Alaska Datalogger: 5 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

อลาสก้าอยู่บนขอบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่ก้าวหน้า ตำแหน่งที่เป็นเอกลักษณ์ของภูมิประเทศที่ไม่มีใครแตะต้องซึ่งเต็มไปด้วยนกคีรีบูนเหมืองถ่านหินที่หลากหลายช่วยให้มีโอกาสในการวิจัยมากมาย มอนตี้ เพื่อนของเราเป็นนักโบราณคดีที่ช่วยจัดค่ายสำหรับเด็กในหมู่บ้านพื้นเมืองที่กระจายอยู่ทั่วรัฐ --Culturalalaska.com เขาได้สร้างพื้นที่แคชสำหรับการเก็บรักษาอาหารในอดีตร่วมกับเด็กๆ เหล่านี้ และต้องการวิธีการตรวจสอบอุณหภูมิที่เขาสามารถทิ้งไว้ได้ประมาณ 8 เดือนในฤดูหนาว แคชอาหารในอลาสก้าออกแบบมาเพื่อป้องกันการเข้าของ Bear และสามารถฝังหรือยึดไว้ในโครงสร้างคล้ายห้องโดยสารขนาดเล็กบนเสาได้ น่าเสียดายที่สภาพอากาศที่ร้อนขึ้นทำให้ตู้เย็นที่มีประโยชน์เหล่านี้มีดีไซน์คล้ายกับไมโครเวฟในฤดูร้อนนี้ โดยที่จริงแล้วมันร้อนมากที่นี่! มีเครื่องบันทึกข้อมูลเชิงพาณิชย์จำนวนมาก แต่อลาสก้าต้องการแบรนด์ DIY ของตัวเอง: กันน้ำ, เซ็นเซอร์กันน้ำสองตัวบนเส้นยาวที่อาจอยู่ในแคชและอีกตัววางบนพื้นผิว, สิ่งที่สร้างได้สำหรับเด็กด้วยโปรแกรม STEM, น้อยที่สุด การบำรุงรักษา, แบตเตอรี่ระยะยาว, ดาวน์โหลดได้ง่ายจากการ์ด SD, พิมพ์ 3 มิติ, ชาร์จใหม่ได้, นาฬิกาแบบเรียลไทม์และราคาถูก

การออกแบบสามารถพิมพ์ได้ทั้งหมดด้วยเครื่องพิมพ์ 3D ใดๆ และฉันได้ออกแบบสำหรับ PCB ที่คุณสามารถสั่งซื้อและเติมด้วยส่วนประกอบที่หาได้ง่าย แบตเตอรี่เป็นแบบทั่วไป 18650 ซึ่งควรมีอายุการใช้งานประมาณหนึ่งปีหรือประมาณนั้นด้วยการอ่านค่า 12x/วัน และการชาร์จทำได้โดยเพียงแค่เสียบปลั๊กไฟเป็นเวลาหนึ่งวัน ได้รับการออกแบบ (Fusion 360) รอบ O-ring ที่ใช้ในเครื่องกรองน้ำในบ้านจึงหาได้ง่ายและด้วยจาระบีซิลิกอนและการขันสลักเกลียวที่วางไว้อย่างดีควรให้ความคุ้มครองสำหรับฤดูหนาวของอลาสก้าหากมาในปีนี้….

ขั้นตอนที่ 1: รวบรวมอุปกรณ์ของคุณ

การออกแบบที่ยอดเยี่ยมจาก Adafruit ประกอบขึ้นเป็นส่วนประกอบส่วนใหญ่บนบอร์ด ซึ่งมีราคาแพงกว่าเล็กน้อย แต่ใช้งานได้จริงและเชื่อถือได้ (ฉันไม่มีความผูกพันทางการเงินกับบริษัทใดๆ…) ฉันใช้เครื่องพิมพ์ Creality CR10 สำหรับชิ้นส่วน 3 มิติ สวิตช์ทั้งสองเป็นแบบกันน้ำได้

