مسجل بيانات Arduino Pro-mini: 15 خطوة

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

بناء تعليمات لمسجل بيانات Arduino pro-mini مفتوح المصدر

إخلاء المسؤولية: التصميم والرمز التاليان مجانيان للتنزيل والاستخدام ، لكنهما لا يأتيان بأي ضمان أو ضمان على الإطلاق.

يجب أولاً أن أشكر الأشخاص الموهوبين الذين ألهموا فكرة مسجل البيانات هذا وأسهموا في الكود وأجهزة الاستشعار المستخدمة. أولاً ، جاءت فكرة مسجل البيانات من مسجل البيانات المصمم جيدًا والموضح جيدًا (آسف أن برنامجنا التعليمي ليس جيدًا) مسجل البيانات لإدوارد مالون: https://thecavepearlproject.org/2017/06/19/ اردوين …

ثانيًا ، تم تصميم وبناء مستشعرات رطوبة التربة مفتوحة المصدر المستخدمة هنا ، بالإضافة إلى الكود / المكتبة لتشغيلها ، بواسطة Catnip Electronics. هذه أجهزة استشعار عالية الجودة ومتينة للغاية. ترد أدناه معلومات عن مكان شرائها والحصول على الكود لتشغيلها (شكرًا لك إنغو فيشر).

الخطوة 1: المواد والأدوات والمعدات المطلوبة

لوحة اردوينو Pro-mini. بالنسبة لهذا التطبيق ، نستخدم المصدر المفتوح (كما هو الحال مع جميع أجزائنا) المستنسخات المحترفة الصينية الصنع (5 فولت ، 16 ميجاهرتز ، معالج ATmega 326) (الشكل 1 أ). يمكن شراء هذه اللوحات على Aliexpress و Ebay ومواقع الويب المماثلة بأقل من 2 دولار أمريكي. ومع ذلك ، يمكن استخدام اللوحات الأخرى بنفس السهولة (لاحظ متطلبات الجهد لأجهزة الاستشعار المطلوبة ، وكذلك متطلبات ذاكرة البرنامج).

بطاقة SD ووحدة تسجيل الوقت الحقيقي (RTC) التي وضعتها Deek-Robot (المعرف: 8122) (الشكل 1 ب). تشتمل هذه الوحدة على قارئ بطاقات DS13072 RTC وقارئ بطاقات micro-sd. تكلف هذه اللوحات أقل من 2 دولار أمريكي وهي قوية جدًا.

محول طرفي لولبي Arduino nano (نعم - "نانو") ، أخرج أيضًا Deek-Robot ، والذي يمكن شراؤه بأقل من 2 دولار أمريكي من Aliexpress أو ما شابه (الشكل 1 ج). كما ترون ، نحن نحب Aliexpress فقط.

سلك معزول ذو قلب صلب 22 جيجا (الشكل 1 د).

مربع مسجل البيانات (الشكل 1 هـ). نحن نستخدم الصناديق "ذات التصنيف البحثي" ، ولكن الأدوات البلاستيكية غير المكلفة تعمل بشكل جيد في معظم المواقف.

علبة بطارية لـ 4 بطاريات NiMh مقاس AA (الشكل 1f). يمكن شراؤها على Aliexpress مقابل ca. 0.20 دولار لكل منها (نعم - 20 سنتًا). لا تضيع أموالك على بطاريات أغلى ثمناً.

6V ، ca 1W الألواح الشمسية. يمكن شراؤها على Aliexpress بأقل من 2 دولار أمريكي.

لحام الحديد ، جندى ، وتدفق من النوع الماضي.

مسدس الغراء الساخن.

الخطوة 2: بناء التعليمات

الوقت اللازم للبناء: حوالي 30 إلى 60 دقيقة.

قم بإعداد محول طرف نانو للحام.

لغرض هذا العرض التوضيحي ، سنقوم بإعداد محول طرف المسمار النانوي لتسهيل توصيل ثلاثة مستشعرات رطوبة التربة I2C. ومع ذلك ، مع القليل من الإبداع ، يمكن إعداد المحطات اللولبية بطرق مختلفة لتسهيل الأجهزة الأخرى. إذا كنت لا تعرف ما هو I2C ، فتحقق من المواقع التالية:

howtomechatronics.com/tutorials/arduino/ho…

www.arduino.cc/en/Reference/Wire

تم أخذ فكرة استخدام محولات النانو اللولبية من التصميم الرائع لمسجل البيانات لإدوارد مالون:

