The Greenhouse Project (RAS): Monitore os elementos para reagir em nossa plantação: 18 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Este projeto se propõe a monitorar a temperatura do ar, a luminosidade e a umidade do ar, bem como a temperatura e a umidade do arvoredo. Propõe também colocar em rede essas medidas, que são tão legíveis no site Actoborad.com

Para fazer isso, conectamos 4 sensores ao microcontrolador Nucleo L432KC:

- um sensor de luminosidade TLS2561 da Adafruit;

- um sensor de umidade e temperatura DHT22 da Gotronic;

- uma sonda de temperatura DS1820;

- um sensor de umidade Grove - Sensor de umidade da Seeed Studio

As medições são feitas a cada 10 minutos e são conectadas em rede por meio de um Breakout TD1208 da Sigfox. Como dito acima, estes podem ser lidos no site Actoboard.com. Neste microcontrolador também está conectado um Display OLED de 128x64 que exibirá permanentemente as últimas medidas realizadas. Finalmente, o sistema é eletricamente autossuficiente graças a uma célula fotovoltaica de 8x20cm e uma bateria de 1,5Ah. Eles são conectados ao Nulceo com um LiPo Rider Pro da Seeed Studio. O sistema é colocado em uma caixa impressa em 3D.

Como você pode ver no sinóptico.

O código compilado no microcontrolador via os.mbed.com é denominado 'main.cpp'. As bibliotecas utilizadas estão disponíveis no link a seguir, qual é o nosso projeto mbed:

Etapa 1: Rede

Uma parte importante deste projeto foi fazer medições de rede e torná-las facilmente acessíveis. A cada 10 minutos, os sensores medem diferentes parâmetros e um módulo sigfox TD1208 é usado para transmitir suas medições. Os resultados estão disponíveis no site da Actoboard:

Depois de criar uma conta bluemix, podemos usar o aplicativo Node-red para exibir nossos resultados graficamente.

Programação no Node-red para recuperar informações do Actoboard

Link público para visualizar os resultados em tempo real:

Etapa 2: Componentes

Para este projeto, aqui está uma lista dos principais componentes usados:

Microcontrolador: Nucleo STM32L432KC

Display: tela LCD

Sigfox: módulo Sigfox

Sobre os sensores:

- Sensor de ar: DHT22 (temperatura e umidade)

- Sensores de piso: temperatura e umidade do bosque

- Sensor de luminosidade: sensor de luz

Fonte de energia:

- LIPO (cartão adaptador de alimentação)

- bateria

- Painel fotovoltaico

Etapa 3: Consumo

Um dos pontos mais importantes do nosso projeto é que o sistema deve ser autônomo em energia. Para isso usamos uma bateria e uma célula solar. A bateria pode fornecer uma corrente de 1050 mA em 1 hora com uma voltagem de 3,7 V: 3, 885Wh. A célula solar é usada para recarregar a bateria, ela fornece uma tensão de 5,5 V sob 360 mA e uma potência igual a 2 W.

Consumo teórico do nosso sistema: - Sensor de temperatura DHT22: no máximo 1,5 mA e em repouso 0,05 mA - Sensor de temperatura Grove: no máximo 1,5 mA - Sensor de luz: 0,5 mA - Nucleo Cart: + 100 mA - Display LCD: 20 mA - Sigfox TD1208 módulo: envio de 24 mA (neste projeto, nada é recebido com este módulo) e em repouso 1,5 μA

Em repouso, o consumo é insignificante em comparação com a potência da bateria. Quando o sistema sai do sono (a cada 10 minutos), todos os sensores fazem medições, a tela exibe o resultado e o módulo sigfox transmite esses resultados. É considerado que todos os componentes consomem um máximo neste momento: usamos cerca de 158 mA a cada 10 minutos, então 6 * 158 = 948 mA em 1 hora. A bateria pode durar um pouco mais de uma hora antes de descarregar completamente.

O objetivo é gastar o mínimo de energia para ter o mínimo possível de necessidade de recarregar a bateria. Caso contrário, se a célula solar não receber luz do sol por um tempo, ela não poderá carregar a bateria que descarregaria e nosso sistema se desligaria.

Etapa 4: Projetar PCB

Vamos começar a parte do PCB!

Tivemos muitos problemas para uma etapa que pensávamos que não levaríamos tanto tempo. Primeiro erro: não ter guardado o PCB em vários locais. Na verdade, o primeiro PCB realizado foi excluído quando o USB teve alguns problemas. Agora, todos os arquivos dentro do USB não estão acessíveis. De repente, foi preciso encontrar a energia necessária para esse quebra-cabeça para a industrialização do nosso projeto. Pequeno detalhe que continua importante, é necessário que as conexões fiquem todas na parte inferior do PCB e que se estabeleça um plano de massa. Assim que tivermos coragem, podemos refazer o esquema eletrônico no ALTIUM como você pode ver abaixo:

Etapa 5:

Ele contém os sensores, a placa Nucleo, o módulo Sigfox e a tela LCD.

