Estação meteorológica pessoal de IoT de fótons de partículas: 4 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Suprimentos

• Particle Photon
• [OPCIONAL] Antena u. FL de 2,4 GHz
• SparkFun OpenLog
• SparkFun Photon Weather Shield
• Medidores de tempo SparkFun
• Sensor de temperatura à prova d'água Dallas DS18B20
• Sensor de umidade do solo SparkFun
• Sensor de luz UV SparkFun Qwiic VEML6075
• Painel solar de 3,5 W
• SparkFun Sunny Buddy
• Tela Stevenson modelada em 3D personalizada
• Um kit de solda
• Um monte de fio jumper de núcleo único
• Um terminal de parafuso de 2 pinos
• Alguns cabeçalhos masculinos e femininos
• 22 parafusos de aço inoxidável de 3 mm
• 44 porcas inoxidáveis de 3 mm
• 3 hastes roscadas de aço inoxidável de 6 mm
• 9 porcas de aço inoxidável de 6 mm

Etapa 1: O Hardware

Preparação

Weather Shield Conforme descrito no guia de conexão do Sparkfun, corte o jumper RAW Power Select em sua parte traseira do VREG e solde-o em Photon_VIN para redirecionar a linha de alimentação de entrada para o regulador de tensão interno do Photon para menor consumo de energia durante o sono, que representa exatamente a metade da implantação tempo. Isso restringirá a tensão de entrada entre 3,6 e 5,5 V, mas a linha de alimentação cai bem no ponto ideal com 3,7 V da bateria LiPo até o Sunny Buddy.

Além disso, certifique-se de que o jumper de desativação de 3,3 V logo abaixo esteja conectado: caso contrário, os sensores integrados não receberão nenhuma energia da linha de 3,3 V, tornando-os efetivamente desconectados do Photon. Este jumper deve ser desconectado para operação em alimentação externa e USB para evitar conflitos, e essa é, de fato, a única situação que permite que os sensores integrados recebam energia e funcionem corretamente. Não se preocupe se você tiver que conectar um cabo USB ao seu Photon para algum monitoramento serial: eu mesmo tentei várias vezes, e o Photon sempre sobreviveu são e salvo, sem danos. Só talvez não o deixe horas e horas a fio assim. Verifique o esquema do escudo se estiver interessado em mais detalhes.

Virando a blindagem, certifique-se de que o jumper pad I2C PU à direita esteja conectado. O barramento I2C, que inclui os sensores integrados, requer uma resistência de pull-up bem definida pelo padrão de protocolo e tendo qualquer outro pull-up valor impedirá que os periféricos sejam reconhecidos: como regra geral, apenas um par de resistores pull-up deve ser conectado no barramento. O conjunto de sensores envolverá outro sensor no barramento - o sensor de luz UV - mas como um periférico I2C, que também vem com seu par de resistores pull-up, e eu recomendo desconectá-los: pelo menos neste projeto, o O escudo pode ser usado sozinho, enquanto o sensor UV dificilmente será usado sem o escudo.

Soldar um terminal de parafuso nos conectores de alimentação e alguns jumpers fêmea nos conectores periféricos também é uma boa ideia, e um que eu recomendo para modularidade: o recurso de conexão e desconexão rápida pode ser muito útil para solução de problemas, reparos ou atualizações. Para um melhor ajuste e gerenciamento de cabos mais organizado, certifique-se de conectar os laterais na parte traseira, conforme mostrado nas fotos. Também soldei jumpers nos orifícios de extensão do Photon para obter ainda mais modularidade, mas isso não é necessário, pois esses pinos não são usados atualmente.

OpenLogCut e apare 4 fios curtos e solde-os ao OpenLog como mostrado nas fotos. Não é jumper headers, mas eu achei esta a melhor solução para uma conexão tão curta. Se você está pensando em soldar alguns pinos conectores machos na placa e conectá-los aos conectores fêmeas da blindagem, infelizmente os diferentes layouts de pinos nas duas interfaces impedem que essa ótima ideia seja viável.

Sensor de luz UVCorte e apare mais 4 fios de fio, bem mais longo desta vez, e solde-os aos conectores da placa como mostrado nas fotos. este, estão expostos aos elementos e não protegidos pelo invólucro. Também recomendo entrelaçar os fios como fiz para uma conexão mais limpa e prática. A outra extremidade, em vez disso, é o lugar para os conectores de jumper: solde 4 pinos machos para garantir que a conexão seja mantida segura e ordenada conforme pretendido sobre os fios longos. Certifique-se de respeitar a ordem: conforme eles vão na blindagem, GND VCC SDA SCL.