thecavepearlproject.org/2017/06/19/arduino…

اقطع الآثار الموجودة على الجزء الخلفي من طرف المسمار بين المسامير الكبيرة والصغيرة في المواضع 3 و 5 و 9 و 10 و 11 (العد من أعلى الجهاز) (الشكل 2). تتوافق هذه الآثار مع الملصقات "RST" و "A7" و "A3" و "A2" و "A1" على طرف المسمار. يكون قطع الآثار أسهل بكثير إذا كان لديك أداة من نوع "Dremel" ، ولكن إذا لم يكن لديك ، فستعمل السكين الصغير بسهولة. لا تقطع نفسك! لاحظ أن الملصقات الموجودة على طرف المسمار وعلى pro-mini ليست كلها متشابهة (يحتوي nano و pro-mini على بعض المسامير في مواقع مختلفة). يعد هذا أحد الأمور المقلقة في هذا التصميم ، ولكن من السهل إعادة تسمية اللوحة الطرفية عند الانتهاء ، إذا كنت تريد ذلك.

اكشط بعناية (باستخدام Dremel أو سكين صغير) الطبقة الرقيقة من الايبوكسي المجاورة مباشرة للمسامير الكبيرة 9 و 10 و 11 (المسمى "A3" ، "A2" ، "A1" على طرف النانو) (الشكل 2). تم تأريض طلاء النحاس المكشوف الموجود أسفل الإيبوكسي بلوحة Arduino pro-mini. سنقوم لاحقًا بلحام هذا القسم المكشوف بالمسامير المجاورة ، وبالتالي توفير ثلاث محطات لولبية مؤرضة.

الخطوة 3: بناء التعليمات

قطع ثمانية أطوال 8 سم من سلك قياس 22 معزول وشريط كاليفورنيا 5 مم من العزل من طرف واحد و 3 مم من الطرف الآخر. نوصي باستخدام سلك صلب.

خذ أربعة من هذه الأسلاك ، وثني أحد طرفيها 90 درجة (النهاية بـ 5 مم أو سلك مكشوف) ولحام * عبر * (أي ربط جميع المسامير مع اللحام الغزير والتدفق) إلى النقاط التالية:

السلك 1: المسامير الكبيرة 3 و 4 و 5 (المسمى "RST" و "5 V" و "A7" على طرف nano). سنقوم بتعديل أطراف المسمار الثلاثة هذه إلى ثلاثة أطراف VCC (الشكل 3).

الخطوة 4: بناء التعليمات

السلك 2: المسامير الكبيرة 9 و 10 و 11 (مكتوب عليها "A3" و "A2" و "A1" على طرف نانو) بالإضافة إلى الطلاء النحاسي المكشوف الذي تم الكشف عنه سابقًا. استخدم الكثير من اللحام. لا تقلق إذا بدت فوضوية. سنقوم بتعديل هذه المحطات اللولبية الثلاثة إلى ثلاث محطات أرضية (-) أطراف (الشكل 4).

الخطوة 5: بناء التعليمات

السلك 3: المسامير الكبيرة 13 و 14 و 15 (المسمى "REF" و "3V3" و "D13" على طرف nano). سنقوم بتعديل هذه المحطات اللولبية الثلاثة إلى ثلاثة أطراف A5 SCL لاتصالات I2C (الشكل 5).

الخطوة 6: بناء التعليمات

السلك 4: دبابيس كبيرة 28 و 29 و 30 (مكتوب عليها "D10" و "D11" و "D12" على طرف nano). سنقوم بتعديل أطراف التوصيل اللولبية الثلاثة هذه إلى ثلاث محطات A4 SDA لاتصالات I2C (الشكل 6).

الخطوة 7: بناء التعليمات

قم بلحام سلك واحد لكل من المسامير الصغيرة (أقول مرة أخرى - صغيرة) 9 و 10 و 11 (المسمى 'A3' ، 'A2' ، 'A1' على طرف nano) (الشكل 7).

الخطوة 8: بناء التعليمات

جندى

السلك المتبقي إلى الدبوس الكبير 22 (المسمى "D4" على طرف النانو) (الشكل 8).

الخطوة 9: بناء التعليمات

قم بلحام الطرف الحر لكل سلك في فتحات المسامير المقابلة له على درع مسجل بيانات Deek-Robot (الشكل 9):

دبوس كبير 'RST + 5V + A7' إلى فتحة دبوس 5V

دبوس كبير 'A3 + A2 + A1' في فتحة سنون GND

دبوس صغير 'A3' إلى فتحة دبوس SCK

دبوس صغير "A2" في فتحة دبوس MISO

دبوس صغير 'A1' إلى فتحة دبوس MOSI

دبوس كبير 'REF + 3V3 + D13' في فتحة دبوس SCL

دبوس كبير 'D10 + D11 + D12' في فتحة دبوس SDA

ودبوس كبير "D4" في فتحة دبوس CS

الخطوة 10: بناء التعليمات

يرجى ملاحظة أننا نقدم ملصقات النانو هنا لسهولة الاتصال فقط. لن تتوافق هذه الملصقات مع المسامير الموجودة على اللوحة pro-mini بمجرد إدخالها في طرف المسمار.

