Alaska Datalogger: 5 Bước (có Hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Alaska đang trên đà tiến tới của biến đổi khí hậu. Vị trí độc đáo của nó có một cảnh quan còn khá hoang sơ với nhiều loài chim hoàng yến mỏ than cho phép rất nhiều khả năng nghiên cứu. Bạn của chúng tôi, Monty là một Nhà khảo cổ học, người giúp dựng trại cho trẻ em ở các Làng bản địa nằm rải rác khắp tiểu bang--Culturalalaska.com. Anh ấy đã xây dựng các trang web lưu trữ lịch sử để bảo quản thực phẩm với những đứa trẻ này và muốn có một cách theo dõi nhiệt độ mà anh ấy có thể để lại trong khoảng 8 tháng mùa đông. Một kho chứa thức ăn ở Alaska được thiết kế để ngăn chặn sự xâm nhập của Gấu và có thể được chôn hoặc cố định trong một cấu trúc giống như cabin nhỏ trên các cột. Thật không may, sự nóng lên của khí hậu làm cho nhiều thiết kế tủ lạnh tiện dụng này giống như một chiếc lò vi sóng vào mùa hè này - thành thật mà nói, nó thực sự rất nóng ở đây! Có rất nhiều máy ghi dữ liệu thương mại trên thị trường nhưng Alaska cần thương hiệu DIY của riêng mình: Không thấm nước, Hai cảm biến chống thấm nước trên các đường dài có thể nằm trong bộ nhớ cache và một cảm biến khác để đặt trên bề mặt, Một cái gì đó có thể xây dựng cho trẻ em với chương trình STEM, Tối thiểu bảo trì, Pin lâu dài, Dễ dàng tải xuống từ thẻ SD, có thể in 3D, có thể sạc lại, Đồng hồ thời gian thực và giá rẻ.

Thiết kế hoàn toàn có thể in được với bất kỳ máy in 3D nào và tôi đã thực hiện thiết kế cho PCB mà bạn có thể đặt hàng và điền vào các thành phần dễ lấy. Pin là loại 18650 thông thường có tuổi thọ khoảng một năm với số đọc 12x / ngày và việc sạc được thực hiện bằng cách chỉ cắm một số nguồn điện trong một ngày. Nó được thiết kế (Fusion 360) xung quanh vòng chữ O được sử dụng trong máy lọc nước gia đình nên rất dễ lấy và với mỡ silicon và sự siết chặt của các bu lông được đặt tốt sẽ bảo vệ mùa đông Alaska nếu nó đến vào năm nay….

Bước 1: Thu thập nguồn cung cấp của bạn

Các thiết kế tuyệt vời từ Adafruit tạo nên hầu hết các thành phần trên bo mạch - chúng đắt hơn một chút nhưng rất khả thi và đáng tin cậy. (Tôi không có ràng buộc tài chính với bất kỳ công ty nào…) Tôi đã sử dụng máy in Creality CR10 cho các bộ phận 3D. Hai thiết bị chuyển mạch không thấm nước.

1. Đầu dò nhiệt độ cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số chống thấm nước Vktech 5 cái 2M DS18b20 $ 2

2. Đột phá RTC chính xác Adafruit DS3231 [ADA3013] $ 14

3. Đột phá bộ hẹn giờ công suất thấp của Adafruit TPL5111 $ 5

4. Adafruit Feather 32u4 Adalogger $ 22 Bạn cũng có thể sử dụng phiên bản MO nhưng vạch mức pin ở một chân khác và bạn phải thay đổi nó trong phần mềm.

