วิธีทำ Data Logger สำหรับอุณหภูมิ PH และออกซิเจนละลายน้ำ: 11 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

วัตถุประสงค์:

• สร้างเครื่องบันทึกข้อมูลสำหรับ ≤ $500 เก็บข้อมูลอุณหภูมิ pH และ DO พร้อมประทับเวลาและใช้การสื่อสาร I2C
• ทำไมต้อง I2C (วงจรรวมอินเตอร์)? หนึ่งสามารถซ้อนเซ็นเซอร์ได้มากในบรรทัดเดียวกันเนื่องจากแต่ละตัวมีที่อยู่ที่ไม่ซ้ำกัน

ขั้นตอนที่ 1:

ขั้นตอนที่ 2: ซื้อชิ้นส่วนด้านล่าง:

1. Arduino MEGA 2560, $35,
2. อะแดปเตอร์จ่ายไฟสำหรับบอร์ด Arduino, $5.98,
3. โมดูล LCD I2C (จอแสดงผล), $8.99,
4. การฝ่าวงล้อมนาฬิกาแบบเรียลไทม์ (RTC), $7.5,
5. บอร์ดฝ่าวงล้อมการ์ด MicroSD, $7.5,
6. การ์ด SD 4GB, $6.98,
7. DS18B20 เซ็นเซอร์ดิจิตอลแบบกันน้ำ, $9.95,
8. หัววัดค่า pH + Kits+ บัฟเฟอร์มาตรฐาน, $149.15,
9. โพรบ DO + Kits+ บัฟเฟอร์มาตรฐาน, $247.45,
10. เขียงหั่นขนม สายจัมเปอร์ $7.98
11. (ไม่บังคับ) ตัวแยกแรงดันไฟฟ้า, $24,

รวม: $510.48

* บางส่วน (เช่น กระดานทั่วไป) สามารถซื้อได้จากผู้ขายรายอื่น (eBay, ผู้ขายชาวจีน) ในราคาที่ถูกกว่า ขอแนะนำให้ใช้หัววัดค่า pH และ DO เพื่อรับจาก Atlas Scientific

* แนะนำให้ใช้มัลติมิเตอร์เพื่อตรวจสอบค่าการนำไฟฟ้าและแรงดันไฟ มีค่าใช้จ่ายประมาณ 10-15 เหรียญ (https://goo.gl/iAMDJo)

ขั้นตอนที่ 3: การเดินสายไฟ

• ใช้สายจัมเปอร์/ดูปองท์เพื่อเชื่อมต่อชิ้นส่วนต่างๆ ดังแสดงในแบบร่างด้านล่าง
• ใช้มัลติมิเตอร์เพื่อตรวจสอบการนำไฟฟ้า
• ตรวจสอบการจ่ายแรงดันบวก (VCC) และกราวด์ (GND) (ง่ายต่อการสับสนถ้าคุณไม่คุ้นเคยกับวงจร)
• เสียบอะแดปเตอร์ไฟและตรวจสอบไฟแสดงสถานะในแต่ละส่วน เมื่อสงสัยให้ใช้มัลติมิเตอร์ตรวจสอบแรงดันไฟระหว่าง VCC และ GND ให้เป็น (5V)

ขั้นตอนที่ 4: เตรียม PH, DO Circuits, SD Card

1. เปลี่ยนเป็น I2C สำหรับวงจร pH และ DO
2. ค่า pH และ DO จะจัดส่งพร้อมกับการสื่อสารแบบอนุกรมเป็นโหมดเริ่มต้น ส่ง/รับ (TX/RX) ในการใช้โหมด I2C Clock line (SCL) และ Data line (SDA) ให้สลับโหมดโดย (1): ถอดปลั๊ก VCC, TX, RX cables, (2): ข้าม TX ไปยัง Ground for Probe, PGND (ไม่ใช่ GND), (3) เสียบ VCC เข้ากับวงจร, (4): รอให้ LED เปลี่ยนจากสีเขียวเป็นสีน้ำเงิน ตรวจสอบรายละเอียดเพิ่มเติมในหน้า 39 (เอกสารข้อมูลวงจร pH,
3. ทำขั้นตอนเดียวกันกับวงจร DO
4. (ถ้ารู้วิธีอัพโหลดโค้ดตัวอย่างขึ้นบอร์ดก็สามารถทำได้ผ่าน Serial monitor)
5. ฟอร์แมตการ์ด SD เป็นรูปแบบ FAT

