Estación meteorológica personal Particle Photon IoT: 4 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Suministros

• Fotón de partículas
• [OPCIONAL] Antena u. FL de 2,4 GHz
• SparkFun OpenLog
• SparkFun Photon Weather Shield
• Medidores meteorológicos SparkFun
• Sensor de temperatura impermeable Dallas DS18B20
• Sensor de humedad del suelo SparkFun
• Sensor de luz ultravioleta SparkFun Qwiic VEML6075
• Panel solar de 3,5 W
• SparkFun Sunny Buddy
• Pantalla Stevenson modelada en 3D personalizada
• Un kit de soldadura
• Un montón de cables de puente de un solo núcleo
• Un terminal de tornillo de 2 pines
• Algunos encabezados masculinos y femeninos
• 22 pernos de acero inoxidable de 3 mm
• 44 tuercas de acero inoxidable de 3 mm
• 3 varillas roscadas de acero inoxidable de 6 mm
• 9 tuercas de acero inoxidable de 6 mm

Paso 1: el hardware

Preparación

Weather Shield Como se describe en la guía de conexión de Sparkfun, corte la almohadilla de puente RAW Power Select en su parte posterior de VREG y suéldela a Photon_VIN para redirigir la línea de alimentación entrante al regulador de voltaje interno del Photon para un menor consumo de energía durante el sueño, lo que representa exactamente la mitad del despliegue. Esto restringirá el voltaje de entrada entre 3.6 y 5.5V, pero la línea de energía cae justo en el punto óptimo con sus 3.7V de la batería LiPo a través del Sunny Buddy.

Además, asegúrese de que el puente de desactivación de 3.3V que se encuentra debajo está conectado: de lo contrario, los sensores integrados no recibirán energía de la línea de 3.3V, lo que los desconectará efectivamente del Photon. alimentación externa y USB para evitar conflictos, y esa es de hecho la única situación que permite que los sensores integrados reciban alimentación y funcionen correctamente. No se preocupe si tiene que conectar un cable USB a su Photon para monitorear en serie: lo he probado muchas veces y el Photon siempre ha sobrevivido sano y salvo sin daños. Tal vez no lo dejes horas y horas así. Mira el esquema del escudo si estás interesado en más detalles.

Dando la vuelta al escudo, asegúrese de que la almohadilla de puente I2C PU de la derecha esté conectada. El valor evitará que los periféricos sean reconocidos: como regla general, solo se debe conectar un par de resistencias pull-up en el bus. El conjunto de sensores involucrará otro sensor en el bus, el sensor de luz UV, pero como un periférico I2C, también viene con su par de resistencias pull-up, y recomiendo desconectarlas en su lugar: al menos en este proyecto, el El escudo se puede usar potencialmente solo, mientras que el sensor UV difícilmente se usará sin el escudo.

Soldar un terminal de tornillo en los conectores de alimentación y algunos puentes hembra en los conectores periféricos también es una buena idea, y la recomiendo para la modularidad: la función de conexión y desconexión rápida puede resultar realmente útil para solucionar problemas, reparaciones o actualizaciones. Para un mejor ajuste y una gestión de cables más ordenada, asegúrese de conectar los laterales en la parte posterior como se muestra en las imágenes. También soldé puentes en los orificios de extensión del Photon para una mayor modularidad, pero eso no es necesario ya que esos pines no se utilizan actualmente.

OpenLogCorta y recorta 4 hebras cortas de cable, y suéldalas al OpenLog como se muestra en las imágenes. No son encabezados de puente, pero encontré que esta es la mejor solución para una conexión tan corta. Si está pensando en soldar algunos pines de cabezal macho en la placa y conectarlos a los conectores hembra del escudo, desafortunadamente los diferentes diseños de pines en las dos interfaces impiden que esta gran idea sea viable.

Sensor de luz UV Corte y recorte 4 hilos más de cable, mucho más largos esta vez, y suéltelos a los conectores de la placa como se muestra en las imágenes. éste, están expuestos a los elementos y no protegidos por el cerramiento. También recomiendo trenzar los cables como hice para una conexión más limpia y práctica. El otro extremo, en cambio, es el lugar para los conectores de los puentes: suelde 4 pines macho para asegurarse de que la conexión se mantenga segura y ordenada según lo previsto sobre los cables largos. Asegúrese de respetar el orden: a medida que avanzan en el escudo, GND VCC SDA SCL.

También recomiendo recubrir los contactos soldados y el Power LED con un aislante líquido: el recubrimiento conformal está diseñado específicamente para esto, pero el esmalte de uñas transparente funcionará en un apuro, y eso es lo que usé. A pesar del "techo" de PMMA que cubrirá el tablero, aún estará expuesto a los elementos, y prefieres prevenir que curar. Asegúrese de no cubrir el sensor de luz ultravioleta en sí, el chip negro en el medio de la placa, especialmente si está usando un revestimiento de conformación: la mayoría de los compuestos son fluorescentes UV, lo que significa que absorben una parte de la luz del sensor está tratando de capturar, por lo tanto interfiere con sus lecturas. El PMMA, por otro lado, es uno de los materiales más transparentes a los rayos UV comúnmente disponibles, y protegerá suficientemente el sensor de los elementos mientras mantiene su influencia en sus mediciones al mínimo.

