Αισθητήρας GreenHouse: 8 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Φροντιστήριο Αισθητήρας GreenHouse

Πραγματοποιήθηκε από τον Alain Wei με τη βοήθεια του Pascal Chencaptors | sigfox | ubidots

1. Στόχοι
2. Πράγματα που χρησιμοποιούνται σε αυτό το έργο
3. Βήμα εφαρμογής
4. Αρχή λειτουργίας
5. Σύνδεση συσκευής
6. Ο κώδικας mbed
7. Επεξεργασία και ανάλυση δεδομένων
8. Βελτιστοποιήστε την κατανάλωση του συστήματος
9. Φωτογραφίες

Βήμα 1: Στόχοι

Για αυτό το έργο, θα ήθελα να πραγματοποιήσω ένα αυτόνομο ενεργειακό σύστημα και πρέπει να μετρήσω: τη θερμοκρασία περιβάλλοντος του αέρα, την υγρασία του αέρα, τη θερμοκρασία του εδάφους, την υγρασία του εδάφους, τη φωτεινότητα Lux και RGB.

Βήμα 2: Πράγματα που χρησιμοποιούνται σε αυτό το έργο

Λογαριασμός υλικών:

1) ηλιακό στοιχείο: ένα λεπτό στρώμα ρητίνης επιτρέπει εξωτερική χρήση

2) Chip LiPo Rider Pro: φορτίστε όλα τα έργα σας σε 5 V

3) Chip microcontroller Nucleo STM 32L432KC: παρέχει έναν προσιτό και ευέλικτο τρόπο για τους χρήστες να δοκιμάσουν νέες ιδέες και να δημιουργήσουν πρωτότυπα με οποιαδήποτε γραμμή μικροελεγκτών STM32

4) Ενότητα Sigfox Wisol: για το σχεδιασμό του πρωτοτύπου IOT με δίκτυα Sigfox

5) Οθόνη LCD: Συνδέεται με μικροελεγκτή μέσω του διαύλου I2C ή SPI

6) Μπαταρία ιόντων λιθίου 3, 7V 1050mAh: προστασία από υπερφόρτωση και εκφόρτιση.

7) Αισθητήρας υγρασίας βαρύτητας SEN0193: γνωρίζετε τη συγκέντρωση νερού στο έδαφος. Ο αισθητήρας παρέχει αναλογική τάση ανάλογα με την περιεκτικότητα σε νερό.

8) Αισθητήρας θερμοκρασίας και υγρασίας DHT22: γνωρίζετε τη θερμοκρασία και την υγρασία του αέρα και επικοινωνεί με έναν τύπο arduino μικροελεγκτή ή συμβατό μέσω ψηφιακής εξόδου.

9) Αισθητήρας θερμοκρασίας Grove: γνωρίζετε τη θερμοκρασία του εδάφους και αυτή η μονάδα συνδέεται με μια ψηφιακή είσοδο Grove Base Shield ή Mega Shield μέσω καλωδίου 4 αγωγών που περιλαμβάνεται

10) Αισθητήρας χρώματος ADA1334: ανιχνεύστε το χρώμα μιας πηγής φωτός ή αντικειμένου. Επικοινωνεί μέσω θύρας I2C

11) Αισθητήρας φωτός TSL2561: μετρήστε μια φωτεινότητα από 0,1 έως 40000 Lux. Επικοινωνεί με έναν μικροελεγκτή Arduino μέσω του διαύλου I2C.

Λογισμικό:

1) SolidWorks (σχεδιασμός στερεού μοντέλου)

2) Paint 3d (σχεδιάστε το εικονίδιο της εφαρμογής)

3) Altium (σχεδιάστε το pcb)

4) Mbed (γράψτε κωδικό για την κάρτα)

Βήμα 3: Βήμα εφαρμογής

Αφού γνωρίζουμε το υλικό και το λογισμικό που θα χρησιμοποιήσουμε, υπάρχουν πολλά βήματα που πρέπει να συνειδητοποιήσουμε

1) θα πρέπει να προσομοιώσουμε το κύκλωμα μέσω του Altium

2) θα πρέπει να κάνουμε κάποιες εργασίες σχεδιασμού, για παράδειγμα: να σχεδιάσουμε στερεό μοντέλο μέσω του SolidWorks, να σχεδιάσουμε το εικονίδιο της εφαρμογής μέσω του Paint 3d