ขั้นตอนที่ 5: เตรียมซอฟต์แวร์

1. ดาวน์โหลด Arduino Integrated Development Environment (IDE),
2. ติดตั้งไลบรารี่ลงใน Arduino IDE:
3. ส่วนใหญ่มาพร้อมกับซอฟต์แวร์ Arduino LiquidCrystal_I2C.h พร้อมใช้งานผ่าน GitHub
4. ติดตั้งไดรเวอร์สำหรับ USB สำหรับ Arduino ของแท้ คุณไม่จำเป็นต้องติดตั้ง สำหรับโปรแกรมทั่วไป คุณต้องติดตั้งไดรเวอร์ CH340 (GitHub:
5. ตรวจสอบว่าคุณเชื่อมต่อบอร์ดอย่างถูกต้องหรือไม่โดยเรียกใช้การทดสอบ LED ที่กะพริบ
6. วิธีค้นหาที่อยู่ MAC ของอุณหภูมิดิจิตอล 18B20 การใช้เทมเพลตสแกนเนอร์ I2C ใน Arduino IDE โดยเสียบโพรบ อุปกรณ์แต่ละตัวมีที่อยู่ MAC ที่ไม่ซ้ำกัน คุณจึงสามารถใช้หัววัดอุณหภูมิได้มากเท่าๆ กับสายที่ใช้ร่วมกัน (#9) 18B20 ใช้ I2C แบบสายเดียว ดังนั้นจึงเป็นกรณีพิเศษของวิธีการสื่อสาร I2C ด้านล่างนี้เป็นวิธีหนึ่งในการค้นหา MAC – Medical Access Control (“ROM” เมื่อคุณเรียกใช้ขั้นตอนด้านล่าง)

ขั้นตอนที่ 6: เริ่มการเข้ารหัส

• คัดลอกวางโค้ดด้านล่างไปยัง Arduino IDE:
• หรือดาวน์โหลดโค้ด (.ino) แล้วหน้าต่างใหม่จะปรากฏขึ้นใน Arduino IDE

/*

บทช่วยสอนอ้างอิง:

1. อุณหภูมิ, ORP, เครื่องบันทึกค่า pH:

2. Secured Digital (SD) Shield:

รหัสนี้จะส่งข้อมูลไปยังจอภาพอนุกรม Arduino พิมพ์คำสั่งลงในจอภาพอนุกรม Arduino เพื่อควบคุม EZO pH Circuit ในโหมด I2C

แก้ไขจากบทช่วยสอนที่อ้างอิงด้านบน ส่วนใหญ่มาจากโค้ด I2C โดย Atlas-Scientific

ปรับปรุงล่าสุด: 26 กรกฎาคม 2017 โดย Binh Nguyen

*/

#include // เปิดใช้งาน I2C

#define pH_address 99 // ค่าเริ่มต้น I2C ID number สำหรับ EZO pH Circuit

#define DO_address 97 // หมายเลข I2C เริ่มต้นสำหรับวงจร EZO DO

#include "RTClib.h" // ฟังก์ชันวันที่และเวลาโดยใช้ DS1307 RTC ที่เชื่อมต่อผ่าน I2C และ Wire lib

RTC_DS1307 rtc;

#include // สำหรับห้องสมุด SD

#include // การ์ด SD เพื่อเก็บข้อมูล

const int chipSelect = 53; // ต้องการหา Adafruit SD breakout//https://learn.adafruit.com/adafruit-micro-sd-breakout-board-card-tutorial/wiring

//DO=MISO, DI=MOSI, บน ATmega pin#: 50(MISO), 51(MOSI), 52(SCK), 53(SS)

ถ่าน logFileName = "dataLT.txt"; // แก้ไข logFileName เพื่อระบุการทดลองของคุณ เช่น PBR_01_02 datalog1

