Alaska datalogger: 5 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Alaska staat aan de rand van de voortschrijdende klimaatverandering. De unieke ligging met een vrij ongerept landschap, bevolkt met een verscheidenheid aan kolenmijnkanaries, maakt veel onderzoeksmogelijkheden mogelijk. Onze vriend Monty is een archeoloog die helpt met kampen voor kinderen in inheemse dorpen verspreid over de staat - Culturalalaska.com. Hij heeft cache-sites gebouwd voor het historisch bewaren van voedsel met deze kinderen en wilde een manier van temperatuurmonitoring die hij ongeveer 8 maanden winter kon achterlaten. Een voedselcache in Alaska is ontworpen om het binnendringen van beren te voorkomen en kan worden begraven of vastgezet in een kleine hutachtige structuur op palen. Helaas maakt de opwarming van het klimaat veel van deze handige koelkastontwerpen deze zomer meer als een magnetron - eerlijk gezegd is het hier echt heet! Er zijn veel commerciële datalogging-machines, maar Alaska had zijn eigen doe-het-zelf-merk nodig: waterdicht, twee waterdichte sensoren op lange lijnen die in de cache zouden kunnen zijn en een andere om op het oppervlak te leggen, iets om te bouwen voor kinderen met een STEM-programma, minimaal onderhoud, batterij op lange termijn, eenvoudig downloaden van SD-kaart, 3D-afdrukbaar, oplaadbaar, realtime klok en goedkoop.

Het ontwerp kan volledig worden geprint met elke 3D-printer en ik heb het ontwerp voor de PCB gedaan die u kunt bestellen en vullen met gemakkelijk te verkrijgen componenten. De batterij is een generieke 18650 die een jaar of zo meegaat met 12x / dag-metingen en opladen wordt gedaan door gewoon een dag stroom aan te sluiten. Het is ontworpen (Fusion 360) rond de O-ring die wordt gebruikt in waterzuiveringsinstallaties, dus het is gemakkelijk te verkrijgen en met siliconenvet en het aandraaien van de goed geplaatste bouten zou bescherming moeten bieden voor de winter in Alaska als deze dit jaar komt ….

Stap 1: Verzamel uw benodigdheden

De prachtige ontwerpen van Adafruit vormen de meeste componenten op het bord - ze zijn iets duurder, maar ze zijn zeer werkbaar en betrouwbaar. (Ik heb geen financiële banden met welk bedrijf dan ook…) Ik gebruikte een Creality CR10-printer voor de 3D-onderdelen. De twee schakelaars zijn waterdichte variëteit.

1. Vktech 5st 2M waterdichte digitale temperatuursensorsonde DS18b20 $ 2

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

3. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout $ 5

4. Adafruit Feather 32u4 Adalogger $22 U kunt ook de MO-versie gebruiken, maar de batterijniveaulijn staat op een andere pin en u moet deze in de software wijzigen.

5. IZOKEE 0,96 '' I2C IIC 12864 128X64 Pixel OLED $ 4

6. Robuuste metalen aan / uit-schakelaar met blauwe LED-ring - 16 mm blauw aan / uit $ 5

7. Robuuste metalen drukknop met blauwe LED-ring - 16 mm blauw tijdelijk $ 5

8. Een verscheidenheid aan snelkoppelingen om de montage eenvoudig te maken

9. 18650 batterij $ 5

10. Captain O-ring - Whirlpool WHKF-DWHV, WHKF-DWH & WHKF-DUF waterfilter vervangen

Stap 2: Bouw het

Het ontwerp van de behuizing is gebouwd rond de gemakkelijk verkrijgbare o-ring van een standaard Westinghouse waterfilter voor het hele huis. De ring glijdt in een met siliconen gesmeerde groef tussen de twee bedrukte helften van de behuizing. De onderkant van de behuizing heeft ruimte voor de 18650-batterij en de twee waterdichte bedieningsschakelaars - er is ook een gat voor de uitgang van de kabels voor de temperatuursondes. De twee bestanden voor de bovenste en onderste helften staan hieronder.

Het onderste gedeelte wordt voltooid door ongeveer 4 mm of gelijkwaardige nylon bouten te nemen en hun koppen te verwijderen en ze te cementeren in de steunpilaren die zijn geboord om ze op te nemen. Gebruik een geschikte lengte zodat de nylon dopmoeren aan de bovenkant ze net zullen bedekken wanneer de twee helften worden samengevoegd. Zowel het bovenste als het onderste gedeelte moeten worden bedrukt met ondersteuning. Het bovenste gedeelte wordt gecompleteerd door een rond kunststof venster van dun lexaan te lijmen.

