The Greenhouse Project (RAS): controleer de elementen om op onze plantage te reageren: 18 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Dit project stelt voor om de luchttemperatuur, helderheid en vochtigheid te monitoren, evenals de temperatuur en vochtigheid van de bosjes. Het stelt ook voor om deze maatregelen, die zo leesbaar zijn op de website Actoborad.com, te netwerken

Om dit te doen, verbinden we 4 sensoren met de Nucleo-microcontroller L432KC:

- een lichtsterktesensor TLS2561 van Adafruit;

- een vochtigheids- en temperatuursensor DHT22 van Gotronic;

- een temperatuursonde DS1820;

- een vochtigheidssensor Grove - Vochtsensor van Seeed Studio

De metingen worden elke 10 minuten gedaan en worden genetwerkt via een Breakout TD1208 van Sigfox. Zoals hoger gezegd, deze zijn leesbaar op de website Actoboard.com. Op deze microcontroller is ook een OLED-scherm van 128x64 aangesloten dat permanent de laatst uitgevoerde metingen zal weergeven. Ten slotte is het systeem elektrisch zelfvoorzienend dankzij een fotovoltaïsche cel van 8x20 cm en een batterij van 1,5 Ah. Ze zijn verbonden met de Nulceo met een LiPo Rider Pro van Seeed Studio. Het systeem wordt in een 3D-geprinte doos geplaatst.

Zoals je kunt zien in de synoptic.

De code die via os.mbed.com in de microcontroller wordt gecompileerd, heet 'main.cpp'. De gebruikte bibliotheken zijn beschikbaar in de volgende link, wat is ons project mbed:

Stap 1: Netwerken

Een belangrijk onderdeel van dit project was om metingen te netwerken en deze gemakkelijk toegankelijk te maken. Elke 10 minuten meten sensoren verschillende parameters en een sigfox TD1208-module wordt gebruikt om de metingen te verzenden. De resultaten zijn beschikbaar op de Actoboard-website:

Nadat we een bluemix-account hebben aangemaakt, kunnen we de Node-red-applicatie gebruiken om onze resultaten grafisch weer te geven.

Programmering op Node-red om informatie van Actoboard te herstellen

Openbare link om resultaten in realtime te bekijken:

Stap 2: Componenten

Voor dit project is hier een lijst van de belangrijkste gebruikte componenten:

Microcontroller: Nucleo STM32L432KC

Weergave: LCD-scherm

Sigfox: Sigfox-module

Over de sensoren:

- Luchtsensor: DHT22 (Temperatuur en vochtigheid)

- Vloersensoren: Grove-temperatuur en Grove-vocht

- Lichtsterktesensor: Lichtsensor

Stroomvoorziening:

- LIPO (voedingsadapterkaart)

- Accu

- Fotovoltaïsch paneel

Stap 3: Verbruik

Een van de belangrijkste punten van ons project is dat het systeem autonoom moet zijn in energie. Hiervoor gebruiken we een batterij en een zonnecel. De batterij kan in 1 uur een stroom van 1050 mA leveren met een spanning van 3,7 V: 3.885Wh. De zonnecel wordt gebruikt om de batterij op te laden, deze levert een spanning van 5,5 V onder 360 mA een vermogen gelijk aan 2 W.

Theoretisch verbruik van ons systeem: - Temperatuursensor DHT22: bij max 1,5 mA en in rust 0,05 mA - Grove temperatuursensor: max 1,5 mA - Lichtsensor: 0,5 mA - Nucleo Cart: + 100 mA - LCD display: 20 mA - Sigfox TD1208 module: zenden 24 mA (in dit project wordt niets ontvangen met deze module) en in rust 1.5 μA

In rust is het verbruik verwaarloosbaar ten opzichte van het vermogen van de accu. Wanneer het systeem uit de slaapstand gaat (elke 10 minuten), voeren alle sensoren metingen uit, het scherm geeft het resultaat weer en de sigfox-module verzendt deze resultaten. Er wordt aangenomen dat alle componenten op dit moment een maximum verbruiken: we gebruiken elke 10 minuten ongeveer 158 mA, dus 6 * 158 = 948 mA in 1 uur. De batterij kan het iets meer dan een uur volhouden voordat hij volledig ontladen is.

Het doel is om zo min mogelijk energie te verbruiken om de batterij zo min mogelijk te hoeven opladen. Anders, als de zonnecel een tijdje geen zonneschijn ontvangt, kan deze de batterij die zou ontladen niet opladen en zou ons systeem uitschakelen.

Stap 4: Ontwerp PCB

Laten we beginnen met het PCB-gedeelte!

We hadden veel problemen voor een stap waarvan we niet hadden gedacht dat het ons zoveel tijd zou kosten. Eerste fout: printplaat op meerdere plaatsen niet bewaard. Inderdaad, de eerste PCB die werd gerealiseerd, werd verwijderd toen de USB wat problemen had. Nu zijn alle bestanden op de USB niet toegankelijk. Plots was het nodig om de nodige energie te vinden voor deze puzzel voor de industrialisatie van ons project. Klein detail dat belangrijk blijft, het is noodzakelijk dat de aansluitingen allemaal aan de onderzijde van de print zitten en dat men een massaplan maakt. Zodra de moed gevonden is, kunnen we het elektronische schema op ALTIUM opnieuw doen, zoals je hieronder kunt zien:

Stap 5:

Het bevat de sensoren, de Nucleo-kaart, de Sigfox-module en het LCD-scherm.

