Cảm biến bể bơi năng lượng mặt trời Crocodile: 7 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Tài liệu hướng dẫn này cho thấy cách xây dựng một cảm biến hồ bơi khá đặc biệt để đo nhiệt độ hồ bơi và truyền nó qua WiFi tới Ứng dụng Blynk và tới nhà môi giới MQTT. Tôi gọi nó là "Cảm biến bể bơi năng lượng mặt trời cá sấu". Nó sử dụng môi trường lập trình Arduino và bo mạch ESP8266 (Wemos D1 mini pro).

Dự án này có gì đặc biệt?

• Cái nhìn chỉ là tuyệt vời
• Hoàn toàn độc lập với các nguồn điện (bảng điều khiển năng lượng mặt trời nuôi pin LiPo)
• Cảm biến kết nối WiFi ESP8266 công suất thấp
• Cảm biến nhiệt độ chính xác thay vì cao
• Truyền dữ liệu về nhiệt độ và điện áp tới Blynk APP cho điện thoại di động của bạn
• Đồng thời gửi dấu thời gian "cập nhật lần cuối" tới Blynk APP
• Truyền dữ liệu về nhiệt độ và điện áp đến một nhà môi giới MQTT
• Có thể chuyển đổi độ C và độ F
• Có thể được lập trình lại

Trình độ kỹ năng của bạn: trung cấp đến dày dặn kinh nghiệm

Quân nhu

Đối với bản dựng này, bạn sẽ cần biết cách hoạt động với:

• Arduino IDE (môi trường lập trình)
• một cái mỏ hàn
• cái khoan
• một con dao sắc bén
• keo epoxy
• keo nóng
• bọt phun công nghiệp
• màu phun

Bước 1: Các thành phần cần thiết

Những thứ này là cần thiết để xây dựng cảm biến hồ bơi tốt đẹp này:

• Đầu cá sấu (nhựa xốp) được tìm thấy ở đây: Amazon: Crocodile Head
• HOẶC cách khác: Vỏ thuyền (Aliexpress). Vui lòng xem bước 6 để biết điều này.
• ESP8266 Wemos D1 mini pro: (Aliexpress)
• Bảng điều khiển năng lượng mặt trời 0,25W 45x45mm: (Aliexpress)
• ** CHỈNH SỬA sau một năm sử dụng: Tôi thực sự khuyên bạn nên sử dụng pin mạnh hơn như 18650 (ví dụ: Aliexpress)
• Mô-đun sạc pin TP4056: (Aliexpress)
• Cảm biến nhiệt độ không thấm nước DS 18b20: (Aliexpress)
• Dây 22 AWG (Aliexpress)
• Bảng mạch PCB nguyên mẫu 5x7cm (Aliexpress)
• Điện trở 220 Ohm và 4,7 kOhm
• một cáp USB sang MicroUSB ngắn

Ngoài ra:

• Keo bọt cách nhiệt @ DIY market hoặc tại đây: (Amazon)
• Sơn chống thấm @ chợ DIY hoặc tại đây: (Amazon)
• Phun sơn lót Filler @ DIY market hoặc tại đây: (Amazon)
• Epoxy lỏng cho lớp phủ chống thấm @ DIY Market
• Keo nóng

Bạn có thể cần sử dụng máy in 3D để in vỏ chống thấm nước cho cổng USB.

Bước 2: Điện tử

Tôi nghĩ rằng dễ dàng nhất để bắt đầu với một số PCB nguyên mẫu phổ thông tự làm này và tôi nhận thấy rằng kích thước 5x7cm là hoàn hảo cho mục đích này.

Các bước xây dựng:

1. Chuẩn bị D1 mini pro để sử dụng ăng-ten bên ngoài:

   1. Điện trở 0 Ohm không làm lạnh bên cạnh ăng-ten gốm
   2. Xoay điện trở 0 Ohm xuống dưới và hàn kết nối với ăng-ten bên ngoài (giải thích tốt được tìm thấy ở đây - Bước 5)
2. Đặt các bộ phận và quyết định bố trí trên PCB nguyên mẫu trước khi bạn bắt đầu hàn
3. Hàn các chân vào D1 mini pro
4. Hàn các chân chờ vào bảng nguyên mẫu
5. Hàn các chân của bảng sạc vào PCB nguyên mẫu
6. Hàn bảng bộ sạc vào các chân
7. Cắt cáp của cảm biến nhiệt độ thành chiều dài 20 cm
8. Vui lòng xem hình ảnh trên để kết nối cảm biến nhiệt độ
9. Hàn cáp với bảng điều khiển năng lượng mặt trời
10. KHÔNG ĐƯỢC hàn cáp bảng điều khiển năng lượng mặt trời vào bảng - chúng cần được dán trước tiên vào đầu cá sấu
11. Làm theo giản đồ Fritzing ở trên để hàn tất cả các kết nối còn lại với PCB
12. Sau khi tất cả các thành phần được kết nối và hàn, hãy sử dụng một số keo nóng để cố định pin Xin lưu ý: Để đặt ESP8266 ở chế độ ngủ, cần phải kết nối chân D1 với chân RST. Đôi khi D1 mini pro gây ra sự cố với cổng nối tiếp nếu cổng D0 và RST được kết nối. Một trong những tôi đã sử dụng (xem liên kết Aliexpress ở trên) không có vấn đề này. Nếu bạn đang gặp phải sự cố này, bạn có thể cần sử dụng một jumper hoặc một công tắc để ngắt kết nối hai chân để tải lên mã mới. Nhưng (!) Thì bạn không có cơ hội lập trình lại một khi đầu cá sấu đã được niêm phong. Trong trường hợp này, bạn cũng không cần phải mang cổng USB ra bên ngoài (ví dụ: khoan lỗ thứ ba).