รหัสยาว = 1; //หมายเลขประจำตัวเพื่อเข้าสู่ลำดับบันทึก

#รวม

LiquidCrystal_I2C จอแอลซีดี (0x27, 20, 4);

#รวม

#รวม

#define ONE_WIRE_BUS 9 // กำหนดพิน # สำหรับโพรบวัดอุณหภูมิ

OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);

เซ็นเซอร์อุณหภูมิดัลลัส (& oneWire);

DeviceAddress ProbeP = { 0x28, 0xC2, 0xE8, 0x37, 0x07, 0x00, 0x00, 0xBF }; //ที่อยู่ MAC เฉพาะสำหรับแต่ละโพรบ

ข้อมูลสตริงสตริง; // ตัวแปรหลักในการเก็บข้อมูลทั้งหมด

สตริง dataString2; // ตัวแปรชั่วคราวสำหรับเก็บอุณหภูมิ/pH/DO สำหรับการพิมพ์

ถ่านข้อมูลคอมพิวเตอร์[20]; // คำแนะนำจาก Atlas Scientific: เราสร้างอาร์เรย์อักขระ 20 ไบต์เพื่อเก็บข้อมูลขาเข้าจาก pc/mac/other

ไบต์ที่ได้รับ_from_computer=0; // เราจำเป็นต้องรู้ว่าได้รับตัวละครไปกี่ตัวแล้ว

byte serial_event=0;//แฟล็กเพื่อส่งสัญญาณเมื่อได้รับข้อมูลจาก pc/mac/other

รหัสไบต์=0; // ใช้เพื่อเก็บรหัสตอบกลับ I2C

ถ่าน pH_data[20]; // เราสร้างอาร์เรย์อักขระ 20 ไบต์เพื่อเก็บข้อมูลขาเข้าจากวงจร pH

ไบต์ in_char=0; // ใช้เป็นบัฟเฟอร์ 1 ไบต์เพื่อจัดเก็บในไบต์ที่ถูกผูกไว้จากวงจร pH

ไบต์ i=0; //ตัวนับที่ใช้สำหรับอาร์เรย์ ph_data

เวลา int_=1800; // ใช้เพื่อเปลี่ยนการหน่วงเวลาที่จำเป็นขึ้นอยู่กับคำสั่งที่ส่งไปยัง EZO Class pH Circuit

ลอย pH_float; //float var ใช้เก็บค่า float ของ pH

ถ่าน DO_data[20];

//ลอย temp_C;

การตั้งค่าเป็นโมฆะ () // การเริ่มต้นฮาร์ดแวร์

{

Serial.begin(9600); // เปิดใช้งานพอร์ตอนุกรม

Wire.begin(pH_address); // เปิดใช้งานพอร์ต I2C สำหรับโพรบ pH

Wire.begin(DO_address);

lcd.init();

lcd.begin(20, 4);

LCD.backlight();

lcd.home();

lcd.print("สวัสดี PBR!");

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("กำลังเริ่มต้น…");

Serial.print("RTC คือ…");

ถ้า (! rtc.begin())

{

Serial.println("RTC: นาฬิกาเรียลไทม์…ไม่พบ");

while (1);// (Serial.println("RTC: Real-time clock…FOUND"));

}

Serial.println("วิ่ง");

Serial.print("นาฬิกาเรียลไทม์…");

ถ้า (! rtc.isrunning())

{rtc.adjust(DateTime(F(_DATE_), F(_TIME_)));

}

Serial.println("กำลังทำงาน");

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.println("RTC: ตกลง");

Serial.print("การ์ด SD…"); // ดูว่าการ์ดมีอยู่และสามารถเริ่มต้นได้หรือไม่:

ถ้า (!SD.begin(chipSelect))

{ Serial.println("ล้มเหลว"); //อย่าทำอะไรอีก:

กลับ;

}

Serial.println("ตกลง");

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.println("การ์ด SD: ตกลง");

Serial.print("ไฟล์บันทึก: ");

Serial.print (logFileName);

Serial.print("…");

ไฟล์ logFile = SD.open(logFileName, FILE_WRITE); // เปิดไฟล์. "datalog" และพิมพ์ส่วนหัว

ถ้า (logFile)

