Alaska Datalogger: 5 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Η Αλάσκα βρίσκεται στα πρόθυρα της προώθησης της κλιματικής αλλαγής. Η μοναδική του θέση να έχει ένα αρκετά ανέγγιχτο τοπίο κατοικημένο με μια ποικιλία από καναρίνια ανθρακωρυχείου επιτρέπει πολλές ερευνητικές δυνατότητες. Ο φίλος μας Monty είναι αρχαιολόγος που βοηθάει σε κατασκηνώσεις για παιδιά στα εγγενή χωριά που είναι διάσπαρτα στην πολιτεία--Culturalalaska.com. Έφτιαχνε χώρους για την ιστορική διατήρηση των τροφίμων με αυτά τα παιδιά και ήθελε έναν τρόπο παρακολούθησης της θερμοκρασίας που θα μπορούσε να αφήσει για περίπου 8 μήνες του χειμώνα. Μια αποθήκη τροφίμων στην Αλάσκα έχει σχεδιαστεί για να εμποδίζει την είσοδο της Αρκούδας και μπορεί είτε να ταφεί είτε να ασφαλιστεί σε μια μικρή δομή που μοιάζει με καμπίνα σε στύλους. Δυστυχώς η θέρμανση του κλίματος κάνει πολλά από αυτά τα εύχρηστα σχέδια ψυγείων περισσότερο σαν φούρνο μικροκυμάτων αυτό το καλοκαίρι-ειλικρινά είναι πολύ ζεστό εδώ! Υπάρχουν πολλά εμπορικά μηχανήματα καταγραφής δεδομένων, αλλά η Αλάσκα χρειαζόταν τη δική της μάρκα DIY: Αδιάβροχο, Δύο αδιάβροχοι αισθητήρες σε μεγάλες γραμμές που θα μπορούσαν να βρίσκονται μέσα στην κρυφή μνήμη και ένας άλλος για να τοποθετηθεί στην επιφάνεια, Κάτι οικοδομήσιμο για παιδιά με πρόγραμμα STEM, Ελάχιστο συντήρηση, μακροχρόνια μπαταρία, εύκολη λήψη από κάρτα SD, εκτύπωση 3D, επαναφορτιζόμενη, ρολόι πραγματικού χρόνου και φθηνή.

Ο σχεδιασμός είναι πλήρως εκτυπώσιμος με οποιονδήποτε τρισδιάστατο εκτυπωτή και έχω κάνει τον σχεδιασμό για το PCB που μπορείτε να παραγγείλετε και να συμπληρώσετε με εύκολα αποκτήσιμα εξαρτήματα. Η μπαταρία είναι γενική 18650 που θα διαρκέσει περίπου ένα χρόνο με 12 φορές την ημέρα και η φόρτιση γίνεται με την απλή πρίζα για μια ημέρα. Έχει σχεδιαστεί (Fusion 360) γύρω από το δακτύλιο Ο που χρησιμοποιείται στους οικιακούς καθαριστές νερού, έτσι ώστε να είναι εύκολο να το αποκτήσετε και με γράσο πυριτίου και σύσφιξη των καλά τοποθετημένων μπουλονιών θα πρέπει να παρέχεται προστασία για τον χειμώνα της Αλάσκα αν έρθει φέτος….

Βήμα 1: Συγκεντρώστε τα αναλώσιμά σας

Τα υπέροχα σχέδια από το Adafruit αποτελούν τα περισσότερα από τα στοιχεία του πίνακα-είναι λίγο πιο ακριβά, αλλά είναι πολύ λειτουργικά και αξιόπιστα. (Δεν έχω οικονομικούς δεσμούς με καμία εταιρεία…) Χρησιμοποίησα έναν εκτυπωτή Creality CR10 για τα τρισδιάστατα μέρη. Οι δύο διακόπτες έχουν αδιάβροχη ποικιλία.

