Particle Photon IoT persoonlijk weerstation - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Benodigdheden

• Deeltjesfoton
• [OPTIONEEL] 2,4 GHz u. FL-antenne
• SparkFun OpenLog
• SparkFun Photon Weerschild
• SparkFun-weermeters
• Dallas DS18B20 waterdichte temperatuursensor
• SparkFun Bodemvochtsensor
• SparkFun Qwiic VEML6075 UV-lichtsensor
• 3,5 W zonnepaneel
• SparkFun Sunny Buddy
• Aangepast 3D-gemodelleerd Stevenson-scherm
• Een soldeerset
• Een stel enkeladerige jumperdraad
• Een 2-pins schroefaansluiting
• Sommige mannelijke en vrouwelijke headers
• 22 3 mm roestvrijstalen bouten
• 44 3 mm roestvrijstalen moeren
• 3 6 mm roestvrijstalen draadstangen
• 9 6 mm roestvrijstalen moeren

Stap 1: De hardware

Voorbereiding

Weerschild Zoals beschreven in de aansluitgids van Sparkfun, knipt u de RAW Power Select-jumperpad op de achterkant van de VREG en soldeert u deze op Photon_VIN om de inkomende voedingslijn om te leiden naar de interne spanningsregelaar van de Photon voor een lager stroomverbruik tijdens de slaap, wat precies de helft van de inzet vertegenwoordigt Dit zal de ingangsspanning beperken tussen 3,6 en 5,5V, maar de stroomlijn valt precies op de goede plek met zijn 3,7V van de LiPo-batterij via de Sunny Buddy.

Zorg er ook voor dat de 3.3V Disable-jumper rechtsonder is aangesloten: anders krijgen de ingebouwde sensoren geen stroom van de 3.3V-lijn, waardoor ze effectief zijn losgekoppeld van de Photon. Deze jumper is bedoeld om te worden losgekoppeld voor gebruik op zowel externe als USB-voeding om conflicten te voorkomen, en dat is inderdaad de enige situatie waarin de ingebouwde sensoren stroom kunnen krijgen en naar behoren kunnen functioneren. Maak je geen zorgen als je een USB-kabel op je Photon moet aansluiten voor wat seriële bewaking: ik heb het zelf vaak geprobeerd en de Photon heeft het altijd veilig overleefd zonder schade. Laat het misschien niet uren en uren achter elkaar staan. Bekijk het schema van het schild als je geïnteresseerd bent in meer details.

Draai rond het schild en zorg ervoor dat het I2C PU-jumperpad aan de rechterkant is aangesloten. De I2C-bus, die de ingebouwde sensoren bevat, vereist een goed gedefinieerde pull-up-weerstand volgens protocolstandaard en elke andere pull-up heeft waarde voorkomt dat de randapparatuur wordt herkend: als algemene vuistregel mag er slechts één paar pull-up-weerstanden op de bus worden aangesloten. De sensorsuite zal een andere sensor op de bus bevatten - de UV-lichtsensor - maar als een I2C-randapparaat komt dat ook met zijn paar pull-up-weerstanden, en ik raad aan om die in plaats daarvan los te koppelen: in dit project, de schild kan mogelijk helemaal alleen worden gebruikt, terwijl de UV-sensor nauwelijks zal worden gebruikt zonder het schild.

Het solderen van een schroefklem op de voedingsconnectoren en enkele vrouwelijke jumpers op de randapparatuurconnectoren is ook een goed idee, en ik raad het aan voor modulariteit: de functie voor snel aansluiten en loskoppelen kan erg handig zijn voor probleemoplossing, reparaties of upgrades. Voor een betere pasvorm en netter kabelbeheer, zorg ervoor dat u de zijkanten aan de achterkant aansluit, zoals weergegeven op de foto's. Ik heb ook jumpers op de verlenggaten van de Photon gesoldeerd voor nog meer modulariteit, maar dat is niet vereist omdat die pinnen momenteel niet worden gebruikt.

OpenLog Knip en knip 4 korte draadstrengen af en soldeer ze aan de OpenLog zoals op de foto's. Het zijn geen jumperheaders, maar ik vond dit de beste oplossing voor zo'n korte verbinding. Als je overweegt om mannelijke header-pinnen op het bord te solderen en deze aan te sluiten op de vrouwelijke headers van het schild, zorgen de verschillende pinlay-outs op de twee interfaces er helaas voor dat dit geweldige idee niet haalbaar is.

UV-lichtsensor Knip en trim nog 4 strengen draad, veel langer deze keer, en soldeer ze aan de connectoren van het bord, zoals weergegeven in de afbeeldingen. Nogmaals, het zijn geen jumper-headers, maar ik heb ervoor gekozen om robuustheid te waarderen boven modulariteit in de verbindingen die, zoals deze worden blootgesteld aan de elementen en worden niet beschermd door de behuizing. Ik raad ook aan om de draden te kronkelen zoals ik deed voor een schonere en meer praktische verbinding. Het andere uiteinde is in plaats daarvan de plaats voor jumper-headers: soldeer 4 mannelijke pinnen om ervoor te zorgen dat de verbinding veilig blijft en zoals bedoeld over de lange draden wordt besteld. Zorg ervoor dat u de volgorde respecteert: als ze op het schild gaan, GND VCC SDA SCL.