{

logFile.println(",,,, "); //ระบุว่ามีข้อมูลในการรันครั้งก่อน

ส่วนหัวของสตริง = "วันที่ - เวลา, อุณหภูมิ (C), pH, DO";

logFile.println (ส่วนหัว);

logFile.close();

Serial.println("พร้อม");

//Serial.println (dataString); // พิมพ์ไปยังพอร์ตอนุกรมด้วย:

}

อื่น { Serial.println ("ข้อผิดพลาดในการเปิด datalog"); } // หากไฟล์ไม่เปิดขึ้น ให้แสดงข้อผิดพลาด:

lcd.setCursor(0, 2);

lcd.print("ไฟล์บันทึก:");

lcd.println (logFileName);

ล่าช้า (1000);

sensors.begin();

sensors.setResolution (ProbeP, 10); ///10 คือความละเอียด (10 บิต)

lcd.clear();

รหัส = 0;

}

วงเป็นโมฆะ ()

{//ลูปหลัก.

dataString = สตริง (id);

dataString = สตริง (', ');

DateTime ตอนนี้ = rtc.now();

dataString = String(now.year(), DEC);

dataString += สตริง ('/');

dataString += String(now.month(), DEC);

dataString += สตริง ('/');

dataString += String(now.day(), DEC);

dataString += สตริง (' ');

dataString += String(now.hour(), DEC);

dataString += สตริง (':');

dataString += String(now.minute(), DEC);

dataString += สตริง (':');

dataString += สตริง (ตอนนี้วินาที (), ธ.ค.);

lcd.home();

lcd.print (dataString);

เซ็นเซอร์ ขออุณหภูมิ ();

displayTemperature(โพรบP);

Wire.beginTransmission(pH_address); //เรียกวงจรตามหมายเลขประจำตัว

Wire.write('r'); // ฮาร์ดโค้ด r เพื่ออ่านอย่างต่อเนื่อง

Wire.endTransmission(); // สิ้นสุดการส่งข้อมูล I2C

เวลาล่าช้า_); //รอเวลาที่ถูกต้องเพื่อให้วงจรดำเนินการตามคำสั่ง

Wire.requestFrom(pH_address, 20, 1); //เรียกวงจรและขอ 20 ไบต์ (อาจมากกว่าที่เราต้องการ)

while(Wire.available()) // มีไบต์ที่จะได้รับ

{

in_char = Wire.read(); // รับไบต์

if ((in_char > 31) && (in_char <127)) // ตรวจสอบว่าถ่านนั้นใช้งานได้หรือไม่ (พิมพ์ได้)

{

pH_data= in_char; //โหลดไบต์นี้ลงในอาร์เรย์ของเรา

ผม+=1;

}

if(in_char==0) // ถ้าเราเห็นว่าเราส่งคำสั่ง null แล้ว

{

ผม=0; //รีเซ็ตตัวนับ i เป็น 0

Wire.endTransmission(); // สิ้นสุดการส่งข้อมูล I2C

หยุดพัก; // ออกจากลูป while

}

}

serial_event=0; //รีเซ็ตแฟล็กเหตุการณ์แบบอนุกรม

dataString2 += ", ";

dataString2 += สตริง (pH_data);

Wire.beginTransmission(DO_address); //เรียกวงจรตามหมายเลขประจำตัว

Wire.write('r');

Wire.endTransmission(); //สิ้นสุดการรับส่งข้อมูล I2C

เวลาล่าช้า_); //รอเวลาที่ถูกต้องเพื่อให้วงจรทำตามคำสั่ง

Wire.requestFrom(DO_address, 20, 1); //เรียกวงจรและขอ 20 ไบต์

while(Wire.available()) // มีไบต์ที่จะได้รับหรือไม่

{

in_char = Wire.read(); // รับไบต์

if ((in_char > 31) && (in_char <127)) // ตรวจสอบว่า char ใช้งานได้หรือไม่ (พิมพ์ได้) มิฉะนั้น in_char จะมีสัญลักษณ์ที่จุดเริ่มต้นในไฟล์.txt