Sensor de humedad del suelo Recorte los extremos del cable de 3 hebras y suéltelos a los conectores de la placa como se muestra en las imágenes. Y, en el otro extremo, suelde 3 pines macho para una mejor conexión. Nuevamente, asegúrese de respetar el orden: GND A1 D5. Para este sensor también, asegúrese de recubrir los contactos y los circuitos integrados con el aislante líquido: a diferencia del sensor de luz UV, no estará cubierto por nada. y estará completamente expuesta a los elementos, por lo que se necesita un buen nivel de protección.

Sensor de temperatura del suelo Recorte los extremos del cable y, nuevamente, suéldelos a 3 pines macho en el orden: GND D4 VCC. Los cables de extremos cerrados están codificados por colores convencionalmente: NEGRO = TIERRA BLANCO = SIG ROJO = VCC.

Sunny Buddy: soldé un par de conectores de puente hembra a los conectores de carga secundarios en la placa, pero finalmente terminé sin usarlos, por lo que no es necesario.

Antena externa Simplemente pegue la antena en la parte inferior de la pieza base, o en cualquier otro lugar que se adapte a su factor de forma.

Calibración

Sensor de humedad del suelo Este es el sensor que más necesita calibrarse, y es importante calibrarlo con el suelo que estará monitoreando una vez que se implemente.

Para ayudar con eso, he creado un programa simple llamado calibrator.ino: simplemente compílelo y flash en su Photon, y prepare un monitor serial, por ejemplo con el comando Particle CLI monitor serial de partículas o con screen / dev / ttyACM0. Coloque el sensor aproximadamente a tres cuartas partes de su camino dentro del suelo para el que desea calibrarlo, en una condición completamente seca como se muestra en la primera imagen, y registre esta lectura sin procesar en el campo smCal0 del archivo Calibration.h. Luego, humedezca el suelo tanto como pueda, hasta que esté saturado de agua, como se muestra en la segunda imagen, y registre esta lectura sin procesar en el campo smCal100 del mismo archivo.

Sunny Buddy Otro elemento que requiere calibración es el Sunny Buddy: si bien no es un sensor, su diseño MPPT (transferencia del punto de máxima potencia) debe calibrarse a ese punto de máxima transferencia de energía. día, mida el voltaje a través de las almohadillas SET y GND, y ajuste el potenciómetro cercano con un destornillador hasta que ese voltaje sea de aproximadamente 3V.

Paso 2: el software

Puede encontrar todo el código, actualizado y documentado en su repositorio de GitHub.

Paso 3: el montaje

Comencemos a juntarlo todo con la pantalla Stevenson, comenzando a ensamblar de arriba hacia abajo como se muestra en las imágenes. Primero y principal es la cubierta superior, con sus soportes divididos para el sensor de luz UV y el panel solar para ensamblar y atornillar. A continuación, para poblarlo, monte el panel solar en su bastidor y cubra el sensor de luz UV con su techo de PMMA. Luego, las cubiertas restantes se pueden ensamblar en la pieza superior con las varillas roscadas: los agujeros pueden necesitar algo de convicción, pero un poco de fricción puede ayudar a mantenerlos todos juntos.

Una vez ensamblada la pantalla Stevenson, une la pieza base con el pluviómetro y complétala con su circuito, montando los componentes en sus tableros y conectándolos como se muestra en las imágenes. A continuación, se pueden conectar los periféricos como la antena externa, los sensores de temperatura y humedad del suelo y el OpenLog. Luego, puede armar los medidores de viento en su poste como se muestra en la guía de ensamblaje de SparkFun, y montar el pluviómetro y el pieza base alrededor de las tres cuartas partes de su camino hacia arriba.

Luego puede proceder a enrutar los cables provenientes del panel solar, el sensor de luz UV y los medidores de lluvia y viento a través de una abertura entre las cubiertas y montar la pantalla Stevenson en la pieza base. Una vez que las varillas estén aseguradas con un par de tuercas en cada una, ¡su propia estación meteorológica personal estará completa y lista para ser desplegada en el campo!

Paso 4: Implementación + Conclusiones

Una vez que haya completado eso, puede sentarse, relajarse y disfrutar viendo sus datos meteorológicos hiperlocales en vivo en todas las siguientes plataformas.

• ThingSpeak
• Clima subterráneo
• WeatherCloud

Los enlaces específicos anteriores son para mis datos meteorológicos, pero si también haces este proyecto, incluye también los enlaces a tus dispositivos. ¡Realmente me encantaría ver expandirse esta red creada por personas!