Bước 3: Phần cứng 1 (Chuẩn bị đầu cá sấu)

Trong bước này, chúng tôi chuẩn bị mặt sau của đầu cá sấu để có đủ không gian cho các thiết bị điện tử. Và chúng tôi đang khoan một số lỗ cho ăng-ten, bảng điều khiển năng lượng mặt trời và cổng USB. Tôi đã lên kế hoạch cho dự án của mình trước mà không có cổng USB. Nhưng sau đó tôi nghĩ rằng tôi sẽ không thể thực hiện một số cập nhật phần mềm một khi con cá sấu đã bị niêm phong trở lại. Do đó, tôi quyết định sử dụng cáp USB ngắn từ micro-USB sang USB để cho phép truy cập từ bên ngoài vào bo mạch ESP8266. Các bước tiếp theo cần làm:

• Sử dụng một con dao sắc để cắt một ít hơn 7x5 cm (kích thước của bảng nguyên mẫu của bạn) khỏi bề mặt cứng
• Dùng thìa hớt bỏ phần bọt bên trong mềm hơn.
• Chỉ cần đảm bảo rằng bạn có đủ không gian cho cáp và bo mạch của mình
• Hãy thử xem nó có vừa không và vẫn còn một khoảng trống để đắp nó sau

Bây giờ khoan hai hoặc ba lỗ vào đầu:

• cho bảng điều khiển năng lượng mặt trời
• cho ăng-ten
• (tùy chọn) cho cổng USB để cho phép lập trình sau này

Dùng epoxy 2 thành phần (5 phút) để dán keo và trám bít các lỗ này lại. Sử dụng đủ keo epoxy! Hãy chắc chắn rằng nó sẽ không thấm nước sau đó!

1. Dán cáp bảng điều khiển năng lượng mặt trời vào đầu và bịt kín lỗ đúng cách
2. Dán tấm pin năng lượng mặt trời giữa hai mắt
3. Keo ổ cắm ăng-ten vào đầu và bịt kín lỗ đúng cách
4. Dán keo cắm USB và bịt kín lỗ đúng cách

Để tránh nước gây ăn mòn cổng USB, tôi đã in 3D một nắp bảo vệ nhỏ.

Bước 4: Phần mềm

Bạn cần có một môi trường Arduino đang chạy. Nếu không, hãy kiểm tra điều này.

Quá trình thiết lập phần cứng diễn ra ngay lập tức (trên máy Mac của tôi):

LOLIN (WEMOS) D1 mini Pro, 80 MHz, Flash, 16M (14M SPIFFS), v2 Bộ nhớ thấp hơn, Tắt, Không có, Chỉ Sketch, 921600 trên /dev/cu. SLAB_USBtoUART

Lấy mã Arduino tại đây: Mã Arduino tại Github

Mã đang gửi nhiệt độ và điện áp của pin đến Blynk. Chỉ cần tải ứng dụng Blynk vào điện thoại di động của bạn và tạo một dự án mới. Blynk sẽ gửi cho bạn một Mã xác thực cho dự án này. Nhập mã thông báo này vào tệp Settings.h. Cài đặt mặc định sẽ gửi

• nhiệt độ thành VIRTUAL PIN 11
• điện áp vào mã PIN VIRTUAL 12
• dấu thời gian cập nhật cuối cùng cho mã PIN VIRTUAL 13

nhưng có thể dễ dàng thay đổi các chân này trong mã. Chỉ cần chơi xung quanh với tất cả các vật dụng Blynk sử dụng V11, V12 và V13 - điều đó thật thú vị. Nếu bạn chưa quen với điều này, chỉ cần đọc hướng dẫn của bạn tôi Debasish - hầu hết điều này được giải thích ở đó trong Bước 19.