{ DO_data= in_char; //โหลดไบต์นี้ลงในอาร์เรย์ของเรา

ผม+=1; //incur ตัวนับสำหรับองค์ประกอบอาร์เรย์

}

ถ้า(in_char==0)

{ //ถ้าเราเห็นว่าเราส่งคำสั่ง null ไปแล้ว

ผม=0; //รีเซ็ตตัวนับ i เป็น 0

Wire.endTransmission(); // สิ้นสุดการส่งข้อมูล I2C

หยุดพัก; // ออกจากลูป while

}

}

serial_event=0; //รีเซ็ตแฟล็กเหตุการณ์ซีเรียล

pH_float = atof (pH_data);

dataString2 += ", ";

dataString2 += สตริง (DO_data);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("อุณหภูมิ/ pH/ DO");

lcd.setCursor(0, 2);

lcd.print (dataString2);

dataString += ', ';

dataString += dataString2;

ไฟล์ dataFile = SD.open(logFileName, FILE_WRITE); // เปิดไฟล์. โปรดทราบว่าสามารถเปิดไฟล์ได้ครั้งละหนึ่งไฟล์เท่านั้น ดังนั้นคุณต้องปิดไฟล์นี้ก่อนที่จะเปิดไฟล์อื่น

if (dataFile) // หากไฟล์พร้อมใช้งาน ให้เขียนไปที่:

{

dataFile.println (dataString);

dataFile.close();

Serial.println (dataString); // พิมพ์ไปยังพอร์ตอนุกรมด้วย:

}

อื่น { Serial.println ("เกิดข้อผิดพลาดในการเปิดไฟล์ datalog"); } // หากไฟล์ไม่เปิดขึ้น ให้แสดงข้อผิดพลาด:

lcd.setCursor(0, 3);

lcd.print("วิ่ง(x5m):");

lcd.setCursor(15, 3);

lcd.print(id);

ไอดี ++; // เพิ่มหนึ่ง ID การวนซ้ำครั้งต่อไป

dataString = "";

ล่าช้า (300000); //ล่าช้า 5 นาที = 5*60*1000 ms

lcd.clear();

} // จบลูปหลัก

เป็นโมฆะ displayTemperature (DeviceAddress deviceAddress)

{

float tempC = sensors.getTempC (ที่อยู่อุปกรณ์);

ถ้า (tempC == -127.00) lcd.print ("อุณหภูมิผิดพลาด");

อื่น dataString2 = สตริง (tempC);

}//โค้ดลงท้ายที่นี่

• เลือกพอร์ต COM ที่เหมาะสมผ่าน Arduino IDE ภายใต้เครื่องมือ/พอร์ต
• เลือกบอร์ด Arduino ที่เหมาะสม ฉันใช้ Mega 2560 เพราะมีหน่วยความจำภายในมากกว่า Arduino Nano หรือ Uno ทำงานได้ดีกับการตั้งค่านี้
• ตรวจสอบและรหัสและอัปโหลดรหัส

ขั้นตอนที่ 7: ผลลัพธ์ในการเดินสาย (สามารถปรับปรุงได้) และจอ LCD

• หมายเหตุ: ฉันพบสัญญาณรบกวนจากโพรบ DO ไปยังโพรบ pH หลังจากการทำงานต่อเนื่อง 2-3 เดือน จากข้อมูลของ Atlas Scientific แนะนำให้ใช้ตัวแยกแรงดันไฟฟ้าแบบอินไลน์เมื่อ pH โพรบวัดค่าการนำไฟฟ้าทำงานร่วมกัน รายละเอียดเพิ่มเติมหน้า 9 (https://goo.gl/d62Rqv)
• ข้อมูลที่บันทึกไว้ (อันแรกมีอักขระที่ไม่ได้พิมพ์ก่อนข้อมูล pH และ DO) ฉันกรองเป็นโค้ดโดยอนุญาตเฉพาะอักขระที่พิมพ์ได้