Ik raad ook aan om de gesoldeerde contacten en de Power LED te coaten met een vloeibare isolator: conformal coating is hier speciaal voor ontworpen, maar heldere nagellak zal het in een mum van tijd doen, en dat is wat ik heb gebruikt. Ondanks het PMMA "dak" dat het bord zal bedekken, zal het nog steeds worden blootgesteld aan de elementen, en je bent liever veilig dan sorry. Zorg ervoor dat u de UV-lichtsensor zelf niet afdekt - de zwarte chip in het midden van het bord - vooral als u een conforme coating gebruikt: de meeste verbindingen zijn UV-fluorescerend, wat betekent dat ze een deel van het licht absorberen dat de sensor probeert vast te leggen en daardoor de meetwaarden verstoort. PMMA daarentegen is een van de meest UV-transparante materialen die algemeen verkrijgbaar zijn en zal de sensor voldoende beschermen tegen de elementen terwijl de invloed op de metingen tot een minimum beperkt blijft.

Bodemvochtsensor Knip de uiteinden van de 3-aderige kabel af en soldeer ze aan de connectoren van het bord, zoals weergegeven in de afbeeldingen. En soldeer aan het andere uiteinde 3 mannelijke pinnen voor een betere verbinding. Nogmaals, zorg ervoor dat u de volgorde respecteert: GND A1 D5. Zorg er ook voor dat u bij deze sensor de contacten en de ingebouwde circuits bedekt met de vloeistofisolator: in tegenstelling tot de UV-lichtsensor wordt deze door niets bedekt en zal volledig worden blootgesteld aan de elementen, dus een goed beschermingsniveau is nodig.

Bodemtemperatuursensor Knip de uiteinden van de kabel af en soldeer ze opnieuw aan 3 mannelijke pinnen in de volgorde: GND D4 VCC. De draden met gesloten uiteinden hebben een conventionele kleurcodering: ZWART=GND WIT=SIG ROOD=VCC.

Sunny Buddy Ik heb een paar vrouwelijke jumper-headers gesoldeerd aan de secundaire Load-connectoren op het bord, maar heb ze uiteindelijk niet gebruikt, dus dat is niet nodig.

Externe antenne Plak de antenne gewoon op de onderkant van het basisstuk, of ergens anders dat past bij de vormfactor.

Kalibratie

Bodemvochtsensor Dit is de sensor die het meest moet worden gekalibreerd, en het is belangrijk om deze te kalibreren voor de bodem die hij zal bewaken zodra deze is ingezet.

Om daarbij te helpen, heb ik een eenvoudig programma samengesteld met de naam calibrator.ino: compileer en flash het naar je Photon, en maak een seriële monitor klaar, bijvoorbeeld met het Particle CLI-commando partikel seriële monitor of met scherm /dev/ ttyACM0. Plaats de sensor ongeveer driekwart van zijn weg in de grond waarvoor u hem wilt kalibreren, in een volledig droge toestand zoals weergegeven in de eerste afbeelding, en noteer deze onbewerkte waarde in het smCal0-veld van het kalibratie.h-bestand. Bevochtig vervolgens de grond zo veel als je kunt, totdat deze verzadigd is met water, zoals weergegeven in de tweede afbeelding, en noteer deze ruwe waarde in het smCal100-veld van datzelfde bestand.

Sunny Buddy Een ander element dat moet worden gekalibreerd, is de Sunny Buddy: hoewel het geen sensor is, moet het MPPT-ontwerp (Maximum Power Point Transfer) worden gekalibreerd op het punt van maximale vermogensoverdracht. Sluit het hiervoor aan op uw zonnepaneel op een zonnig meet de spanning over de SET- en GND-pads en pas de nabijgelegen potentiometer aan met een schroevendraaier tot die spanning ongeveer 3V is.

Stap 2: De software

Je kunt alle code vinden, bijgewerkt en gedocumenteerd op de GitHub-repo.

Stap 3: De vergadering

Laten we beginnen met het samenstellen van het Stevenson-scherm, beginnend met het monteren van boven naar beneden, zoals weergegeven op de foto's. Eerst en vooral is er de bovenklep, met zijn gesplitste standaards voor de UV-lichtsensor en het zonnepaneel om in elkaar te zetten en vast te schroeven in. Monteer vervolgens het zonnepaneel op het rek en bedek de UV-lichtsensor met het PMMA-dak om het te vullen. Vervolgens kunnen de overige deksels met de draadstangen op het bovenstuk worden gemonteerd: de gaten hebben misschien wat overtuigingskracht nodig, maar een beetje wrijving kan helpen om ze allemaal bij elkaar te houden.

Zodra het Stevenson-scherm is gemonteerd, verbindt u het basisstuk met de regenmeter en vult u het met zijn circuits, door de componenten op hun borden te monteren en ze aan te sluiten zoals weergegeven in de afbeeldingen. Vervolgens kunnen de randapparatuur zoals de externe antenne, de bodemtemperatuur- en vochtsensoren en de OpenLog worden aangesloten. Vervolgens kunt u de windmeters op hun paal in elkaar zetten zoals weergegeven in de montagehandleiding van SparkFun en de regenmeter en de basisstuk ongeveer driekwart van zijn weg omhoog.

Vervolgens kunt u de kabels van het zonnepaneel, de UV-lichtsensor en de regen- en windmeters door een opening tussen de afdekkingen leiden en het Stevenson-scherm op het basisstuk monteren. Zodra de hengels zijn vastgezet met een paar moeren op elke hengel, is uw eigen persoonlijke weerstation compleet en klaar om op het veld te worden ingezet!

Stap 4: Implementatie + Conclusies

Als je dat eenmaal hebt gedaan, kun je achterover leunen, ontspannen en genieten van het zien van je live hyperlokale weergegevens op alle volgende platforms!

• ThingSpeak
• Ondergronds weer
• WeerCloud

De specifieke links hierboven zijn naar mijn weergegevens, maar als je dit project ook maakt, voeg dan ook de links naar je apparaten toe -- ik zou heel graag zien dat dit door mensen gemaakte netwerk wordt uitgebreid!