Arduino Pro-mini datalogger: 15 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Byg instruktioner til open-source pro-mini Arduino datalogger

Ansvarsfraskrivelse: Følgende design og kode er gratis at downloade og bruge, men der er absolut ingen garanti eller garanti overhovedet.

Jeg skal først takke og promovere de talentfulde mennesker, der har inspireret ideen til denne datalogger og bidraget til koden og sensorer, der blev brugt. For det første kom ideen til dataloggeren fra den meget veldesignede og vel forklarede (undskyld vores tutorial er ikke så god) datalogger fra Edward Mallon: https://thecavepearlproject.org/2017/06/19/ arduin …

For det andet blev open-source jordfugtighedsfølere, der blev brugt her, samt koden/biblioteket til at køre dem, designet og bygget af Catnip Electronics. Det er sensorer af høj kvalitet og meget robuste. Oplysninger om, hvor du kan købe dem og få koden til at køre dem (tak Ingo Fischer), er angivet nedenfor.

Trin 1: Materialer, værktøjer, nødvendigt udstyr

Pro-mini Arduino bord. Til denne applikation bruger vi open-source (som alle vores dele) kinesiskfremstillede pro-mini-kloner (5V, 16MHz, ATmega 326 mikroprocessor) (fig. 1a). Disse tavler kan købes på Aliexpress, Ebay og lignende websteder for mindre end $ 2US. Andre tavler kan dog bruges lige så let (bemærk spændingskravene til nødvendige sensorer samt krav til programhukommelse).

SD-kort og real-time-ur (RTC) logningsmodul udsendt af Deek-Robot (ID: 8122) (figur 1b). Dette modul indeholder en DS13072 RTC og micro-sd-kortlæser. Disse tavler koster mindre end $ 2US og er meget robuste.

Arduino nano (ja-"nano") skrueterminaladapter, lagde også Deek-Robot ud, som kan købes for mindre end $ 2US fra Aliexpress eller lignende (fig. 1c). Som du kan se, elsker vi bare Aliexpress.

22 gage solid-core isoleret tråd (fig. 1d).

Dataloggerboks (fig. 1e). Vi bruger kasser af "forskningskvalitet", men billig plastik fungerer fint i de fleste situationer.

Batterikasse til 4 AA NiMh -batterier (fig. 1f). Disse kan købes på Aliexpress for ca. 0,20 dollar hver (ja - 20 øre). Spild ikke dine penge på dyrere batterikasser.

6V, ca 1W solpanel. Kan købes på Aliexpress for under $ 2US.

Loddejern, lodde og tidligere type flux.

Varm limpistol.

Trin 2: Byg instruktioner

Tid krævet til byggeri: ca. 30 til 60 min.

Forbered nano -terminaladapter til lodning.

I forbindelse med denne demonstration vil vi forberede nano -skrueterminaladapteren for at lette tilslutning af tre I2C jordfugtighedsfølere. Men med lidt kreativitet kunne skrueterminalerne forberedes på forskellige måder for at lette andre enheder. Hvis du ikke ved, hvad I2C er, skal du tjekke følgende websteder:

howtomechatronics.com/tutorials/arduino/ho…

www.arduino.cc/en/Reference/Wire

Ideen om at bruge nano-skrueadaptere blev taget fra Edward Mallons vidunderlige datalogger-design:

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

Skær sporene på bagsiden af skrueterminalen mellem de store og små stifter i position 3, 5, 9, 10 og 11 (tællende fra toppen af terminalen) (fig. 2). Disse spor svarer til etiketterne "RST", "A7", "A3", "A2" og "A1" på skrueterminalen. Det er meget lettere at skære sporene, hvis du har et værktøj af 'Dremel'-type, men hvis du ikke gør det, fungerer en lille kniv let. Skær ikke dig selv! Bemærk, at etiketterne på skrueterminalen og på pro-mini ikke alle er ens (nano og pro-mini har nogle stifter forskellige steder). Dette er en af ulemperne ved dette design, men det er let nok at ommærke terminalbordet, når du er færdig, hvis du vil.

Skrab forsigtigt (ved hjælp af en Dremel eller en lille kniv) det tynde lag af epoxy direkte op til store ben 9, 10 og 11 (mærket 'A3', 'A2', 'A1' på nanoterminalen) (fig. 2). Den eksponerede kobberbelægning under epoxyen er jordet til Arduino pro-mini-kortet. Vi vil senere lodde denne eksponerede sektion til de tilstødende stifter og dermed give tre jordede skrueterminaler.

Trin 3: Byg instruktioner

Klip otte 8 cm lange længder af isoleret 22 gauge tråd og fjern ca. 5 mm isolering fra den ene ende og 3 mm fra den anden ende. Vi anbefaler at bruge solid core wire.