ขั้นตอนที่ 8: นำเข้าข้อมูลและสร้างกราฟ

1. นำเข้าข้อมูลจากข้อความภายใต้แท็บ DATA (Excel 2013)
2. แยกข้อมูลด้วยเครื่องหมายจุลภาค (นั่นคือสาเหตุที่การมีเครื่องหมายจุลภาคหลังจากป้อนข้อมูลแต่ละครั้งมีประโยชน์)
3. พล็อตข้อมูล ข้อมูลด้านล่างแต่ละรายการมีประมาณ 1700 คะแนน ช่วงเวลาในการวัดคือ 5 นาที (ปรับได้) ขั้นต่ำสำหรับวงจร DO และ pH เพื่ออ่านข้อมูลคือ 1.8 วินาที

ขั้นตอนที่ 9: การปรับเทียบ

1. เซ็นเซอร์อุณหภูมิแบบดิจิตอล (18B20) สามารถปรับเทียบได้โดยการปรับความแตกต่างโดยตรงกับ มิฉะนั้น หากการชดเชยและความชันจำเป็นต้องมีการปรับเทียบ คุณสามารถทำได้โดยเปลี่ยนค่าในบรรทัด #453 DallasTemperature.cpp ในโฟลเดอร์ \libraries\DallasTemperature
2. สำหรับหัววัดค่า pH และ DO คุณสามารถสอบเทียบหัววัดด้วยสารละลายที่มาพร้อมกับเครื่อง คุณต้องใช้โค้ดตัวอย่างโดย Atlas Scientific และทำตามคำแนะนำในไฟล์นี้
3. โปรดติดตามหน้า 26 และ 50 สำหรับหัววัดค่า pH (https://goo.gl/d62Rqv) สำหรับการสอบเทียบและการชดเชยอุณหภูมิ และหน้า 7-8 และ 50 สำหรับหัววัด DO (https://goo.gl/mA32mp) ขั้นแรก โปรดอัปโหลดรหัสทั่วไปที่ Atlas ให้มาอีกครั้ง เปิด Serial Monitor และป้อนคำสั่งที่เหมาะสม

ขั้นตอนที่ 10: การเดินสายมากเกินไป?

1. คุณสามารถกำจัดการ์ด SD และโมดูลนาฬิกาแบบเรียลไทม์ได้โดยใช้ Dragino Yun Shield สำหรับบอร์ด Arduino (https://goo.gl/J9PBTH) จำเป็นต้องแก้ไขรหัสเพื่อทำงานกับ Yun Shield นี่คือจุดเริ่มต้นที่ดี (https://goo.gl/c1x8Dm)
2. ยังเดินสายมากเกินไป: Atlas Scientific จัดทำคู่มือสำหรับวงจร EZO (https://goo.gl/dGyb12) และบอร์ดไร้บัดกรี (https://goo.gl/uWF51n) รวมอุณหภูมิดิจิตอล 18B20 ไว้ที่นี่ (https://goo.gl/ATcnGd) คุณต้องคุ้นเคยกับคำสั่งบน Raspbian (เวอร์ชันของ Debian Linux) ที่ทำงานบน Raspberry Pi (https://goo.gl/549xvk)

ขั้นตอนที่ 11: การรับทราบ:

นี่เป็นโครงการข้างเคียงของฉันในระหว่างการวิจัยดุษฎีบัณฑิตซึ่งฉันทำงานเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพล่วงหน้าเพื่อเพาะเลี้ยงสาหร่ายขนาดเล็ก ดังนั้นฉันคิดว่าจำเป็นต้องให้เครดิตคู่กรณีที่มีเงื่อนไขเพื่อให้สิ่งนี้เกิดขึ้น ประการแรก เงินช่วยเหลือ DE-EE0007093: “Atmospheric CO2 Enrichment and Delivery (ACED),” จากกระทรวงพลังงานสหรัฐ สำนักงานประสิทธิภาพพลังงานและพลังงานทดแทนเป้าหมายเชื้อเพลิงชีวภาพสาหร่ายและผลิตภัณฑ์ชีวภาพ ผมขอขอบคุณ Dr. Bruce E. Rittmann ที่ Biodesign Swette Center for Environmental Biotechnology, Arizona State Univesity ที่ให้โอกาสผมในการดัดแปลงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และ Arduino ฉันได้รับการฝึกฝนด้านวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม ส่วนใหญ่เป็นวิชาเคมี จุลชีววิทยานิดหน่อย