1. Vktech 5pcs 2M Waterproof Digital Temperature Temp Sensor Probe DS18b20 $2 ราคา

2. Adafruit DS3231 Precision RTC Breakout [ADA3013] $14

3. Adafruit TPL5111 ตัวจับเวลาพลังงานต่ำ Breakout $5

4. Adafruit Feather 32u4 Adalogger $22 คุณสามารถใช้เวอร์ชัน MO ได้ แต่ระดับแบตเตอรี่อยู่ที่ขาอื่น และคุณต้องเปลี่ยนในซอฟต์แวร์

5. IZOKEE 0.96'' I2C IIC 12864 128X64 พิกเซล OLED $4

6. สวิตช์เปิด/ปิดโลหะที่ทนทานพร้อมวงแหวน LED สีน้ำเงิน - เปิด/ปิดสีน้ำเงิน 16 มม. $5

7. ปุ่มกดโลหะที่ทนทานพร้อมวงแหวน LED สีน้ำเงิน - ชั่วขณะสีน้ำเงิน 16 มม. $5

8. การเชื่อมต่อที่รวดเร็วหลากหลายเพื่อให้ประกอบง่าย

9. 18650 แบตเตอรี่ $5

10. กัปตันโอริง - วังวน WHKF-DWHV, WHKF-DWH & WHKF-DUF เปลี่ยนไส้กรองน้ำ

ขั้นตอนที่ 2: สร้างมัน

การออกแบบตัวเรือนสร้างขึ้นจากวงแหวนโอริงที่หาซื้อได้ง่ายจากตัวกรองน้ำมาตรฐานทั้งบ้านของเวสติ้งเฮาส์ แหวนหลุดเข้าไปในร่องหล่อลื่นซิลิกอนระหว่างสองส่วนที่พิมพ์ของกล่องหุ้ม ด้านล่างของตัวเครื่องมีพื้นที่สำหรับแบตเตอรี่ 18650 และสวิตช์ควบคุมแบบกันน้ำ 2 ตัว และยังมีรูสำหรับทางออกของสายเคเบิลสำหรับโพรบวัดอุณหภูมิ ไฟล์สองไฟล์สำหรับครึ่งบนและล่างอยู่ด้านล่าง

ส่วนด้านล่างใช้สลักเกลียวไนลอนขนาด 4 มม. หรือเทียบเท่า ถอดหัวออกแล้วนำไปประกอบเข้ากับเสาค้ำที่เจาะรูเพื่อรองรับ ใช้ความยาวที่เหมาะสมเพื่อให้น็อตหมวกไนลอนที่ด้านบนปิดเมื่อทั้งสองส่วนเชื่อมต่อกัน ต้องพิมพ์ทั้งส่วนบนและส่วนล่างพร้อมส่วนรองรับ ส่วนบนเสร็จสิ้นโดยการติดกาวในหน้าต่างพลาสติกทรงกลมที่ทำจาก lexan แบบบาง