قم بلحام سلكين طولهما 6 سم في الثقوب بحجم A4 و A5 من الجانب السفلي للوحة pro-mini (الشكل 10).

الخطوة 11: بناء التعليمات

دبابيس اللحام باللوحة pro-mini وأدخلها في طرف المسمار المكتمل. لا تنس إدخال الأسلاك A5 و A4 في طرفي D12 (A4) و D13 (A5) على لوحة nano. تذكر دائمًا أن المسامير الموجودة على ملصقات Arduino والملصقات الطرفية اللولبية لن تتم محاذاة تمامًا (تحتوي اللوحات pro-mini و nano على ترتيبات دبابيس مختلفة).

أدخل بطارية CR 1220 وبطاقة micro-sd في لوحة المسجل. نستخدم بطاقات SD بسعة أقل من 15 جيجابايت ، حيث واجهتنا مشكلة مع البطاقات ذات السعة الأكبر. نستخدم تنسيق البطاقات إلى FAT32.

أخيرًا ، قم بتغطية جميع الوصلات الملحومة وتأمين جميع الأسلاك باللوحة الطرفية بالغراء الساخن.

اللوحة جاهزة الآن للاستخدام. يجب أن تبدو اللوحة المكتملة الآن كما يلي: الشكل 11.

الخطوة 12: إعداد مسجل البيانات للاستخدام الميداني

لمنع مسجل البيانات الخاص بك من الانقلاب في مربع مسجل البيانات ، بالإضافة إلى توفير وصول سهل إلى دبابيس الاتصال ، نوصي بإنشاء منصة استقرار. تحافظ المنصة أيضًا على الإلكترونيات على بعد بضعة سنتيمترات على الأقل من أسفل الصندوق ، في حالة حدوث فيضان. نستخدم لوح أكريليك 1.5 مم ونوصله بمسجل البيانات بمسامير 4 مم وصواميل وغسالات (الشكل 12).

الخطوة 13:

نحن نستخدم مستشعرات رطوبة التربة مفتوحة المصدر من نوع I2C. نقوم بشرائها من Catnip Electronics (الموقع أدناه). يمكن شراؤها على Tindie وتكلفتها 9 دولارات أمريكية للطراز القياسي و 22 دولارًا أمريكيًا للطراز المتين. لقد استخدمنا النسخة القوية في التجارب الميدانية. إنها قوية للغاية وتقدم أداءً مماثلاً مثل البدائل التجارية الأكثر تكلفة (لن نضع أي شخص في فرونت ستريت ، لكن ربما تعرف المشتبه بهم المعتادون).

يظهر مستشعر Catnip Electronics I2C في هذا البرنامج التعليمي:

شراء هنا:

مكتبة اردوينو:

مكتبة اردوينو على جيثب:

قم بتوصيل السلك الأصفر من مستشعر I2C بأحد أطراف التوصيل اللولبية A5. قم بتوصيل السلك الأخضر من مستشعر I2C بأحد أطراف A4. تنتقل الأسلاك الحمراء والسوداء من المستشعر إلى المحطات الطرفية VCC والأرضية ، على التوالي.

ضع أربع بطاريات NiMh مشحونة في علبة البطارية. قم بتوصيل السلك الأحمر (+) بطرف RAW في مسجل البيانات (على سبيل المثال ، دبوس RAW على اللوحة pro-mini) (ولكن انظر قسم "توفير الطاقة" أدناه). قم بتوصيل السلك الأسود (-) بأحد المسامير الأرضية في مسجل البيانات.

للاستخدام الميداني على المدى الطويل ، قم بتوصيل لوحة شمسية 6V 1W بالمسجل. سيتم استخدام اللوحة الشمسية لتشغيل مسجل البيانات وشحن حزمة البطارية خلال النهار ، وتعمل حتى تحت السماء الملبدة بالغيوم (على الرغم من أن الثلج يمثل مشكلة).

أولاً ، قم بلحام الصمام الثنائي Schottky ~ 2A على الطرف الموجب للوحة الشمسية. سيمنع هذا التيار من التدفق مرة أخرى إلى الألواح الشمسية عندما لا يكون هناك إشعاع شمسي. لا تنسى أن تفعل هذا وإلا سيكون لديك بطاريات فارغة في أي وقت من الأوقات.

قم بتوصيل الطرف (+) من اللوحة الشمسية (أي الصمام الثنائي) بدبوس RAW على المسجل (على سبيل المثال ، دبوس RAW على الموالية المصغرة) والطرف (-) من اللوحة الشمسية إلى أحد الأرض المحطات على المسجل.

