C pritrdite na enega od vijačnih sponk A5. Zeleno žico senzorja I2C pritrdite na enega od priključkov A4. Rdeče in črne žice iz senzorja gredo na VCC in ozemljitvene sponke.

V ohišje za baterije vstavite štiri napolnjene baterije NiMh. Rdečo (+) žico pritrdite na zatič RAW na zapisovalniku podatkov (tj. Zatič RAW na pro-mini plošči) (vendar glejte razdelek »varčevanje z energijo« spodaj). Črno (-) žico pritrdite na enega od ozemljitvenih zatičev zapisovalnika podatkov.

Za dolgotrajno uporabo na terenu na sekalnik priključite 6V 1W sončno ploščo. Sončna plošča se bo uporabljala za zapisovanje podatkov in polnjenje baterije čez dan, deluje pa tudi pod oblačnim nebom (čeprav je sneg težava).

Najprej spajkajte ~ 2A Schottkyjevo diodo na pozitivni priključek sončne celice. To bo preprečilo, da bi tok tekel nazaj v sončno celico, kadar sončnega sevanja ni. Ne pozabite na to, sicer boste v kratkem izpraznili baterije.

Pritrdite priključek (+) iz sončne celice (tj. Diode) na zatič RAW na zapisovalniku (tj. Zatič RAW na pro-mini) in (-) priključek na sončni plošči na eno od tal terminalov na zapisovalniku.

Ta nastavitev omogoča, da vgrajen regulator napetosti v pro-mini plošči uravnava napetost, ki prihaja tako iz sončne celice kot iz akumulatorja. Zdaj bom rekel, da to ni idealna nastavitev za polnjenje NiMh baterij (težko tudi v popolnih pogojih). Vendar pa sončni kolektorji, ki jih uporabljamo, oddajajo približno 150 mA v pogojih polnega sonca, kar ustreza približno 0,06 C (C = zmogljivost akumulatorja), kar se nam je izkazalo kot preprost, varen in zanesljiv način polnjenja za naše sekače. Tako smo tekali na terenu do enega leta v Koloradu. Prosimo, glejte izjavo o omejitvi odgovornosti - naši sekači nimajo nobene garancije ali garancije. Vsakič, ko na terenu uporabljate baterije ali sončne celice, obstaja nevarnost požara. Bodi previden. Uporabite to zasnovo na lastno odgovornost!

Zapisovalnik podatkov in baterijski paket zavarujte v vremensko odporni škatli (slika 13).

Korak 14: Varčevanje z energijo

Pogosto onemogočimo LED za napajanje tako na pro-mini ploščah kot na ploščah za zapisovanje podatkov. Sledi teh LED lahko previdno izrežete z britvico (glejte spodnjo povezavo). Vsaka LED porabi približno 2,5 mA toka pri 5V (spodnja povezava). Vendar pa bo pri mnogih aplikacijah ta količina izgube energije zanemarljiva in raziskovalec lahko LED za napajanje preprosto pusti takšne, kot so.

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

Zaženemo tudi knjižnico 'LowPower.h' (z 'rocketscream'; spodnja povezava), ki je zelo enostavna za uporabo in znatno zmanjša porabo energije med intervali beleženja.

github.com/rocketscream/Low-Power

Ko odstranite LED za napajanje iz pro-mini in plošče za beleženje podatkov ter zaženete knjižnico LowPower.h (glejte "kodo" spodaj), bo zapisovalnik porabil ca. 1mA toka pri 5V med spanjem. Če hkrati uporabljate tri senzorje I2C, zapisovalnik v načinu mirovanja (med ponavljanjem vzorčenja) porabi približno 4,5 mA pri 5 V in pri vzorčenju približno 80 mA. Ker pa vzorčenje poteka zelo hitro in zelo redko, poraba toka 80 mA ne prispeva bistveno k praznjenju baterije.

Če ne uporabljate sončnih kolektorjev, lahko prihranite več energije tako, da priključite (+) priključek akumulatorja neposredno na pin VCC na zapisovalniku. Vendar pa se z neposredno povezavo z VCC namesto z zatičem RAW izognete regulatorju napetosti na vozilu in tok do senzorjev ne bo tako konstanten, kot bi bil, če bi bil usmerjen skozi regulator. Na primer, napetost se bo zmanjševala, ko se baterija izprazni v dneh in tednih, v mnogih primerih pa bo to povzročilo pomembne razlike v odčitkih senzorjev (odvisno od senzorjev, ki jih uporabljate). Ne priključujte sončne celice neposredno na VCC.

15. korak: Koda

Vključujemo dve skici za izvajanje zapisovalnika podatkov s tremi senzorji vlažnosti tal I2C. Prva skica "logger_sketch" bo vzorčila iz vsakega senzorja in vsakih 30 minut beležila podatke o kapacitivnosti in temperaturi na sd kartico (lahko pa jo uporabnik enostavno spremeni). Druga skica "ChangeSoilMoistureSensorI2CAddress" bo uporabniku omogočila, da vsakemu od senzorjev dodeli različne naslove I2C, tako da jih lahko zapisovalnik podatkov hkrati uporablja. Naslove v 'logger_sketch' lahko spremenite v vrsticah 25, 26 in 27. Knjižnice, potrebne za zagon senzorja, najdete na Githubu.