We schakelen over naar het PCB-gedeelte, we verliezen er zoveel tijd aan, maar uiteindelijk is het ons gelukt. Eenmaal geprint testen we het … en hier is het drama. De halve NUCLEO-kaart is omgekeerd. We kunnen ook naar het bovenstaande diagram kijken. De linker NUCLEO-tak van 1 naar 15 vanaf de bovenkant, terwijl de rechter tak 15 naar 1 ook vanaf de bovenkant. Wat maakt dat niets werkt. Het was nodig om zijn verstand te herstellen, om voor de 3e keer de nood-PCB te herhalen met aandacht voor alle verbindingen. Halleluja de PCB is gemaakt, we kunnen het zien in de onderstaande afbeelding:

Stap 6:

Alles was perfect, de lasnaden gemaakt door de heer SamSmile waren van onvergelijkbare schoonheid. Te goed om waar te zijn? Inderdaad, een en enige probleem:

Stap 7:

Zoom het iets dichterbij in:

Stap 8:

Dat zien we op de kaart hiernaast waarop de print gebaseerd is op een SDA aansluiting op D7 en een SCL op D8 (precies wat we nodig hebben). Toen we echter met de componenten testten, begrepen we de inconsistentie van de ontvangen informatie niet, en plotseling toen we de documentatie op de tweede documentatie opnieuw bekeken, merkten we dat er geen specificiteit is op D7 en D8.

Als gevolg hiervan werkt onze broodbakmachine heel goed voordat de aansluitingen op de printplaat worden aangepast voor eenvoudige routering. Maar eenmaal op de PCB niet gewijzigd krijgen we de informatie ondanks alle sensoren behalve de lichtsensor in deze versie.

Stap 9: Ontwerp 3D BOX

Laten we beginnen met het 3D-ontwerpgedeelte!

Hier leggen we het 3D-ontwerpgedeelte van de doos uit om ons complete systeem te verwelkomen. Ze nam veel tijd en u zult begrijpen waarom. Samenvattend: we moeten de printplaat en alle bijbehorende componenten in onze doos kunnen bevatten. Dat wil zeggen, denk aan het LCD-scherm maar ook aan alle sensoren door voor elk van hen een ruimte te voorzien zodat ze bruikbaar en effectief kunnen zijn in hun metingen. Daarnaast heeft het ook de voeding nodig met zijn LIPO-kaart die is aangesloten op een batterij en een fotovoltaïsch paneel dat ons systeem autonoom maakt. We stellen ons een eerste doos voor die de PCB, alle sensoren, het scherm en de LIPO-kaart zal bevatten die op de batterij is aangesloten. Het is uiteraard noodzakelijk om een specifieke plaats te voorzien voor het LCD-scherm, de lichtsensor (als deze verborgen is of aan de zijkant zal deze niet het echte licht ontvangen), voor de temperatuursensor, voor de DHT22 is het noodzakelijk dat deze kan meten de waarde dicht bij de plant en niet te vergeten de bosvochtsensor die contact moet hebben met de directe aarde. We vergeten niet het gat om de antenne aan te sluiten op de module sigfox en een ander gat om de zoon van de fotovoltaïsche panelen door te geven aan de kaart LIPO. Hier is het hoofdvak:

Stap 10:

We hebben een onderdeel nodig om het fotovoltaïsche paneel te huisvesten en het paneel aan te sluiten op het LIPO-bord.

Hier is het resultaat:

Stap 11:

Deze prachtige doos moeten we kunnen sluiten!

Hier is het aangepaste deksel:

Stap 12:

Zoals we kunnen zien, is dit een deksel met tanden die in de hoofddoos komen voor een betere stabiliteit.

Dit is wanneer we het toevoegen aan onze prachtige doos:

Stap 13:

Om weerstand te krijgen, is een schuifdeur toegevoegd die in de doos wordt geïntroduceerd, maar ook in het deksel dat de twee delen op een rigoureuze manier vasthoudt en zorgt voor betrouwbaarheid en veiligheid van de componenten binnenin.

Hier is de eerste versie van schuifdeur:

Stap 14:

Om nog verder te gaan, dachten we om de fotovoltaïsche module in de hoofdbox op te nemen, zodat deze zich op hetzelfde niveau bevindt als de lichtsensor en zijn strategische positie en om te voelen dat het autonome systeem iets van 'United' is.

Hier is de tweede versie van de schuifdeur met de mogelijkheid om de eerder gepresenteerde fotovoltaïsche module vast te klikken:

Stap 15:

Dit is wanneer we het toevoegen aan onze prachtige doos die al een prachtig deksel heeft:

Stap 16:

Ben je een beetje de weg kwijt? Laat ons je laten zien wat de uiteindelijke staat is van deze magische doos!

Stap 17:

(Schade die we dankzij de 3D-printer voorlopig niet konden printen omdat ik om robuustheid werd gevraagd, iets wat ik deed, maar ik moet geloven dat ik iets te veel heb, namelijk dat de dikte groter is dan 4 mm, dus ik kon het niet afdrukken omdat het te veel materiaal zou kosten, te triest) … Maar het is niet te laat om het af te drukken, al was het maar voor het plezier = D

Heel mooi:

Stap 18:

Bedankt.