Alaska Datalogger: 5 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

O Alasca está à beira do avanço da mudança climática. Sua posição única de ter uma paisagem praticamente intocada, povoada por uma variedade de canários de minas de carvão, permite muitas possibilidades de pesquisa. Nosso amigo Monty é um Arqueólogo que ajuda com acampamentos para crianças em Aldeias Nativas espalhadas pelo estado - Culturalalaska.com. Ele vem construindo esconderijos para a preservação histórica de alimentos com essas crianças e queria uma forma de monitoramento de temperatura que pudesse deixar por cerca de 8 meses no inverno. Um esconderijo de comida no Alasca é projetado para impedir a entrada de Ursos e pode ser enterrado ou protegido em uma pequena estrutura semelhante a uma cabana em postes. Infelizmente, o aquecimento do clima torna muitos desses designs de geladeira úteis mais parecidos com um micro-ondas neste verão - honestamente, está muito quente aqui! Existem muitas máquinas de registro de dados comerciais por aí, mas o Alasca precisava de sua própria marca DIY: à prova d'água, dois sensores à prova d'água em longas linhas que poderiam estar dentro do cache e outro para colocar na superfície, algo que possa ser construído para crianças com um programa STEM, mínimo manutenção, bateria de longo prazo, download fácil do cartão SD, impressão 3D, recarregável, relógio em tempo real e barato.

O design é totalmente imprimível em qualquer impressora 3D e eu fiz o design para o PCB que você pode solicitar e preencher com componentes fáceis de obter. A bateria é genérica 18650 que deve durar cerca de um ano com leituras de 12x / dia e o carregamento é feito apenas conectando um pouco de energia por um dia. Ele é projetado (Fusion 360) em torno do O-ring que é usado em purificadores de água domésticos, por isso é fácil de obter e com graxa de silicone e o aperto dos parafusos bem colocados deve fornecer proteção para o inverno do Alasca se chegar este ano….

Etapa 1: Reúna seus suprimentos

Os designs maravilhosos da Adafruit compõem a maioria dos componentes da placa - eles são um pouco mais caros, mas são muito funcionais e confiáveis. (Não tenho vínculo financeiro com nenhuma empresa …) Usei uma impressora Creality CR10 para as peças 3D. As duas opções são à prova d'água.

1. Vktech 5pcs 2M Sonda Sensor de Temperatura Digital à Prova D 'Água DS18b20 $ 2

2. Rompimento de RTC de precisão Adafruit DS3231 [ADA3013] $ 14

3. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout $ 5

4. Adafruit Feather 32u4 Adalogger $ 22 Você também pode usar a versão MO, mas a linha de nível da bateria está em um pino diferente e você deve alterá-lo no software.

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

6. Interruptor liga / desliga de metal robusto com anel de LED azul - liga / desliga azul de 16 mm $ 5

7. Botão de pressão de metal robusto com anel de LED azul - 16 mm azul momentâneo $ 5

8. Uma variedade de conexões rápidas para facilitar a montagem

9. Bateria 18650 $ 5

10. Captain O-Ring - Whirlpool WHKF-DWHV, WHKF-DWH & WHKF-DUF Substituição do filtro de água

Etapa 2: Construa

O projeto da caixa é construído em torno do anel de vedação facilmente disponível de um filtro de água padrão para toda a casa da Westinghouse. O anel desliza em uma ranhura lubrificada com silicone entre as duas metades impressas do invólucro. A parte inferior do gabinete tem espaço para a bateria 18650 e os dois interruptores de controle à prova d'água - há também um orifício para a saída dos cabos das sondas de temperatura. Os dois arquivos para as metades superior e inferior estão abaixo.

A seção inferior é concluída pegando alguns parafusos de náilon de 4 mm ou de tamanho equivalente, removendo suas cabeças e cimentando-os nos pilares de suporte que foram perfurados para acomodá-los. Use um comprimento apropriado para que as porcas de náilon na parte superior apenas as cobram quando as duas metades são unidas. As seções superior e inferior devem ser impressas com suporte. A seção superior é completada com a colagem de uma janela redonda de plástico feita de lexan fino.