5. IZOKEE 0,96 '' I2C IIC 12864 128X64 Pixel OLED 4 đô la

6. Công tắc Bật / Tắt bằng kim loại chắc chắn với vòng LED màu xanh lam - Bật / tắt màu xanh lam 16mm $ 5

7. Nút bấm bằng kim loại chắc chắn với vòng LED màu xanh - 16mm Blue Moment $ 5

8. Một loạt các kết nối nhanh chóng giúp lắp ráp dễ dàng

9. Pin 18650 $ 5

10. Captain O-Ring - Thay thế bộ lọc nước Whirlpool WHKF-DWHV, WHKF-DWH & WHKF-DUF

Bước 2: Xây dựng nó

Thiết kế của nhà ở được xây dựng xung quanh vòng đệm có sẵn dễ dàng từ bộ lọc nước toàn nhà tiêu chuẩn của Westinghouse. Vòng trượt vào rãnh được bôi trơn bằng silicon giữa hai nửa in của vỏ. Phần dưới cùng của vỏ có không gian cho pin 18650 và hai công tắc điều khiển chống thấm nước - cũng có một lỗ để thoát dây cáp cho các đầu dò nhiệt độ. Hai tệp cho nửa trên và nửa dưới nằm bên dưới.

Phần dưới cùng được hoàn thành bằng cách lấy một số bu lông nylon kích thước 4 mm hoặc tương đương và tháo đầu của chúng và gắn xi măng vào các trụ đỡ đã được khoan để chứa chúng. Sử dụng một chiều dài thích hợp để các đai ốc nylon trên cùng sẽ che chúng khi hai nửa được nối với nhau. Cả hai phần trên và dưới phải được in bằng hỗ trợ. Phần trên được hoàn thiện bằng cách dán vào một ô cửa sổ nhựa tròn làm từ lexan mỏng.

Bước 3: Nối dây

Việc lắp ráp PCB khá đơn giản. Tôi thiết kế bảng ở Eagle và gửi nó đến PCBway để sản xuất - thành thật mà nói, đó là thứ rẻ nhất từ trước đến nay. Nếu bạn muốn nối dây một cách dễ dàng, chỉ cần làm theo sơ đồ mạch trên tệp Brd. Màn hình LED nhỏ được gắn qua các kết nối I2C trên bo mạch cùng với nguồn và mặt đất. Trái tim của hệ thống là TPL5111 được kết nối trực tiếp với pin và luôn hoạt động. Nó có bộ đếm thời gian có thể lựa chọn (biến trở) đánh thức hệ thống cứ sau 2 giờ đến mỗi giây bằng cách bật chốt kích hoạt trên mô-đun Feather. RTC giao tiếp bằng cùng một bus I2C như LED - chúng có các địa chỉ khác nhau. Feather cũng được kết nối với pin 18650 bằng cáp JST thông qua công tắc bật / tắt để tắt toàn bộ nguồn cho hệ thống. Điều này cho phép Feather tích hợp sạc khi pin yếu bằng cách cắm micro USB vào lông vũ. Bất cứ khi nào bạn tải phần mềm mới lên Feather, bạn phải nhớ khởi động TPL5111 bằng cách nhấn nút của nó, nếu không Feather sẽ không trả lời cuộc gọi khởi động USB. Nút nhấn được thiết kế để cung cấp năng lượng cho màn hình LED chỉ khi được nhấn và cũng để gửi tín hiệu cao đến TPL5111 cho phép Feather bật miễn là bạn nhấn nút. Điều này được thực hiện để giới hạn khoảng thời gian màn hình bật - nó chỉ được sử dụng để kiểm tra trạng thái của đầu dò tạm thời, mức pin và thời gian / ngày và tệp kích thước mà bạn đang xây dựng. Đoạn dây cuối cùng là hai đầu dò được đặt qua lỗ khoan cuối cùng ở nửa dưới. Chúng được kết nối với các đầu nối JST 3 pin để giúp việc tháo lắp dễ dàng hơn. Tôi đã sơ ý đặt điện trở 4,7K trên bảng để kết nối chân Dữ liệu và Điện áp trên xe buýt cảm biến nhiệt độ. Vì vậy, điều này phải được thực hiện trên một trong những điểm kết nối cảm biến trên bo mạch - chúng được dán nhãn nên sẽ dễ dàng. Cả hai đều đi đến cùng một chân GPIO trên Feather nên chỉ cần một kết nối điện trở.