Mudamos para a parte do PCB, perdemos muito tempo nisso, mas no final conseguimos. Depois de impressos, testamos … e aqui está o drama. A metade do cartão NUCLEO está invertida. Também podemos olhar o diagrama acima. O NÚCLEO esquerdo ramifica-se de 1 a 15 começando de cima, enquanto o ramo direito 15 a 1 também de cima. O que faz nada funcionar. Foi necessário recuperar a mente, repetir pela 3ª vez o PCB de emergência prestando atenção em todas as conexões. Aleluia o PCB está criado, podemos ver na foto abaixo:

Etapa 6:

Tudo estava perfeito, as soldas feitas pelo Sr. SamSmile eram de uma beleza incomparável. Muito bom para ser verdade? Na verdade, um e único problema:

Etapa 7:

Aproxime um pouco mais:

Etapa 8:

Vemos isso no mapa à direita em que o PCB é baseado em uma conexão SDA em D7 e um SCL em D8 (exatamente o que precisamos). No entanto, quando testamos com os componentes não entendemos a inconsistência das informações recebidas e, de repente, quando olhamos novamente a documentação da segunda documentação, percebemos que não há especificidade em D7 e D8.

Como resultado, nossa fabricação de pão funciona muito bem antes de adaptar as conexões no PCB para facilitar o roteamento. Mas uma vez no PCB não modificado, conseguimos receber as informações apesar de todos os sensores, exceto o sensor de luz nesta versão.

Etapa 9: Projetar 3D BOX

Vamos começar a parte do design 3D!

Aqui, explicamos a parte do design 3D da caixa para dar as boas-vindas ao nosso sistema completo. Ela demorou muito e você vai entender por quê. Para resumir: Devemos ser capazes de conter em nossa caixa o PCB e todos os seus componentes associados. Ou seja, pense na tela LCD, mas também em todos os sensores, proporcionando um espaço para cada um deles para que possam ser utilizáveis e eficazes em suas medições. Além disso, necessita também de alimentação com o seu cartão LIPO que está ligado a uma bateria e a um painel fotovoltaico que torna o nosso sistema autónomo. Imaginamos uma primeira caixa que conterá a placa de circuito impresso, todos os sensores, a tela e a placa LIPO conectada à bateria. Obviamente é necessário prever um local específico para a tela LCD, o sensor de luz (se estiver escondido ou na lateral não receberá a luz real), para o sensor de temperatura, para o DHT22 é necessário que ele possa medir o valor próximo à planta e sem esquecer o sensor de umidade do arvoredo que deve ter contato direto com a terra. Não esquecemos o furo para conectar a antena ao módulo sigfox e outro furo para passar o filho dos painéis fotovoltaicos ao mapa LIPO. Aqui está a caixa principal:

Etapa 10:

Precisamos de uma peça para acomodar o painel fotovoltaico e conectar o painel à placa LIPO.

Aqui está o resultado:

Etapa 11:

Devemos conseguir fechar esta caixa maravilhosa!

Aqui está a tampa adaptada:

Etapa 12:

Como podemos ver, esta é uma tampa que possui dentes que vêm dentro da caixa principal para maior estabilidade.

Aqui é quando o adicionamos em nossa caixa maravilhosa:

Etapa 13:

Para ganhar resistência adiciona-se uma porta de correr que é introduzida na caixa mas também na tampa que segura as duas peças de forma rigorosa e proporciona fiabilidade e segurança dos componentes no seu interior.

Aqui está a primeira versão da porta deslizante:

Etapa 14:

Para ir ainda mais longe, pensamos em incorporar o módulo fotovoltaico à caixa principal, para que fique ao mesmo nível do sensor de luz e da sua posição estratégica e sentir que o sistema autónomo é uma espécie de 'Unidos.

Aqui está a segunda versão da porta de correr com a possibilidade de prender o módulo fotovoltaico apresentado anteriormente:

Etapa 15:

Aqui é quando o adicionamos em nossa caixa maravilhosa que já tem sua tampa soberba:

Etapa 16:

Você está um pouco perdido? Deixe-nos mostrar qual é o estado final desta caixa mágica!

Etapa 17:

(Danos que não conseguimos imprimir por enquanto graças à impressora 3D porque me pediram robustez, coisa que fiz, mas devo acreditar que tenho um pouco demais, na verdade a espessura ser maior que 4mm, então eu não consegui imprimir porque levaria muito material, triste demais) … Mas não é tarde demais para imprimir, pelo menos por prazer = D

Tão bonita:

Etapa 18:

Obrigada.