Cảm biến GreenHouse: 8 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Hướng dẫn cảm biến GreenHouse

Thực hiện bởi Alain Wei với sự hỗ trợ của Pascal Chencaptors | sigfox | ubidots

1. Mục tiêu
2. Những thứ được sử dụng trong dự án này
3. Bước thực hiện
4. Nguyên lý làm việc
5. Kết nối thiết bị
6. Mã mbed
7. Xử lý và phân tích dữ liệu
8. Tối ưu hóa việc tiêu thụ hệ thống
9. Hình ảnh

Bước 1: Mục tiêu

Đối với dự án này, tôi muốn nhận ra một hệ thống năng lượng tự trị và tôi phải đo: nhiệt độ xung quanh của không khí, độ ẩm của không khí, nhiệt độ của đất, độ ẩm của đất, Lux và độ sáng RGB.

Bước 2: Những thứ được sử dụng trong dự án này

Hóa đơn nguyên vật liệu:

1) thành phần năng lượng mặt trời: một lớp nhựa mỏng cho phép sử dụng ngoài trời

2) Chip LiPo Rider Pro: sạc tất cả các dự án của bạn trong 5 V

3) Bộ vi điều khiển chip Nucleo STM 32L432KC: cung cấp một cách hợp lý và linh hoạt để người dùng thử các ý tưởng mới và xây dựng nguyên mẫu với bất kỳ dòng vi điều khiển STM32 nào

4) Mô-đun Sigfox Wisol: để thiết kế nguyên mẫu IOT của bạn với mạng Sigfox

5) Màn hình LCD: Nó kết nối với bộ vi điều khiển thông qua bus I2C hoặc SPI

6) Pin Li-Ion 3, 7V 1050mAh: bảo vệ chống quá tải và phóng điện.

7) Cảm biến độ ẩm trọng lực SEN0193: biết nồng độ nước trong lòng đất. Cảm biến cung cấp điện áp tương tự tùy thuộc vào hàm lượng nước.

8) Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT22: biết nhiệt độ và độ ẩm của không khí và giao tiếp với loại arduino vi điều khiển hoặc tương thích thông qua đầu ra kỹ thuật số.

9) Cảm biến nhiệt độ Grove: biết nhiệt độ của đất và mô-đun này được kết nối với đầu vào kỹ thuật số của Grove Base Shield hoặc Mega Shield thông qua cáp 4 dây đi kèm

10) Cảm biến màu ADA1334: phát hiện màu của nguồn sáng hoặc vật thể. Nó giao tiếp qua cổng I2C

11) Cảm biến ánh sáng TSL2561: đo độ sáng từ 0,1 đến 40000 Lux. Nó giao tiếp với vi điều khiển Arduino thông qua bus I2C.

Phần mềm:

1) SolidWorks (thiết kế mô hình rắn)

2) Sơn 3d (thiết kế biểu tượng của ứng dụng)

3) Altium (vẽ pcb)

4) Mbed (viết mã cho thẻ)

Bước 3: Bước thực hiện

Sau khi biết tài liệu và phần mềm mà chúng ta sẽ sử dụng, có một số bước mà chúng ta nên nhận ra

1) chúng ta nên mô phỏng mạch bằng Altium

2) chúng ta nên làm một số công việc thiết kế, ví dụ: thiết kế mô hình rắn bằng SolidWorks, thiết kế biểu tượng ứng dụng bằng Paint 3d

3) nếu mạch chính xác, chúng tôi có thể nhận ra mạch trên PCB bằng các vật liệu mà chúng tôi đã chuẩn bị

4) sau khi kết nối mạch, chúng ta nên hàn linh kiện và kiểm tra chất lượng của mạch

5) Cuối cùng, chúng ta nên đóng gói mạch bằng mô hình rắn mà chúng ta đã hoàn thành

Bước 4: Nguyên tắc làm việc

SKU của cảm biến độ ẩm đất điện dung: chèn nó vào đất xung quanh cây của bạn và gây ấn tượng với bạn bè của bạn bằng dữ liệu độ ẩm đất theo thời gian thực

Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 ST052: kết nối cảm biến với các chân trên bo mạch Cảm biến màu ADA1334: có các yếu tố cảm nhận ánh sáng RGB và Clear. Một bộ lọc chặn IR, được tích hợp trên chip và được bản địa hóa cho các điốt quang cảm nhận màu sắc, giảm thiểu thành phần phổ IR của ánh sáng tới và cho phép thực hiện các phép đo màu một cách chính xác.

Cảm biến nhiệt độ rãnh: đưa nó vào đất xung quanh cây trồng của bạn, nhiệt kế kỹ thuật số DS18B20 cung cấp các phép đo nhiệt độ từ 9 bit đến 12 bit độ C và có chức năng báo động với các điểm kích hoạt trên và dưới không biến động do người dùng lập trình.