ขั้นตอนที่ 3: วางสาย

การประกอบ PCB ค่อนข้างตรงไปตรงมา ฉันออกแบบบอร์ดใน Eagle และส่งไปที่ PCBway เพื่อผลิต ซึ่งจริงๆ แล้วมันเป็นบอร์ดที่ถูกที่สุด หากคุณต้องการที่จะดักฟังมันที่ทำได้ง่ายเพียงทำตามแผนภาพวงจรในไฟล์ Brd หน้าจอ LED ขนาดเล็กเชื่อมต่อผ่านการเชื่อมต่อ I2C บนบอร์ดพร้อมกับกำลังไฟและกราวด์ หัวใจของระบบคือ TPL5111 ซึ่งเชื่อมต่อโดยตรงกับแบตเตอรี่และเปิดอยู่ตลอดเวลา มีตัวจับเวลาที่เลือกได้ (ตัวต้านทานผันแปร) ซึ่งจะปลุกระบบทุก 2 ชั่วโมงเป็นทุก ๆ วินาทีโดยเปิดใช้งานพินเปิดใช้งานบนโมดูล Feather RTC สื่อสารโดยบัส I2C เดียวกันกับ LED ซึ่งมีที่อยู่ต่างกัน Feather ยังเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ 18650 ด้วยสาย JST ผ่านสวิตช์เปิด/ปิดเพื่อปิดเครื่องทั้งหมดไปยังระบบ ซึ่งช่วยให้ชาร์จในตัวด้วย Feather เมื่อแบตเตอรี่เหลือน้อยโดยเสียบไมโคร USB เข้ากับขนนก เมื่อใดก็ตามที่คุณอัปโหลดซอฟต์แวร์ใหม่ไปยัง Feather คุณต้องจำไว้ว่าให้เริ่ม TPL5111 โดยการกดปุ่ม มิฉะนั้น Feather จะไม่รับสายการบูต USB ปุ่มกดได้รับการออกแบบมาเพื่อให้พลังงานแก่หน้าจอ LED เฉพาะเมื่อกดและยังส่งสัญญาณสูงไปยัง TPL5111 ที่ช่วยให้ Feather เปิดได้ตราบเท่าที่คุณกดปุ่ม การดำเนินการนี้ทำขึ้นเพื่อจำกัดระยะเวลาที่หน้าจอเปิด - ใช้เพื่อตรวจสอบสถานะของหัววัดอุณหภูมิ ระดับแบตเตอรี่ และเวลา/วันที่ และไฟล์ขนาดที่คุณกำลังสร้างเท่านั้น สายไฟชิ้นสุดท้ายคือโพรบสองตัวที่วางผ่านจุดเจาะสุดท้ายที่ครึ่งล่าง สิ่งเหล่านี้เชื่อมต่อกับขั้วต่อ JST 3 ขาเพื่อให้ถอดง่ายขึ้น ฉันละเลยที่จะวางตัวต้านทาน 4.7K บนบอร์ดเพื่อเชื่อมต่อพินข้อมูลและแรงดันบนบัสเซ็นเซอร์อุณหภูมิ ดังนั้นจะต้องทำบนจุดเชื่อมต่อเซ็นเซอร์จุดใดจุดหนึ่งบนบอร์ด โดยจะมีป้ายกำกับกำกับไว้ ดังนั้นจึงน่าจะทำได้ง่าย พวกเขาทั้งคู่ไปที่พิน GPIO เดียวกันบน Feather ดังนั้นจำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อตัวต้านทานเพียงตัวเดียว