Phần mềm cũng được chuẩn bị để sử dụng một nhà môi giới MQTT.

Trong Settings.h có một biến toàn cục được gọi là MQTT. Điều này cần được đặt thành true hoặc false tùy thuộc vào việc bạn có đang sử dụng MQTT hay không.

Trong trường hợp của tôi, tôi đang sử dụng nhà môi giới MQTT (Orange PI Zero, Mosquitto, Node-Red) và một bảng điều khiển nơi tất cả dữ liệu cảm biến của tôi được kết hợp với nhau. Nếu bạn chưa quen với MQTT, hãy để Google giúp bạn thiết lập nó.

Nếu bạn đã quen với MQTT, tôi chắc chắn rằng bạn sẽ hiểu mã.

Bước 5: Phần cứng 2 (Niêm phong lại)

Trong bước này, chúng tôi cần đóng gói tất cả các thiết bị điện tử (phần mềm đã được tải và kiểm tra) và niêm phong bụng cá sấu của chúng tôi một lần nữa. Cá nhân tôi thấy có hai giải pháp khả thi:

1. Sử dụng một tấm kính acrylic và dán nó bằng keo epoxy chống thấm vào bụng. Đối với cáp cảm biến nhiệt độ, hãy sử dụng ống cáp chống thấm nước (tôi rất tiếc vì tôi đã không chọn tùy chọn này - sau tất cả những gì tôi đã trải qua, tôi thực sự khuyên bạn nên đi theo cách này.)
2. Sử dụng xốp công nghiệp và trám lại các khe hở, sau đó dùng sơn chống thấm để trám bít lại. Và hoàn thiện nó bằng chất độn và sơn.

Vì vậy, tôi quyết định cho tùy chọn 2. Các bước như sau:

1. Hàn cáp bảng điều khiển năng lượng mặt trời với bảng
2. Kết nối cáp ăng-ten
3. Kết nối cáp USB với bo mạch ESP8266 (VÀ KHÔNG với bo mạch sạc)
4. Bóp tất cả cáp và bo mạch vào lỗ
5. Để 5-10cm của cáp cảm biến nhiệt độ treo ra ngoài
6. Sử dụng bọt công nghiệp để lấp đầy tất cả các khoảng trống (Chú ý - bọt nở ra rất nhiều)
7. Để khô và dùng dao sắc cắt bỏ bọt sau đó.
8. Bây giờ bạn hãy dùng một ít sơn chống thấm (dùng để sửa mái nhà) và sơn toàn bộ
9. Để khô và dùng bình xịt sơn phụ để tạo lớp vỏ cứng (bạn cần làm đi làm lại)
10. CHỈNH SỬA QUAN TRỌNG (sau một vài tuần ở trong nước): Phủ hai hoặc ba lớp phủ trên toàn bộ epoxy lỏng để tạo ra một lớp sơn chống thấm thực sự.
11. Để khô - ĐÃ KẾT THÚC!

Bước 6: Bản dựng thay thế

Vì bản dựng đầu tiên với croc vẫn là yêu thích của tôi, tôi phải thừa nhận rằng tôi đã chọn sai pin (quá yếu). Rất tiếc, tôi không thể đổi pin được nữa vì nó đã được niêm phong trong thân giày crocs.

Đây là lý do tại sao tôi quyết định thực hiện một giải pháp khác với một chiếc thuyền làm vật để tiếp cận tốt hơn các thiết bị điện tử và pin nếu cần.

Các thay đổi:

• Shell (https://www.aliexpress.com/item/32891355836.html)
• Pin LiIon 18650
• Chèn in 3D để gắn hai bảng (ESP8266 và mô-đun bộ sạc)

Bước 7: Phụ lục: Màn hình / Cảm biến bổ sung

Nếu bạn muốn vượt ra ngoài việc hiển thị dữ liệu nhóm chỉ trên Ứng dụng Blynk, bạn cũng có thể đẩy dữ liệu đó đến nhà môi giới MQTT. Điều này cho phép bạn sử dụng nhiều khả năng hơn để hiển thị dữ liệu nhóm (hoặc dữ liệu khác) của bạn trên các thiết bị khác nhau. Một sẽ là Bảng điều khiển Node Red trên Raspberry Pi (xem hình trên) hoặc màn hình ma trận LED. Nếu bạn quan tâm đến Ma trận LED, vui lòng tìm mã tại đây:

Nhân tiện, tôi đã kết hợp dự án này với Trạm thời tiết mặt trời bao gồm dự báo thời tiết Zambretti từ dự án này:

Nguồn cảm hứng của Trạm thời tiết mặt trời này đến từ người bạn Ấn Độ Debasish của tôi. Vui lòng tìm người hướng dẫn của anh ấy tại đây:

Giải nhất cuộc thi Cảm biến