Bio-monitoring: 8 stappen (met afbeeldingen)

2025 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2025-01-23 15:01

Dag iedereen, In het kader van een studentenproject werd ons gevraagd om een artikel te publiceren waarin het hele proces wordt beschreven.

Vervolgens laten we u zien hoe ons biomonitoringsysteem werkt.

Het is bedoeld als een draagbaar apparaat waarmee de vochtigheid, temperatuur en helderheid in een kas, hier op de Université Pierre-et-Marie-Curie-campus in Parijs, kan worden gecontroleerd.

Stap 1: Componenten

Vloersensoren: temperatuur (Grove 101990019) en vocht (Grove 101020008)

Luchtsensoren: Temperatuur en vochtigheid DHT22 (buiten de doos aanwezig)

Lichtsterktesensor: Adafruit TSL2561

Microcontroller: STM32L432KC

Energie: Batterij (3, 7 V 1050 mAh), Zonnecellen en spanningsregelaar (LiPo Rider Pro 106990008)

LCD-scherm (128X64 ADA326)

Communicatie: Sigfox-module (TD 1208)

Wifi-module: ESP8266

Stap 2: Software

Arduino: Met deze interface konden we onze codes uploaden naar

onze microcontroller om de verschillende waarden van de sensoren te regelen. De microcontroller kan worden geprogrammeerd om elektrische signalen te analyseren en te produceren, om verschillende taken uit te voeren, zoals domotica (besturing van huishoudelijke apparaten - verlichting, verwarming …), het besturen van een robot, embedded computing, enz.

Altium Designer: het werd gebruikt om de printplaat van onze elektronische kaart te ontwerpen voor onze verschillende sensoren.

SolidWorks: SolidWorks is 3D computerondersteunde ontwerpsoftware die op Windows draait. We hebben een op maat gemaakte doos ontworpen voor onze kaart, onze verschillende sensoren en een LCD-scherm. De gegenereerde bestanden worden naar een 3D-printer gestuurd die ons prototype gaat maken.

Stap 3: conceptie

De eerste stap was het uitvoeren van verschillende tests op de

sensoren om de aan ons geretourneerde waarden te analyseren en in welk formaat.

Nadat alle interessante waarden waren verwerkt en geselecteerd, konden we de verschillende sensoren één voor één instantiëren. We zouden dus een eerste prototype kunnen laten maken op een Labdec-pad.

Nadat de codes waren voltooid en het prototype was gemaakt, konden we overschakelen naar de PCB. We hebben de vingerafdrukken gemaakt van de verschillende componenten die de kaart leiden volgens ons prototype.

We hebben geprobeerd de ruimte maximaal te optimaliseren; onze kaart heeft een diameter van 10 cm, wat relatief compact is.

Stap 4: Huisvesting

Tegelijkertijd hebben we onze case ontworpen. Het was beter voor ons om ons case- en volumebeheer af te ronden na het voltooien van de kaart om een compact resultaat te krijgen dat past bij de vorm van de kaart. We hebben een zeshoek gemaakt met het scherm ingebed in het oppervlak om de ruimte te optimaliseren

Meerdere gezichten om de sensoren op de behuizing te beheren: Connectiviteit aan de voorkant voor buitensensoren: natuurlijk ook onze vochtigheids-, licht- en temperatuursensor.

Het stelde ons in staat om de vochtigheidsrisico's in de behuizing tot het maximum te beperken

Stap 5: Optimalisatie van het energieverbruik

Om de verschillende bronnen van consumptie te analyseren, een shuntweerstand hebben gebruikt (1 ohm)

Dat hadden we dus kunnen meten: er is een piekvermogen van honderd mA (~ 135 mA) als ons systeem communiceert en er is een continu verbruik van sensoren en het scherm ongeveer ~ 70 mA. Na berekening hebben we een autonomie van 14 uur geschat voor onze 1050mAh-batterij.

Oplossing:

Sensorbeheer door onderbrekingen voor verzending

De meest impactvolle actie is de scrutation-economie, dus we hebben de verzendfrequentie gewijzigd, maar we kunnen ook een onderbreking aanbrengen.

Stap 6: Communicatie

We gebruikten een module om te communiceren met een Dashboard:

Actoboard

Sigfox is een netwerk met enorme voordelen zoals een zeer Longue Range en een laag verbruik. Het is echter verplicht om een lage datastroom te hebben. (Low Flow Long Range)

Dankzij deze synergie hebben we geresulteerd in een Real Time Monitoring met online toegankelijke data

Stap 7: Resultaten

Hier kunnen we het resultaat zien van ons werk gedurende een semester. We waren

in staat om theoretische en praktische vaardigheden te combineren. We zijn blij met de resultaten; we hebben een redelijk goed afgewerkt product dat compact is en aan onze specificaties voldoet. Hoewel we enkele problemen hebben met de communicatie van het actoboard sinds we klaar zijn met het solderen van de laatste componenten. WIP!