Cảm biến ánh sángTSL2561: Cảm biến có giao diện kỹ thuật số (i2c). Bạn có thể chọn một trong ba địa chỉ để có thể có tối đa ba cảm biến trên một bảng, mỗi cảm biến có một địa chỉ i2c khác nhau. ADC được tích hợp sẵn có nghĩa là bạn có thể sử dụng điều này với bất kỳ bộ vi điều khiển nào, ngay cả khi nó không có đầu vào tương tự.

1) Sử dụng các cảm biến để thu thập dữ liệu

2) Dữ liệu sẽ được truyền đến bộ vi điều khiển

3) Bộ vi điều khiển sẽ thực thi chương trình mà chúng ta đã viết sẵn và sẽ truyền dữ liệu đến Module Sigfox Wisol

4) Mô-đun Sigfox Wisol sẽ truyền dữ liệu đến trang web Sigfox Backend thông qua ăng-ten

Bước 5: Kết nối thiết bị

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

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

Serial Wisol (USBTX, USBRX); // tx (A2), rx (A7)

DHT dht22 (A5, DHT:: DHT22); // tương tự

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

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

AnalogIn ẩm (A1); // tương tự

Đầu dò DS1820 (A0); // tương tự

Cờ DigitalIn (D6); // điều khiển màn hình trình chuyển đổi

Bước 6: Mã Mbed

Bạn có thể tìm thấy mã mbed ở đó:

Bước 7: Xử lý và phân tích dữ liệu

Sau khi gửi dữ liệu đến trang web Sigfox, vì Sigfox giới hạn mỗi tin nhắn tối đa là 12 byte (96 bit), vì vậy chúng tôi đã gán các phép đo khác nhau cho các kích thước byte khác nhau và chúng tôi đặt dữ liệu thành hệ thập lục phân. Để cho phép người dùng nhận dữ liệu rõ ràng và thuận tiện hơn, chúng tôi gửi dữ liệu từ Sigfox lên nền tảng đám mây, trên nền tảng đám mây, chúng tôi trình bày dữ liệu và phân tích nó. Quy trình thực hiện như sau:

1) Đăng ký thiết bị của chúng tôi với nền tảng đám mây

2) Nhập trang web của phiên bản gọi lại thiết bị Sigfox

3) Đặt cấu hình tham số

4) Đặt liên kết tài khoản cho thiết bị trên nền tảng đám mây theo mẫu url (gọi lại địa chỉ máy chủ)

5) Điền vào callbackBody (nội dung thông tin cho yêu cầu gọi lại)

6) Lưu cài đặt

Hình ảnh hiển thị kết quả trên nền tảng Ubidots, chúng ta có thể thấy dữ liệu được chuyển sang dạng thập phân, do đó chúng ta nhận dữ liệu rõ ràng và thuận tiện hơn, và chúng ta có thể xem chi tiết sơ đồ của từng dữ liệu, ví dụ: chúng ta có thể tìm thấy giá trị cao nhất nhiệt độ trong không khí

Bước 8: Tối ưu hóa việc tiêu thụ hệ thống

Có bộ điều chỉnh giữa USB mini và Vin trong MCU, bộ điều chỉnh này sẽ làm tăng tổn thất, để giảm thiểu tổn thất cho hệ thống của chúng tôi, chúng tôi sẽ cấp nguồn cho bộ vi điều khiển từ đầu ra kỹ thuật số, và khi chúng tôi không sử dụng hệ thống, làm cho bộ vi điều khiển và cảm biến ngủ. Chúng tôi chứng minh rằng hai phương pháp này có thể giảm tổn thất một cách hiệu quả:

1) Thêm một điện trở giữa bộ vi điều khiển và máy phát điện

2) Tìm cường độ dòng điện qua điện trở trên máy hiện sóng

3) Đặt các cảm biến ở chế độ ngủ và khôi phục dòng điện qua điện trở trên máy hiện sóng

4) Đặt bộ vi điều khiển ở chế độ ngủ và khôi phục dòng điện qua điện trở trên máy hiện sóng Kết quả thí nghiệm của chúng tôi như sau

Chúng tôi phát hiện ra rằng khi chúng tôi đặt bộ vi điều khiển ở chế độ ngủ, việc mất hệ thống được giảm thiểu. Và khi vi điều khiển được đánh thức, các cảm biến có thể thu thập dữ liệu và gửi đến Sigfox, nhưng có một vấn đề là khi chúng ta đặt vi điều khiển ở chế độ ngủ, vẫn có dòng điện giữa MCU và các cảm biến, làm thế nào để loại bỏ dòng điện này? Sử dụng Mosfet, chúng tôi kết nối cổng với đầu ra kỹ thuật số của MCU, chúng tôi kết nối cống với cảm biến và chúng tôi kết nối nguồn với chân 3, 3V của MCU. Khi điện áp cổng nhỏ hơn Vgs (điện áp ngưỡng cổng), có khối giữa nguồn và cống, không có điện áp ở cuối cảm biến. Vì vậy, khi chúng ta làm cho bộ vi điều khiển ngủ, chúng ta phải đảm bảo điện áp cổng nhỏ hơn Vgs và khi MCU hoạt động, điện áp cổng phải lớn hơn Vgs, đây là các quy tắc để tìm Mosfet áp dụng.