ขั้นตอนที่ 4: โปรแกรม It

โปรแกรมนี้เข้าใจง่ายมาก ไลบรารี SD ใช้สำหรับการใช้ไฟล์การ์ด SD ที่สร้างไว้ในบอร์ดขนนก ห้องสมุด OneWire และ Dallas Temp ใช้สำหรับการอ่านแบบสายเดียวจากโพรบวัดอุณหภูมิ DonePin คือการแจ้ง TPL5111 ว่าการอ่านข้อมูลทั้งหมดเสร็จสิ้นแล้ว และสามารถปิดใช้งาน Featherboard ได้ VBatpin เป็นหมุดบนขนนกที่มีตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเพื่ออ่านค่าของแบตเตอรี่ Lipo ห้องสมุด Asciiwire คือการเรียกใช้หน้าจอ LED OneWireBus คือ GPIO pin 6 ในกรณีนี้ ระบบไฟล์ SD สำหรับ Datalogger นี้ตั้งค่าไฟล์ ANALOG02. TXT เพื่อรวบรวมข้อมูลทั้งหมด มันเปิดไฟล์เดียวกันทุกครั้งและเพิ่มเข้าไป ในการกำจัดข้อมูลเก่า คุณต้องนำชิปออกจากที่ใส่การ์ด SD และดาวน์โหลดลงในคอมพิวเตอร์ เช่น ในสเปรดชีต EXCEll ทำได้ง่ายดายด้วยส่วนการนำเข้าข้อมูลของสเปรดชีต ไฟล์จะถูกลบออกจากชิปและเมื่อ Feather เปิดขึ้นอีกครั้งจะสร้างไฟล์ใหม่ ถัดมาคือการตั้งค่าเวลา/วันที่สำหรับ RTC //rtc.adjust(DateTime(F(_DATE_), F(_TIME_)))); ลบอักขระความคิดเห็นเพื่อตั้งค่า RTC ของคุณเป็นเวลาบูตจากนั้นทำการโปรแกรมชิปใหม่ด้วยบรรทัดนี้ที่แสดงความคิดเห็นเพื่อที่ว่าครั้งต่อไปที่คอมพิวเตอร์บูทคอมพิวเตอร์จะไม่ใช้เวลาบู๊ตแบบเดิมอีกต่อไปแทนที่จะปล่อยให้ตัวจับเวลาสำรองแบตเตอรี่เติม ใน ส่วน loop() เปิดไฟล์ SD รับวันที่/เวลา อ่านและแปลงเซ็นเซอร์ทั้งสอง คำนวณระดับแบตเตอรี่และเขียนลงในการ์ด SD จากนั้นจะทำให้ donePin สูงเพื่อปิดลำดับ

ขั้นตอนที่ 5: การใช้มัน

ชาร์จแบตเตอรี่จนเต็มแล้วโดยเสียบ Feather เข้ากับปลั๊ก MicroUSB ไฟ LED การชาร์จจะสว่างจนกว่าจะชาร์จจนเต็ม ซึ่งช้า ใส่การ์ด SD ใหม่ที่ไม่มี ANALOG02. TXT ไว้ในที่ยึดชิป ติดตั้งฝาครอบแล้วและขันน็อตทั้งห้าตัวเข้ากับปะเก็นยาง ปุ่มเปิดปิดเปิดอยู่และหลังจากนั้นประมาณ 4 วินาที ปุ่มกดจะถูกกดไว้ ปุ่มจะแสดงอุณหภูมิเริ่มต้นอย่างรวดเร็วก่อนเป็นอันดับแรก และหลังจากล้างหน้าจอ จะแสดง T1 และ T2 เป็นเอาต์พุตของโพรบวัดอุณหภูมิ คุณสามารถอุ่นเครื่องด้วยมือของคุณเพื่อระบุว่าเป็น T1 และ T2 หน้าจอจะแสดงชั่วโมง นาที วินาที วัน เดือน และปีที่อ่าน ตลอดจนระดับแบตเตอรี่และขนาดของไฟล์ ณ จุดนี้ การตรวจสอบนี้ดำเนินการเพื่อให้แน่ใจว่าทุกอย่างทำงานได้ดีก่อนปล่อยทิ้งไว้เป็นเวลา 8 เดือน ปล่อยปุ่มและวางโพรบในตำแหน่งที่คุณต้องการวัดอุณหภูมิ พวกเขากันน้ำและหวังว่าจะเป็นเครื่องของคุณ การออกนอกบ้านครั้งแรกของเครื่องนี้จะอยู่ที่ Iliamna Alaska ซึ่งจะอยู่ใต้ดินจนถึงเดือนเมษายนปีหน้า ในการทดสอบช่วงแรกๆ พบว่าแบตเตอรี่ขนาดนี้ดีพอสำหรับอย่างน้อย 1 1/2 ปีที่อ่าน 12 ครั้งต่อวัน ทั้งหมดนี้เกิดจากการรวมพลังของ TPL5111 การศึกษาเรื่องภาวะโลกร้อนมีความสำคัญมากสำหรับทุกคนที่ต้องมีส่วนร่วม ออกไปทำวิทยาศาสตร์กันเถอะ!