Tag fire af disse tråde, bøj den ene ende 90 grader (enden med 5 mm eller udsat tråd) og lod * på tværs * (dvs. at forbinde alle stifter med rigelig lodning og flux) til følgende punkter:

Tråd 1: store stifter 3, 4 og 5 (mærket 'RST', '5V', 'A7' på nanoterminal). Vi vil ændre disse tre skrueterminaler til tre VCC -terminaler (fig. 3).

Trin 4: Byg instruktioner

Wire 2: store ben 9, 10 og 11 (mærket 'A3', 'A2', 'A1' på nanoterminal) samt den eksponerede kobberbelægning, der blev afsløret tidligere. Brug masser af loddetin. Bare rolig, hvis det ser rodet ud. Vi ændrer disse tre skrueterminaler til tre jordklemmer (-) terminaler (fig. 4).

Trin 5: Byg instruktioner

Tråd 3: store stifter 13, 14 og 15 (mærket 'REF', '3V3', 'D13' på nanoterminalen). Vi vil ændre disse tre skrueterminaler til tre A5 SCL -terminaler til I2C -kommunikation (fig. 5).

Trin 6: Byg instruktioner

Tråd 4: store stifter 28, 29 og 30 (mærket 'D10', 'D11', 'D12' på nanoterminalen). Vi vil ændre disse tre skrueterminaler til tre A4 SDA -terminaler til I2C -kommunikation (fig. 6).

Trin 7: Byg instruktioner

Lod en ledning til hver af de små (jeg siger igen - små) ben 9, 10 og 11 (mærket 'A3', 'A2', 'A1' på nanoterminalen) (Fig. 7).

Trin 8: Byg instruktioner

Lodde

den resterende ledning til den store stift 22 (mærket 'D4' på nanoterminalen) (fig. 8).

Trin 9: Byg instruktioner

Lod den frie ende af hver ledning ind i de tilsvarende pin-huller på Deek-Robot-datalogger-skærmen (fig. 9):

stor pin 'RST+5V+A7' til 5V pinhullet

stor pin 'A3+A2+A1' til GND -pinhullet

lille pin 'A3' til SCK -pinhullet

lille pin 'A2' til MISO pin -hullet

lille pin 'A1' til MOSI -pinhullet

stor pin 'REF+3V3+D13' til SCL -pinhullet

stor pin 'D10+D11+D12' til SDA -pinhullet

og stor pin 'D4' til CS -pinhullet

Trin 10: Byg instruktioner

Bemærk, at vi kun leverer nano -etiketterne her for at lette forbindelsen. Disse etiketter svarer ikke til stifterne på pro-mini-kortet, når de er indsat i skrueterminalen.

Lod to 6 cm lange ledninger ind i hullerne A4 og A5 fra undersiden af pro-mini-kortet (fig. 10).

Trin 11: Byg instruktioner

Loddebolte til pro-mini-kortet og indsætte det i den færdige skrueterminal. Glem ikke at indsætte A5- og A4 -ledningerne i D12 (A4) og D13 (A5) terminalerne på nanokortet. Husk altid, at benene på Arduino- og skrueterminaletiketterne ikke ligefrem flugter (pro-mini og nano boards har forskellige pin-arrangementer).

Indsæt et CR 1220-batteri og et micro-sd-kort i loggerkortet. Vi bruger SD -kort med kapacitet mindre end 15 GB, da vi har haft problemer med kort med større kapacitet. Vi bruger formatering af kortene til FAT32.

Til sidst dækkes alle loddede samlinger og fastgøres alle ledninger til terminalpladen med varm lim.

Tavlen er nu klar til brug. Det færdige bord skal nu se sådan ud: Fig. 11.

Trin 12: Opsætning af dataloggeren til feltbrug

For at forhindre din datalogger i at vælte i dataloggerboksen samt give let adgang til kommunikationsnålerne, anbefaler vi at lave en stabiliserende platform. Platformen holder også elektronikken mindst et par centimeter fra bunden af kassen, i tilfælde af oversvømmelse. Vi bruger 1,5 mm akrylark og forbinder det med dataloggeren med 4 mm bolte, møtrikker og skiver (fig. 12).

Trin 13:

Vi bruger jordfugtighedsfølere med open source I2C-kapacitans. Vi køber dem fra Catnip Electronics (webstedet nedenfor). De kan købes på Tindie og koster ca $ 9US for standardmodellen og ca $ 22US for den robuste model. Vi har brugt den robuste version i feltforsøg. De er meget robuste og tilbyder lignende ydeevne som meget dyrere kommercielle alternativer (vi vil ikke sætte nogen på Front Street, men du kender sikkert de sædvanlige mistænkte).

Catnip Electronics I2C -sensor i denne vejledning:

køb her:

arduino bibliotek:

arduino bibliotek på Github:

Fastgør den gule ledning fra I2C -sensoren til en af A5 -skrueterminalerne. Fastgør den grønne ledning fra I2C -sensoren til en af A4 -terminalerne. Røde og sorte ledninger fra sensoren går til henholdsvis VCC og jordterminaler.