1. Vktech 5pcs 2M Αδιάβροχο Digitalηφιακό Temperature Temperature Temp Sensor Probe DS18b20 $ 2

2. Adafruit DS3231 Precision RTC Breakout [ADA3013] 14 $

3. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout 5 $

4. Adafruit Feather 32u4 Adalogger $ 22 Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε την έκδοση MO, αλλά η γραμμή στάθμης της μπαταρίας είναι σε διαφορετική ακίδα και πρέπει να την αλλάξετε στο λογισμικό.

5. IZOKEE 0,96 I2C IIC 12864 128X64 Pixel OLED 4 $

6. Ανθεκτικός διακόπτης ενεργοποίησης/απενεργοποίησης μετάλλων με μπλε δακτύλιο LED - 16mm μπλε ενεργοποίηση/απενεργοποίηση 5 $

7. Rugged Metal Pushbutton with Blue LED Ring - 16mm Blue Momentary 5 $

8. Μια ποικιλία γρήγορων συνδέσεων για εύκολη συναρμολόγηση

9. Μπαταρία 18650 5 $

10. Captain O-Ring-Αντικατάσταση φίλτρου νερού Whirlpool WHKF-DWHV, WHKF-DWH & WHKF-DUF

Βήμα 2: Κατασκευάστε το

Ο σχεδιασμός του περιβλήματος είναι χτισμένος γύρω από το εύκολα διαθέσιμο δακτύλιο o από ένα τυπικό φίλτρο νερού Westinghouse ολόκληρου του σπιτιού. Ο δακτύλιος γλιστράει σε μια αυλάκωση με λίπανση πυριτίου ανάμεσα στα δύο τυπωμένα μισά του περιβλήματος. Στο κάτω μέρος του περιβλήματος υπάρχει χώρος για την μπαταρία 18650 και τους δύο αδιάβροχους διακόπτες ελέγχου-υπάρχει επίσης μια τρύπα για την έξοδο των καλωδίων για τους αισθητήρες θερμοκρασίας. Τα δύο αρχεία για το πάνω και το κάτω μισό είναι παρακάτω.

Το κάτω τμήμα ολοκληρώνεται με τη λήψη περίπου 4 mm ή ισοδύναμου μεγέθους νάιλον μπουλόνια και αφαιρώντας τα κεφάλια τους και τσιμεντοποιώντας τα στους πυλώνες στήριξης που έχουν τρυπηθεί για να τους φιλοξενήσουν. Χρησιμοποιήστε ένα κατάλληλο μήκος έτσι ώστε τα παξιμάδια από νάιλον καπάκι στο επάνω μέρος να τα καλύπτουν μόλις ενωθούν τα δύο μισά. Τόσο το άνω όσο και το κάτω τμήμα πρέπει να εκτυπώνονται με υποστήριξη. Το επάνω τμήμα ολοκληρώνεται με κόλληση σε στρογγυλό πλαστικό παράθυρο από λεπτό λεξάνι.