Etapa 3: conecte-o

A montagem do PCB é bastante simples. Eu projetei a placa no Eagle e enviei para a PCBway para fabricação - honestamente, é a coisa mais barata de todos os tempos. Se você quiser fazer uma ligação de bug, basta seguir o diagrama de circuito no arquivo Brd. A pequena tela de LED é fixada por meio das conexões I2C na placa junto com a alimentação e o aterramento. O coração do sistema é o TPL5111 que está conectado diretamente à bateria e permanece ligado o tempo todo. Ele tem um temporizador selecionável (resistor variável) que desperta o sistema a cada 2 horas a cada segundo, habilitando o pino de habilitação no módulo Feather. O RTC se comunica pelo mesmo barramento I2C que o LED - eles têm endereços diferentes. O Feather também é conectado à bateria 18650 pelo cabo JST por meio do botão liga / desliga para desligar todo o sistema. Isso permite o carregamento integrado do Feather quando a bateria está fraca, conectando um micro USB ao Feather. Sempre que você carregar um novo software para o Feather, você deve se lembrar de iniciar o TPL5111 pressionando o botão, caso contrário, o Feather não atenderá a chamada de inicialização USB. O botão de pressão é projetado para fornecer energia para a tela de LED apenas quando pressionado e também para enviar um sinal alto para o TPL5111 que permite que o Feather seja ligado enquanto você tiver o botão pressionado. Isso é feito para limitar a quantidade de tempo que a tela fica ligada - é usado apenas para verificar o status das sondas de temperatura, o nível da bateria e a hora / data e o tamanho do arquivo que você está criando. A última peça de fiação são as duas sondas que são colocadas no último ponto de perfuração na metade inferior. Eles foram conectados com conectores JST de 3 pinos para facilitar a remoção. Esqueci de colocar o resistor de 4,7 K na placa para conectar o pino de dados e tensão no barramento do sensor de temperatura. Portanto, isso deve ser feito em um dos pontos de conexão do sensor na placa - eles são identificados de forma que seja fácil. Ambos vão para o mesmo pino GPIO no Feather, portanto, apenas uma conexão de resistor é necessária.

Etapa 4: programe

O programa é muito fácil de entender. A biblioteca SD é para utilizar o arquivo do cartão SD que está embutido na placa flexível. As bibliotecas OneWire e Dallas Temp são para obter as leituras de um fio das sondas de temperatura. O DonePin deve notificar o TPL5111 de que todas as leituras de dados foram concluídas e que está tudo bem para desativar o Featherboard. VBatpin é o pino na pena que tem um divisor de tensão para ler o valor da bateria Lipo. A biblioteca Asciiwire é para executar a tela de LED. O OneWireBus é GPIO pino 6 neste caso. O sistema de arquivos SD para este Datalogger configura um arquivo ANALOG02. TXT para acumular todos os dados. Ele abre o mesmo arquivo todas as vezes e apenas adiciona a ele. Para se livrar dos dados antigos, você deve tirar o chip do suporte do cartão SD e baixá-lo para um computador - por exemplo, para a planilha EXCEll. Isso é feito facilmente com a seção de importação de DADOS da planilha. Os arquivos são então removidos do chip e quando o Feather o abre novamente, ele cria um novo. Em seguida, vem a configuração de hora / data para o RTC. //rtc.adjust(DateTime(F(_DATE_), F (_ TIME_))); remova os caracteres de comentário para definir seu RTC para o tempo de inicialização e, em seguida, reprograme o chip com esta linha comentada de modo que da próxima vez que o computador inicializar ele não use o mesmo tempo de inicialização novamente em vez de permitir que seu cronômetro alimentado por bateria o preencha in. A seção loop () abre o arquivo SD, obtém a data / hora, lê e converte os dois sensores, calcula o nível da bateria e grava no cartão SD. Em seguida, torna o donePin alto para encerrar a sequência.

Etapa 5: usando

A bateria está totalmente carregada conectando o Feather a um plugue MicroUSB. O LED de carga acenderá até que esteja totalmente carregado - é lento. Um novo cartão SD sem ANALOG02. TXT é colocado no suporte do chip. A tampa é instalada e as cinco porcas são aparafusadas contra a junta de borracha. O botão liga / desliga é ligado e depois de cerca de 4 segundos o botão é pressionado. Ele exibirá primeiro rapidamente uma temperatura padrão e, depois de limpar a tela, mostrará T1 e T2 como saídas das sondas de temperatura. Você pode aquecer um com a mão para que possa ser identificado como T1 e T2. A tela também exibirá a hora, minuto, segundo, dia, mês e ano da leitura, bem como o nível da bateria e o tamanho do arquivo neste momento. Essa verificação é feita para ter certeza de que tudo está funcionando bem antes de deixá-lo por 8 meses. Solte o botão e coloque as sondas onde deseja que as medições de temperatura sejam feitas. Eles são à prova d'água e, com sorte, sua máquina também. O lançamento inicial das máquinas será em Iliamna, no Alasca, onde permanecerá no subsolo até abril do próximo ano. Em testes iniciais, este tamanho de bateria foi considerado bom o suficiente para pelo menos 1 ano e meio a 12 leituras por dia, tudo devido ao empacotamento de energia do TPL5111. Os estudos do aquecimento global são muito importantes para todos os envolvidos - saia e faça ciência!