Læg fire opladede NiMh -batterier i batterikassen. Fastgør den røde (+) ledning til RAW-stiften på dataloggeren (dvs. RAW-stiften på pro-mini-kortet) (men se afsnittet "strømbesparelse" nedenfor). Sæt den sorte (-) ledning på en af jordstifterne på dataloggeren.

Ved langvarig brug i marken skal du vedhæfte et 6V 1W solpanel til loggeren. Solpanelet bruges til at køre dataloggeren og oplade batteriet i løbet af dagen og fungerer selv under overskyet himmel (selvom sne er et problem).

Først loddes en ~ 2A Schottky -diode på solpanelets positive terminal. Dette forhindrer strøm i at strømme tilbage i solpanelet, når der ikke er solstråling. Glem ikke at gøre dette, ellers får du døde batterier på ingen tid.

Fastgør (+) terminalen fra solpanelet (dvs. dioden) til RAW pin på loggeren (dvs. RAW pin på pro-mini) og (-) terminalen fra solpanelet til en af jorden terminaler på loggeren.

Denne opsætning gør det muligt for den indbyggede spændingsregulator i pro-mini-kortet at regulere spændingen fra både solpanelet og batteripakken. Nu … vil jeg sige, at dette ikke er et ideelt setup til opladning af NiMh-batterier (svært selv under perfekte forhold). De solpaneler, vi bruger, slukker dog ca. 150mA under fuld solforhold, hvilket svarer til ca. 0,06 C (C = batteripakkens kapacitet), hvilket har vist sig for os at være en enkel, sikker og pålidelig opladningsmetode for vores skovhuggere. Vi har haft dem kørende på denne måde i feltet i op til et år i Colorado. Se dog ansvarsfraskrivelse - vores loggere kommer absolut med ingen garanti eller garanti. Hver gang du bruger batterier eller solpaneler i marken, risikerer du at starte en brand. Vær forsigtig. Brug dette design på egen risiko!

Fastgør dataloggeren og batteripakken i en vejrbestandig boks (fig. 13).

Trin 14: Strømbesparelse

Vi deaktiverer ofte strøm-LED'erne fra både pro-mini- og datalogger-kortene. Sporene til disse lysdioder kan omhyggeligt skæres med et barberblad (se link herunder). Hver LED forbruger ca. 2,5mA strøm ved 5V (link nedenfor). Imidlertid vil denne mængde strømtab for mange applikationer være ubetydelig, og forskeren kan simpelthen lade strøm -LED'erne være, som de er.

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

Vi kører også biblioteket 'LowPower.h' (ved 'rocketscream'; linket nedenfor), som er meget let at bruge og reducerer strømforbruget betydeligt mellem logningsintervaller.

github.com/rocketscream/Low-Power

Efter at have fjernet strøm-LED'erne fra pro-mini og datalogningskortet og kørt LowPower.h-biblioteket (se 'kode' nedenfor), vil loggeren forbruge ca. 1mA strøm ved 5V, mens du sover. Ved at køre tre I2C -sensorer samtidigt, bruger loggeren i dvaletilstand (mellem prøveudtagningsgenerationer) ca. 4,5 mA ved 5V og ca. 80mA ved prøveudtagning. Fordi prøveudtagning sker meget hurtigt og ganske sjældent, bidrager strømforsyningen på 80 mA ikke meningsfuldt til batteridrænning.

Der kan spares mere strøm, når du ikke bruger solpaneler ved at tilslutte (+) batteripolen direkte til VCC -stiften på loggeren. Men ved at oprette forbindelse direkte til VCC frem for RAW-stiften undgås den indbyggede spændingsregulator, og strøm til sensorerne vil ikke være nær så konstant, som den ville have været, hvis den blev ført gennem regulatoren. For eksempel vil spændingen falde, når batteriet tømmes i løbet af dage og uger, og i mange tilfælde vil dette resultere i en betydelig variation i sensoraflæsningerne (afhængigt af hvilke sensorer du bruger). Tilslut ikke et solpanel direkte til VCC.

Trin 15: Kode

Vi inkluderer to skitser til at køre dataloggeren med tre I2C jordfugtighedssensorer. Den første skitse 'logger_sketch' vil prøve fra hver sensor og logge kapacitans- og temperaturdata til SD -kortet hvert 30. minut (men kan let ændres af brugeren). Den anden skitse 'ChangeSoilMoistureSensorI2CAddress' giver brugeren mulighed for at tildele forskellige I2C-adresser til hver af sensorerne, så de kan bruges samtidigt af dataloggeren. Adresser i 'logger_sketch' kan ændres på linje 25, 26 og 27. De biblioteker, der er nødvendige for at køre sensoren, findes på Github.