Βήμα 3: Σύρμα

Η συναρμολόγηση του PCB είναι αρκετά απλή. Σχεδίασα τον πίνακα στο Eagle και τον έστειλα στο PCBway για κατασκευή-ειλικρινά είναι το φθηνότερο πράγμα ποτέ. Εάν θέλετε να το συνδέσετε με σφάλματα, αυτό γίνεται εύκολα, απλώς ακολουθήστε το διάγραμμα κυκλώματος στο αρχείο Brd. Η μικρή οθόνη LED συνδέεται μέσω των συνδέσεων I2C στην πλακέτα μαζί με τη δύναμη και τη γείωση. Η καρδιά του συστήματος είναι το TPL5111 το οποίο συνδέεται απευθείας με την μπαταρία και παραμένει συνεχώς αναμμένο. Διαθέτει επιλέξιμο χρονοδιακόπτη (μεταβλητή αντίσταση) που αφυπνίζει το σύστημα κάθε 2 ώρες σε κάθε δευτερόλεπτο ενεργοποιώντας το pin ενεργοποίησης στη μονάδα Feather. Το RTC επικοινωνεί με τον ίδιο δίαυλο I2C με το LED-έχουν διαφορετικές διευθύνσεις. Το φτερό συνδέεται επίσης με την μπαταρία 18650 με καλώδιο JST μέσω του διακόπτη on/off για να απενεργοποιήσετε όλη την τροφοδοσία στο σύστημα. Αυτό επιτρέπει την ενσωματωμένη φόρτιση από το φτερό όταν η μπαταρία είναι χαμηλή, συνδέοντας μια micro USB στο φτερό. Κάθε φορά που ανεβάζετε νέο λογισμικό στο Φτερό πρέπει να θυμάστε να ξεκινάτε το TPL5111 πατώντας το κουμπί του, διαφορετικά το Φτερό δεν θα απαντήσει στην κλήση εκκίνησης USB. Το κουμπί έχει σχεδιαστεί για να παρέχει ισχύ στην οθόνη LED μόνο όταν πιέζεται και επίσης να στέλνει ένα υψηλό σήμα στο TPL5111 που επιτρέπει στο φτερό να ενεργοποιείται για όσο διάστημα έχετε πατημένο το κουμπί. Αυτό γίνεται για να περιοριστεί ο χρόνος ενεργοποίησης της οθόνης - χρησιμοποιείται μόνο για τον έλεγχο της κατάστασης των αισθητήρων θερμοκρασίας, της στάθμης της μπαταρίας και της ώρας/ημερομηνίας και του αρχείου μεγέθους που δημιουργείτε. Το τελευταίο κομμάτι καλωδίωσης είναι οι δύο ανιχνευτές που τοποθετούνται μέσω του τελευταίου σημείου εξόδου στο κάτω μισό. Αυτά συνδέθηκαν με συνδετήρες JST 3 ακίδων για να διευκολύνουν την αφαίρεση. Παραμέλησα να τοποθετήσω την αντίσταση 4.7K στην πλακέτα για να συνδέσω τον πείρο δεδομένων και τάσης στο δίαυλο αισθητήρα θερμοκρασίας. Επομένως, αυτό πρέπει να γίνει σε ένα από τα σημεία σύνδεσης των αισθητήρων στην πλακέτα-είναι επισημασμένα έτσι θα πρέπει να είναι εύκολο. Και οι δύο πηγαίνουν στην ίδια καρφίτσα GPIO στο Φτερό, οπότε είναι απαραίτητη μόνο μία σύνδεση αντίστασης.

Βήμα 4: Προγραμματίστε το

Το πρόγραμμα είναι πολύ εύκολο να κατανοηθεί. Η βιβλιοθήκη SD προορίζεται για τη χρήση του αρχείου κάρτας SD που είναι ενσωματωμένο στον πίνακα φτερών. Οι βιβλιοθήκες OneWire και Dallas Temp προορίζονται για την απομάκρυνση των μετρήσεων ενός καλωδίου από τους αισθητήρες θερμοκρασίας. Το DonePin πρέπει να ειδοποιήσει το TPL5111 ότι έχει ολοκληρωθεί η ανάγνωση όλων των δεδομένων και είναι εντάξει να απενεργοποιήσετε το Featherboard. Το VBatpin είναι ο πείρος στο φτερό που έχει ένα διαχωριστή τάσης πάνω του για να διαβάσει την τιμή της μπαταρίας Lipo. Η βιβλιοθήκη Asciiwire πρέπει να εκτελεί την οθόνη LED. Το OneWireBus είναι το GPIO pin 6 σε αυτήν την περίπτωση. Το σύστημα αρχείων SD για αυτό το Datalogger ρυθμίζει ένα αρχείο ANALOG02. TXT για τη συσσώρευση όλων των δεδομένων. Ανοίγει το ίδιο αρχείο κάθε φορά και απλά προσθέτει σε αυτό. Για να απαλλαγείτε από τα παλιά δεδομένα, πρέπει να αφαιρέσετε το τσιπ από τη θήκη της κάρτας SD και να το κατεβάσετε σε έναν υπολογιστή-για παράδειγμα στο φύλλο EXCEll spread. Αυτό γίνεται εύκολα με την ενότητα εισαγωγής δεδομένων του υπολογιστικού φύλλου. Στη συνέχεια, τα αρχεία αφαιρούνται από το τσιπ και όταν το Φτερό το ανοίξει ξανά δημιουργεί ένα νέο. Στη συνέχεια έρχεται η ρύθμιση ώρας/ημερομηνίας για το RTC. //rtc.adjust(DateTime(F(_DATE_), F (_ TIME_))); αφαιρέστε τους χαρακτήρες σχολίων για να ρυθμίσετε το RTC στον χρόνο εκκίνησης και, στη συνέχεια, επαναπρογραμματίστε το τσιπ με αυτήν τη γραμμή που σχολιάστηκε, έτσι ώστε την επόμενη φορά που θα εκκινήσει ο υπολογιστής να μην χρησιμοποιήσει ξανά τον ίδιο χρόνο εκκίνησης αντί να επιτρέψει στο χρονομέτρη με μπαταρία να το γεμίσει in. Η ενότητα loop () ανοίγει το αρχείο SD, λαμβάνει την ημερομηνία/ώρα, διαβάζει και μετατρέπει και τους δύο αισθητήρες, υπολογίζει το επίπεδο της μπαταρίας και το γράφει στην κάρτα SD. Στη συνέχεια, κάνει το donePin υψηλό για να κλείσει η ακολουθία.