Bước 4: Lập trình nó

Chương trình rất dễ hiểu. Thư viện SD là để sử dụng tệp thẻ SD được tích hợp trong bảng lông. Các thư viện OneWire và Dallas Temp là để lấy các kết quả đọc một dây ra khỏi các đầu dò tạm thời. DonePin phải thông báo cho TPL5111 rằng tất cả quá trình đọc dữ liệu đã hoàn tất và bạn có thể tắt Featherboard. VBatpin là chân cắm trên lông có gắn vạch chia điện áp để đọc giá trị của pin Lipo. Thư viện Asciiwire là để chạy màn hình LED. OneWireBus là chân GPIO 6 trong trường hợp này. Hệ thống tệp SD cho Datalogger này thiết lập tệp ANALOG02. TXT để tích lũy tất cả dữ liệu. Nó mở cùng một tệp mọi lúc và chỉ thêm vào nó. Để loại bỏ dữ liệu cũ, bạn phải lấy chip ra khỏi ngăn chứa thẻ SD và tải nó vào máy tính - ví dụ như vào bảng EXCEll. Điều này được thực hiện dễ dàng với phần nhập DATA của bảng tính. Sau đó, các tập tin sẽ bị xóa khỏi chip và khi Feather mở lại, nó sẽ xây dựng một tập tin mới. Tiếp theo là cài đặt thời gian / ngày cho RTC. //rtc.adjust(DateTime(F(_DATE_), F (_ TIME_))); xóa các ký tự nhận xét để đặt RTC của bạn thành thời gian khởi động của bạn và sau đó lập trình lại chip với dòng này được nhận xét để lần sau khi khởi động máy tính, nó không sử dụng cùng thời gian khởi động nữa thay vì cho phép máy chấm công được hỗ trợ bằng pin của nó làm đầy nó trong. Phần loop () mở tệp SD, lấy ngày / giờ, đọc và chuyển đổi cả hai cảm biến, tính toán mức pin và ghi vào thẻ SD. Sau đó, nó làm cho donePin cao để tắt trình tự.

Bước 5: Sử dụng nó

Pin được sạc đầy bằng cách cắm Feather vào phích cắm MicroUSB. Đèn LED sạc sẽ bật sáng cho đến khi nó được sạc đầy - nó chạy chậm. Một thẻ SD mới không có ANALOG02. TXT được đặt trong ngăn chứa chip. Nắp được lắp và năm đai ốc được vặn chặt vào miếng đệm cao su. Nút nguồn được bật và sau khoảng 4 giây, nút bấm được giữ. Nó sẽ nhanh chóng hiển thị nhiệt độ mặc định trước tiên và sau khi màn hình xóa, nó sẽ hiển thị T1 và T2 dưới dạng đầu ra của đầu dò nhiệt độ. Bạn có thể làm ấm một cái bằng tay để nó có thể được gắn nhãn là T1 và T2. Màn hình cũng sẽ hiển thị Giờ, Phút, Giây, Ngày, Tháng và Năm đọc cũng như mức pin và dung lượng tệp của bạn tại thời điểm này. Việc kiểm tra này được thực hiện để đảm bảo mọi thứ hoạt động tốt trước khi rời khỏi nó trong 8 tháng. Thả nút và đặt các đầu dò ở nơi bạn muốn thực hiện các phép đo tạm thời. Chúng không thấm nước và hy vọng là máy của bạn. Chuyến đi đầu tiên của cỗ máy này sẽ ở Iliamna Alaska, nơi nó sẽ được đặt dưới lòng đất cho đến tháng 4 năm sau. Trong thử nghiệm ban đầu, pin kích thước này được phát hiện là đủ tốt trong ít nhất 1 năm rưỡi với 12 lần đọc mỗi ngày do khả năng điều chỉnh năng lượng của TPL5111. Các nghiên cứu về sự nóng lên toàn cầu là rất quan trọng đối với tất cả mọi người - hãy ra ngoài và làm một số khoa học!