Eu também recomendo revestir os contatos soldados e o LED de energia com um isolante líquido: o revestimento isolante é projetado especificamente para isso, mas o esmalte transparente serve em uma pitada, e foi o que eu usei. Apesar do "teto" de PMMA que cobrirá a placa, ela ainda estará exposta às intempéries e você prefere prevenir do que remediar. Certifique-se de não cobrir o sensor de luz UV em si - o chip preto no meio da placa - especialmente se você estiver usando revestimento isolante: a maioria dos compostos são fluorescentes UV, o que significa que eles absorvem parte da luz que o sensor está tentando capturar, interferindo em suas leituras. O PMMA, por outro lado, é um dos materiais mais transparentes aos raios ultravioleta comumente disponíveis e irá proteger suficientemente o sensor dos elementos, ao mesmo tempo em que mantém sua influência em suas medições ao mínimo.

Sensor de Umidade do Solo Apare as pontas do cabo de 3 fios e solde-os aos conectores da placa como mostrado nas fotos. E, na outra ponta, solde 3 pinos machos para uma melhor conexão. Novamente, certifique-se de respeitar a ordem: GND A1 D5. Para este sensor também, certifique-se de revestir os contatos e os circuitos integrados com o isolador de líquido: ao contrário do sensor de luz UV, ele não será coberto por nada e estará completamente exposto aos elementos, portanto, é necessário um bom nível de proteção.

Sensor de temperatura do solo apare as pontas do cabo e, novamente, solde-os a 3 pinos machos na ordem: GND D4 VCC. Os fios fechados são convencionalmente codificados por cores: PRETO = TERRENO BRANCO = SIG VERMELHO = VCC.

Sunny BuddyI soldou alguns conectores de jumper fêmeas aos conectores de carga secundários na placa, mas acabou não os usando, então isso não é necessário.

Antena Externa Simplesmente coloque a antena na parte inferior da peça base, ou em qualquer outro lugar que se adapte ao seu formato.

Calibração

Sensor de Umidade do SoloEste é o sensor que mais precisa ser calibrado e é importante calibrá-lo para o solo que será monitorado uma vez implantado.

Para ajudar com isso, eu criei um programa simples chamado calibrator.ino: basta compilar e flash para o seu Photon, e obter um monitor serial pronto, por exemplo, com o monitor serial de partícula de comando CLI de partículas ou com tela / dev / ttyACM0. Coloque o sensor cerca de três quartos do seu caminho dentro do solo para o qual deseja calibrá-lo, em uma condição completamente seca, como mostrado na primeira imagem, e registre essa leitura bruta no campo smCal0 do arquivo calibração.h. Em seguida, molhe o solo o máximo que puder, até que fique saturado de água, conforme mostrado na segunda foto, e registre essa leitura bruta no campo smCal100 desse mesmo arquivo.

Sunny BuddyOutro elemento que requer calibração é o Sunny Buddy: embora não seja um sensor, seu design MPPT (Maximum Power Point Transfer) precisa ser calibrado para aquele ponto de máxima transferência de potência. Para fazer isso, conecte-o ao seu painel solar em um local ensolarado dia, meça a voltagem nas almofadas SET e GND, e ajuste o potenciômetro próximo com uma chave de fenda até que a voltagem seja cerca de 3V.

Etapa 2: o software

Você pode encontrar todo o código, atualizado e documentado em seu repositório GitHub.

Etapa 3: a montagem

Vamos começar a juntar tudo com a tela Stevenson, começando a montagem de cima para baixo, conforme mostrado nas fotos. Em primeiro lugar, está a tampa superior, com seus suportes separados para o sensor de luz UV e o painel solar para montar e parafusar Em seguida, para preenchê-lo, monte o painel solar em seu rack e cubra o sensor de luz ultravioleta com seu teto de PMMA. Em seguida, as tampas restantes podem ser montadas na peça superior com as hastes roscadas: os furos podem precisar de algum convencimento, mas um pouco de fricção pode ajudar a mantê-los todos juntos.

Uma vez montada a tela Stevenson, junte a peça base ao pluviômetro e preencha-a com seus circuitos, montando os componentes em suas placas e conectando-os como mostrado nas fotos. Em seguida, os periféricos como a antena externa, os sensores de temperatura e umidade do solo e o OpenLog podem ser conectados. Em seguida, você pode montar os medidores de vento em seus postes, conforme mostrado no guia de montagem do SparkFun, e montar o pluviômetro e o peça base a cerca de três quartos de seu caminho para cima.

Você pode então encaminhar os cabos provenientes do painel solar, do sensor de luz UV e dos medidores de chuva e vento através de uma abertura entre as tampas e montar a tela Stevenson na peça de base. Assim que as hastes forem presas com algumas porcas em cada uma, sua própria estação meteorológica pessoal estará completa e pronta para ser implantada no campo!

Etapa 4: implantação + conclusões

Depois de fazer isso, você pode sentar, relaxar e ver seus dados meteorológicos hiperlocais ao vivo em todas as plataformas a seguir!

• ThingSpeak
• Clima subterrâneo
• WeatherCloud

Os links específicos acima são para meus dados meteorológicos, mas se você fizer este projeto também, inclua os links para seus dispositivos também - eu realmente adoraria ver essa rede feita por pessoas se expandir!