يسمح هذا الإعداد لمنظم الجهد المدمج في اللوحة pro-mini بتنظيم الجهد القادم من كل من اللوحة الشمسية وحزمة البطارية. الآن … سأقول أن هذا ليس إعدادًا مثاليًا لشحن بطاريات NiMh (صعب حتى في ظل الظروف المثالية). ومع ذلك ، فإن الألواح الشمسية التي نستخدمها تضع حوالي 150 مللي أمبير في ظل ظروف الشمس الكاملة ، والتي تتوافق مع 0.06 درجة مئوية (C = سعة حزمة البطارية) ، والتي أثبتت لنا أنها طريقة شحن بسيطة وآمنة وموثوقة لقطع الأشجار لدينا. لقد جعلناهم يعملون بهذه الطريقة في الميدان لمدة تصل إلى عام في كولورادو. ومع ذلك ، يرجى الاطلاع على إخلاء المسؤولية - لا تأتي قطع الأشجار لدينا مع أي ضمان أو ضمان على الإطلاق. في أي وقت تستخدم فيه البطاريات أو الألواح الشمسية في الميدان ، فإنك تخاطر بوقوع حريق. كن حذرا. استخدم هذا التصميم على مسؤوليتك الخاصة!

قم بتأمين مسجل البيانات وحزمة البطارية داخل صندوق مقاوم للعوامل الجوية (الشكل 13).

الخطوة 14: حفظ الطاقة

غالبًا ما نقوم بتعطيل مصابيح LED للطاقة من كل من لوحات pro-mini ولوحة تسجيل البيانات. يمكن قطع آثار هذه المصابيح بعناية بشفرة حلاقة (انظر الرابط أدناه). يستهلك كل LED 2.5 مللي أمبير من التيار عند 5 فولت (الرابط أدناه). ومع ذلك ، بالنسبة للعديد من التطبيقات ، سيكون هذا القدر من فقدان الطاقة ضئيلًا ويمكن للباحث ببساطة ترك مصابيح LED الخاصة بالطاقة كما هي.

www.instructables.com/id/Arduino-low-Proje…

نقوم أيضًا بتشغيل مكتبة "LowPower.h" (بواسطة "rocketscream" ، الرابط أدناه) ، وهي سهلة الاستخدام للغاية وتقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة بين فترات التسجيل.

github.com/rocketscream/Low-Power

بعد إزالة مصابيح LED للطاقة من pro-mini ولوحة تسجيل البيانات وتشغيل مكتبة LowPower.h (انظر "الكود" أدناه) ، سيستهلك المسجل ca. 1mA من التيار عند 5V أثناء النوم. عند تشغيل ثلاثة مستشعرات I2C في وقت واحد ، يستهلك المسجل في وضع السكون (بين تكرارات أخذ العينات) حوالي 4.5 مللي أمبير عند 5 فولت ، و 80 مللي أمبير عند أخذ العينات. ومع ذلك ، نظرًا لأن أخذ العينات يحدث بسرعة كبيرة ، وفي حالات نادرة جدًا ، فإن سحب التيار 80 مللي أمبير لا يساهم بشكل فعال في استنزاف البطارية.

يمكن توفير المزيد من الطاقة عند عدم استخدام الألواح الشمسية عن طريق توصيل طرف البطارية (+) مباشرة بدبوس VCC على المسجل. ومع ذلك ، فإن الاتصال المباشر بـ VCC ، بدلاً من دبوس RAW ، يتجنب منظم الجهد الموجود على اللوحة ، ولن يكون التيار إلى المستشعرات ثابتًا تقريبًا كما لو تم توجيهه من خلال المنظم. على سبيل المثال ، سينخفض الجهد مع نفاد البطارية على مدار أيام وأسابيع ، وفي كثير من الحالات ، سيؤدي ذلك إلى تباين ذي مغزى في قراءات المستشعر (اعتمادًا على المستشعرات التي تستخدمها). لا تقم بتوصيل لوحة شمسية مباشرة بـ VCC.

الخطوة 15: الكود

نقوم بتضمين رسمين تخطيطيين لتشغيل مسجل البيانات بثلاثة مستشعرات رطوبة التربة I2C. سيعمل الرسم الأول "logger_sketch" على أخذ عينات من كل مستشعر وتسجيل بيانات السعة ودرجة الحرارة إلى بطاقة sd كل 30 دقيقة (ولكن يمكن للمستخدم تغييرها بسهولة). سيسمح الرسم الثاني "ChangeSoilMoistureSensorI2CAddress" للمستخدم بتعيين عناوين I2C مختلفة لكل من أجهزة الاستشعار بحيث يمكن استخدامها في وقت واحد بواسطة مسجل البيانات. يمكن تغيير العناوين الموجودة في "logger_sketch" في الأسطر 25 و 26 و 27. يمكن العثور على المكتبات اللازمة لتشغيل المستشعر على Github.