Stap 3: bedraad het

De montage van de printplaat is vrij eenvoudig. Ik ontwierp het bord in Eagle en stuurde het naar PCBway voor fabricage - eerlijk gezegd het goedkoopste ding ooit. Als je een bug-wire wilt, is dat eenvoudig te doen, volg gewoon het schakelschema in het Brd-bestand. Het kleine LED-scherm is bevestigd via de I2C-verbindingen op het bord, samen met stroom en aarde. Het hart van het systeem is de TPL5111 die direct op de accu is aangesloten en altijd aan blijft. Het heeft een selecteerbare timer (variabele weerstand) die het systeem elke 2 uur tot elke seconde wekt door de activeringspin op de Feather-module in te schakelen. De RTC communiceert via dezelfde I2C-bus als de LED - ze hebben verschillende adressen. De Feather is ook verbonden met de 18650-batterij via een JST-kabel via de aan/uit-schakelaar om alle stroom naar het systeem uit te schakelen. Dit maakt ingebouwd opladen door de Feather mogelijk wanneer de batterij bijna leeg is door een micro-USB in de Feather aan te sluiten. Telkens wanneer u nieuwe software naar de Feather uploadt, moet u eraan denken de TPL5111 te starten door op de knop te drukken, anders beantwoordt de Feather de USB-oproep niet. De drukknop is ontworpen om het LED-scherm alleen van stroom te voorzien wanneer erop wordt gedrukt en ook om een hoog signaal naar de TPL5111 te sturen, waardoor de Feather kan worden ingeschakeld zolang u de knop ingedrukt houdt. Dit wordt gedaan om de tijd dat het scherm aan staat te beperken -- het wordt alleen gebruikt om de status van de temperatuursondes, het batterijniveau en de tijd/datum en het bestandsformaat dat u aan het bouwen bent te controleren. Het laatste stuk bedrading zijn de twee sondes die door de laatste boorplek op de onderste helft worden geplaatst. Deze waren verbonden met JST 3-pins connectoren om het verwijderen gemakkelijker te maken. Ik heb verzuimd de 4.7K-weerstand op het bord te plaatsen om de gegevens- en spanningspen op de temperatuursensorbus aan te sluiten. Dit moet dus worden gedaan op een van de sensoraansluitpunten op het bord - ze zijn gelabeld, dus het zou gemakkelijk moeten zijn. Ze gaan allebei naar dezelfde GPIO-pin op de Feather, dus er is maar één weerstandsverbinding nodig.

Stap 4: Programmeer het

Het programma is heel gemakkelijk te begrijpen. De SD-bibliotheek is voor het gebruik van het SD-kaartbestand dat in het verenbord is ingebouwd. De OneWire- en Dallas Temp-bibliotheken zijn bedoeld om de eendraadsmetingen van de temperatuursondes te krijgen. DonePin moet de TPL5111 laten weten dat het lezen van alle gegevens is voltooid en dat het goed is om het Featherboard uit te schakelen. VBatpin is de pin op de veer met een spanningsdeler erop om de waarde van de Lipo-batterij te lezen. De Asciiwire-bibliotheek is om het LED-scherm uit te voeren. De OneWireBus is in dit geval GPIO pin 6. Het SD-bestandssysteem voor deze datalogger stelt een bestand ANALOG02. TXT in om alle gegevens te verzamelen. Het opent elke keer hetzelfde bestand en voegt er gewoon iets aan toe. Om van oude gegevens af te komen, moet u de chip uit de SD-kaarthouder halen en naar een computer downloaden, bijvoorbeeld naar het EXCEll-spreadsheet. Dit is eenvoudig te doen met het gedeelte DATA import van de spreadsheet. De bestanden worden vervolgens van de chip verwijderd en wanneer de Feather deze weer opent, wordt er een nieuwe gebouwd. Vervolgens komt de tijd/datum-instelling voor de RTC. //rtc.adjust(DateTime(F(_DATE_), F(_TIME_))); verwijder de commentaartekens om uw RTC in te stellen op uw opstarttijd en herprogrammeer vervolgens de chip met deze regel als commentaar, zodat de volgende keer dat de computer opstart, niet dezelfde opstarttijd wordt gebruikt in plaats van dat de door de batterij ondersteunde tijdwaarnemer het vult in. De sectie loop() opent het SD-bestand, haalt de datum/tijd op, leest en converteert beide sensoren, berekent het batterijniveau en schrijft het naar de SD-kaart. Het maakt dan de donePin hoog om de reeks af te sluiten.

Stap 5: Het gebruiken

De batterij wordt volledig opgeladen door de Feather in een MicroUSB-stekker te steken. De oplaad-LED gaat branden totdat deze volledig is opgeladen - het is traag. Een verse SD-kaart zonder ANALOG02. TXT wordt in de chiphouder geplaatst. Het deksel is geïnstalleerd en de vijf moeren worden tegen de rubberen pakking geschroefd. De aan/uit-knop wordt ingeschakeld en na ongeveer 4 seconden wordt de drukknop ingedrukt. Eerst wordt snel een standaardtemperatuur weergegeven en na een leeg scherm toont het T1 en T2 als uitgangen van de temperatuursondes. Je kunt er een opwarmen met je hand, zodat deze kan worden aangeduid als T1 en T2. Het scherm geeft ook het uur, de minuut, de sec, de dag, de maand en het jaar van de meting weer, evenals het batterijniveau en hoe groot uw bestand op dit moment is. Deze controle wordt gedaan om er zeker van te zijn dat alles goed werkt voordat u het 8 maanden verlaat. Laat de knop los en plaats de sondes waar u de temperatuurmetingen wilt doen. Ze zijn waterdicht en hopelijk is uw machine dat ook. Het eerste uitje van deze machine zal zijn in Iliamna Alaska, waar het tot april volgend jaar ondergronds zal zijn. Bij vroege tests bleek dit formaat batterij goed genoeg te zijn voor ten minste 1 1/2 jaar bij 12 metingen per dag, allemaal vanwege de power-marshaling van de TPL5111. Onderzoek naar de opwarming van de aarde is erg belangrijk voor iedereen om bij betrokken te zijn - ga erop uit en doe wat wetenschap!