Βήμα 5: Χρησιμοποιώντας το

Η μπαταρία φορτίζεται πλήρως συνδέοντας το Φτερό σε ένα βύσμα MicroUSB. Το LED φόρτισης θα ανάψει μέχρι να φορτιστεί πλήρως-είναι αργό. Μια νέα κάρτα SD χωρίς ANALOG02. TXT τοποθετείται στη θήκη τσιπ. Το κάλυμμα είναι εγκατεστημένο και τα πέντε παξιμάδια βιδώνονται στο ελαστικό παρέμβυσμα. Το κουμπί τροφοδοσίας είναι ενεργοποιημένο και μετά από περίπου 4 δευτερόλεπτα το κουμπί κρατιέται μέσα. Θα εμφανίσει γρήγορα μια προεπιλεγμένη θερμοκρασία και μετά από μια καθαρή οθόνη θα εμφανίσει τα Τ1 και Τ2 ως έξοδο των αισθητήρων θερμοκρασίας. Μπορείτε να ζεστάνετε ένα με το χέρι σας ώστε να μπορεί να επισημανθεί ως Τ1 και Τ2. Η οθόνη θα εμφανίζει επίσης την ώρα, το λεπτό, το δευτερόλεπτο, την ημέρα, τον μήνα και το έτος της ανάγνωσης, καθώς και το επίπεδο της μπαταρίας και πόσο μεγάλο είναι το αρχείο σας σε αυτό το σημείο. Αυτός ο έλεγχος γίνεται για να βεβαιωθείτε ότι όλα λειτουργούν καλά πριν το αφήσετε για 8 μήνες. Αφήστε το κουμπί και τοποθετήστε τους αισθητήρες εκεί που θέλετε να γίνουν οι μετρήσεις θερμοκρασίας. Είναι αδιάβροχα και έτσι ελπίζω να είναι το μηχάνημά σας. Αυτή η αρχική έξοδος των μηχανών θα είναι στην Iliamna Alaska όπου θα είναι υπόγεια μέχρι τον επόμενο Απρίλιο. Κατά την έγκαιρη δοκιμή, αυτή η μπαταρία μεγέθους βρέθηκε να είναι αρκετά καλή για τουλάχιστον 1 1/2 χρόνια σε 12 μετρήσεις ανά ημέρα, όλα λόγω της επιτάχυνσης ισχύος του TPL5111. Οι μελέτες για την υπερθέρμανση του πλανήτη είναι πολύ σημαντικές για όλους να συμμετέχουν-βγείτε έξω και κάντε λίγη επιστήμη!