3) εάν το κύκλωμα είναι σωστό, μπορούμε να πραγματοποιήσουμε το κύκλωμα στο PCB με τα υλικά που έχουμε προετοιμάσει ακόμα

4) μετά τη σύνδεση του κυκλώματος, θα πρέπει να συγκολλήσουμε το εξάρτημα και να δοκιμάσουμε την ποιότητα του κυκλώματος

5) στο τέλος, θα πρέπει να συσκευάσουμε το κύκλωμα με το συμπαγές μοντέλο που έχουμε ήδη τελειώσει

Βήμα 4: Αρχή εργασίας

SKU Capacitive Soil Moisture SKU: τοποθετήστε το στο έδαφος γύρω από τα φυτά σας και εντυπωσιάστε τους φίλους σας με δεδομένα υγρασίας του εδάφους σε πραγματικό χρόνο

Αισθητήρας θερμοκρασίας και υγρασίας DHT11 ST052: συνδέστε τον αισθητήρα στις καρφίτσες της πλακέτας Αισθητήρας χρώματος ADA1334: διαθέτει στοιχεία ανίχνευσης RGB και Clear light. Ένα φίλτρο αποκλεισμού IR, ενσωματωμένο στο τσιπ και εντοπισμένο στις φωτοδιόδους ανίχνευσης χρώματος, ελαχιστοποιεί το φασματικό στοιχείο IR του εισερχόμενου φωτός και επιτρέπει την ακριβή μέτρηση χρώματος.

Αισθητήρας θερμοκρασίας Grove: τοποθετήστε το στο έδαφος γύρω από τα φυτά σας. Το ψηφιακό θερμόμετρο DS18B20 παρέχει μετρήσεις θερμοκρασίας 9-bit έως 12-bit Celsius και έχει λειτουργία συναγερμού με μη πτητικά ανώτερα και κάτω σημεία ενεργοποίησης που μπορούν να προγραμματιστούν από τον χρήστη.

Αισθητήρας φωτόςTSL2561: Ο αισθητήρας διαθέτει ψηφιακή διεπαφή (i2c). Μπορείτε να επιλέξετε μία από τις τρεις διευθύνσεις, ώστε να έχετε έως και τρεις αισθητήρες σε έναν πίνακα, ο καθένας με διαφορετική διεύθυνση i2c. Το ενσωματωμένο ADC σημαίνει ότι μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε με οποιονδήποτε μικροελεγκτή, ακόμη και αν δεν έχει αναλογικές εισόδους.

1) Χρήση των αισθητήρων για τη συλλογή δεδομένων

2) Τα δεδομένα θα διαβιβαστούν στον μικροελεγκτή

3) Ο μικροελεγκτής θα εκτελέσει το πρόγραμμα που έχουμε ήδη γράψει και θα μεταδώσει τα δεδομένα στη μονάδα Sigfox Wisol

4) Η μονάδα Sigfox Wisol θα μεταφέρει τα δεδομένα στον ιστότοπο Sigfox Backend μέσω της κεραίας

Βήμα 5: Σύνδεση συσκευής

SPIPreInit gSpi (D11, NC, D13); // MOSI MISO CLK

Adafruit_SSD1306_Spi gOled (gSpi, D10, D4, D3); // DC RST CS

Σειριακό wisol (USBTX, USBRX). // tx (A2), rx (A7)

DHT dht22 (A5, DHT:: DHT22); // αναλογικό

TSL2561_I2C Lum (D0, D1); // sda, scl

TCS3472_I2C rgbc (D12, A6); // sda, scl

AnalogIn humidite (A1)? // αναλογικό

Αισθητήρας DS1820 (A0); // αναλογικό

Σημαία DigitalIn (D6). // διακόπτης ελέγχου οθόνης

Βήμα 6: Ο κώδικας Mbed

Μπορείτε να βρείτε τον κωδικό mbed εκεί:

Βήμα 7: Επεξεργασία και ανάλυση δεδομένων

Μετά την αποστολή δεδομένων στον ιστότοπο Sigfox, επειδή το Sigfox περιορίζει κάθε μήνυμα σε μέγιστο αριθμό 12 byte (96 bits), έτσι ορίσαμε διαφορετικές μετρήσεις σε διαφορετικά μεγέθη byte και ορίσαμε τα δεδομένα σε δεκαεξαδικό. Για να μπορέσουμε οι χρήστες να λαμβάνουν δεδομένα πιο καθαρά και βολικά, στέλνουμε τα δεδομένα από το Sigfox στην πλατφόρμα cloud, στην πλατφόρμα cloud, παρουσιάζουμε τα δεδομένα και τα αναλύουμε. Η διαδικασία υλοποίησης έχει ως εξής:

1) Καταχωρήστε τις συσκευές μας στην πλατφόρμα cloud

2) Εισαγάγετε τον ιστότοπο της έκδοσης επανάκλησης της συσκευής Sigfox

3) Ορίστε τη διαμόρφωση παραμέτρων

4) Τοποθετήστε έναν σύνδεσμο λογαριασμού για τη συσκευή στην πλατφόρμα cloud στο μοτίβο url (καλέστε τη διεύθυνση διακομιστή)

5) Συμπληρώστε το σώμα επανάκλησης (το σώμα των πληροφοριών για το αίτημα επανάκλησης)

6) Αποθηκεύστε τις ρυθμίσεις

Η εικόνα δείχνει το αποτέλεσμα στην πλατφόρμα Ubidots, μπορούμε να δούμε ότι τα δεδομένα μετατρέπονται σε δεκαδικά, οπότε λαμβάνουμε δεδομένα πιο καθαρά και βολικά και μπορούμε να δούμε λεπτομερώς το διάγραμμα κάθε δεδομένων, για παράδειγμα: μπορούμε να βρούμε το υψηλότερο θερμοκρασία στον αέρα

Βήμα 8: Βελτιστοποιήστε την κατανάλωση συστήματος

Υπάρχει ρυθμιστής μεταξύ mini usb και Vin στο MCU, αυτός ο ρυθμιστής θα αυξήσει την απώλεια, για να ελαχιστοποιήσουμε την απώλεια του συστήματός μας, θα τροφοδοτήσουμε τον μικροελεγκτή από την ψηφιακή έξοδο και όταν δεν χρησιμοποιούμε το σύστημα, θα κάνουμε τον μικροελεγκτή και οι αισθητήρες κοιμούνται. Αποδεικνύουμε ότι αυτές οι δύο μέθοδοι μπορούν να μειώσουν αποτελεσματικά την απώλεια:

1) Προσθέστε μια αντίσταση μεταξύ του μικροελεγκτή και της γεννήτριας

2) Βρείτε το ρεύμα μέσω της αντίστασης στο παλμογράφο

3) Κάντε τους αισθητήρες να κοιμηθούν και ανακτήστε το ρεύμα μέσω της αντίστασης στο παλμογράφο

4) Βάλτε τον μικροελεγκτή να κοιμηθεί και ανακτήστε το ρεύμα μέσω της αντίστασης στο παλμογράφο. Τα πειραματικά μας αποτελέσματα είναι τα εξής

Ανακαλύπτουμε ότι όταν κάνουμε τον μικροελεγκτή να κοιμηθεί, η απώλεια συστήματος ελαχιστοποιείται. Και όταν αφυπνιστεί ο μικροελεγκτής, οι αισθητήρες μπορούν να συλλέγουν δεδομένα και να τα στέλνουν στο Sigfox. Υπάρχει όμως ένα πρόβλημα, όταν κάνουμε τον μικροελεγκτή να κοιμηθεί, υπάρχει ακόμα το ρεύμα μεταξύ MCU και αισθητήρων, πώς να εξαλειφθεί αυτό το ρεύμα; Χρησιμοποιώντας το Mosfet, συνδέουμε την πύλη με την ψηφιακή έξοδο MCU, συνδέουμε την αποστράγγιση με αισθητήρες και συνδέουμε την πηγή με ακίδα 3, 3V MCU. Όταν η τάση πύλης είναι μικρότερη από Vgs (τάση κατωφλίου πύλης), υπάρχει το μπλοκ μεταξύ πηγής και αποστράγγισης, δεν υπάρχει τάση στο τέλος των αισθητήρων. Έτσι, όταν κάνουμε τον μικροελεγκτή να κοιμηθεί, πρέπει να διασφαλίσουμε ότι η τάση της πύλης είναι μικρότερη από το Vgs και όταν λειτουργεί το MCU, η τάση της πύλης θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από το Vgs, αυτοί είναι οι κανόνες για την εύρεση του εφαρμοστέου Mosfet.