Registrador de datos de Alaska: 5 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Alaska está al borde del avance del cambio climático. Su posición única de tener un paisaje bastante virgen poblado con una variedad de canarios de minas de carbón permite muchas posibilidades de investigación. Nuestro amigo Monty es un arqueólogo que ayuda con campamentos para niños en pueblos nativos esparcidos por todo el estado: Culturalalaska.com. Ha estado construyendo sitios de caché para la preservación histórica de alimentos con estos niños y quería una forma de monitoreo de temperatura que pudiera dejar durante unos 8 meses de invierno. Un escondite de alimentos en Alaska está diseñado para evitar la entrada de Bear y puede ser enterrado o asegurado en una pequeña estructura similar a una cabaña sobre postes. Desafortunadamente, el calentamiento del clima hace que muchos de estos prácticos diseños de refrigeradores se parezcan más a un microondas este verano; ¡honestamente, hace mucho calor aquí! Hay muchas máquinas comerciales de registro de datos, pero Alaska necesitaba su propia marca de bricolaje: resistente al agua, dos sensores a prueba de agua en líneas largas que podrían estar dentro del caché y otro para colocar en la superficie, algo construible para niños con un programa STEM, mínimo mantenimiento, batería de larga duración, fácil descarga desde la tarjeta SD, imprimible en 3D, recargable, reloj en tiempo real y económico.

El diseño es totalmente imprimible con cualquier impresora 3D y yo he realizado el diseño de la PCB que puedes pedir y completar con componentes fáciles de obtener. La batería es genérica 18650 que debería durar aproximadamente un año con lecturas de 12x / día y la carga se realiza simplemente enchufando algo de energía durante un día. Está diseñado (Fusion 360) alrededor de la junta tórica que se usa en los purificadores de agua domésticos, por lo que es fácil de obtener y con grasa de silicona y apretar los pernos bien colocados debería brindar protección para el invierno de Alaska si llega este año….

Paso 1: Reúna sus suministros

Los maravillosos diseños de Adafruit constituyen la mayoría de los componentes de la placa; son un poco más caros pero son muy funcionales y fiables. (No tengo vínculos económicos con ninguna empresa…) Usé una impresora Creality CR10 para las piezas 3D. Los dos interruptores son una variedad resistente al agua.

1. Vktech 5pcs 2M Sensor de temperatura digital a prueba de agua Sonda DS18b20 $ 2

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

3. Interrupción del temporizador de baja potencia Adafruit TPL5111 $ 5

4. Adafruit Feather 32u4 Adalogger $ 22 También puede usar la versión MO, pero la línea del nivel de la batería está en un pin diferente y debe cambiarlo en el software.

5. IZOKEE 0.96 '' I2C IIC 12864 128X64 Pixel OLED $ 4

6. Interruptor de encendido / apagado de metal resistente con anillo LED azul - Encendido / apagado azul de 16 mm $ 5

7. Botón pulsador de metal resistente con anillo LED azul - 16 mm Azul momentáneo $ 5

8. Una variedad de conexiones rápidas para facilitar el montaje

9. Batería 18650 $ 5

10. Junta tórica Captain - Reemplazo del filtro de agua Whirlpool WHKF-DWHV, WHKF-DWH y WHKF-DUF

Paso 2: Constrúyelo

El diseño de la carcasa se basa en la junta tórica fácilmente disponible de un filtro de agua estándar Westinghouse para toda la casa. El anillo se desliza en una ranura lubricada con silicona entre las dos mitades impresas del gabinete. La parte inferior del gabinete tiene espacio para la batería 18650 y los dos interruptores de control a prueba de agua; también hay un orificio para la salida de los cables para las sondas de temperatura. Los dos archivos para las mitades superior e inferior se encuentran a continuación.

La sección inferior se completa tomando unos pernos de nailon de 4 mm o de tamaño equivalente y quitando sus cabezas y pegándolos en los pilares de soporte que se han perforado para acomodarlos. Use una longitud adecuada para que las tuercas ciegas de nailon en la parte superior las cubran cuando las dos mitades estén unidas. Tanto la sección superior como la inferior deben imprimirse con soporte. La sección superior se completa pegando una ventana de plástico redonda hecha de lexan delgado.

Paso 3: Conéctelo

El montaje de la PCB es bastante sencillo. Diseñé la placa en Eagle y la envié a PCBway para su fabricación; honestamente, es la cosa más barata que existe. Si desea conectarlo con errores, eso es fácil de hacer, simplemente siga el diagrama del circuito en el archivo Brd. La pequeña pantalla LED se conecta a través de las conexiones I2C en la placa junto con la alimentación y la tierra. El corazón del sistema es el TPL5111 que está conectado directamente a la batería y permanece encendido todo el tiempo. Tiene un temporizador seleccionable (resistencia variable) que despierta el sistema cada 2 horas a cada segundo habilitando el pin de habilitación en el módulo Feather. El RTC se comunica por el mismo bus I2C que el LED; tienen diferentes direcciones. El Feather también está conectado a la batería 18650 mediante un cable JST a través del interruptor de encendido / apagado para apagar toda la energía del sistema. Esto permite que el Feather cargue de forma integrada cuando la batería está baja conectando un micro USB a la pluma. Siempre que cargue un nuevo software en el Feather, debe recordar iniciar el TPL5111 presionando su botón; de lo contrario, el Feather no responderá a la llamada de arranque USB. El botón está diseñado para proporcionar energía a la pantalla LED solo cuando se presiona y también para enviar una señal alta al TPL5111 que permite que el Feather se encienda mientras mantenga presionado el botón. Esto se hace para limitar la cantidad de tiempo que la pantalla está encendida; se usa solo para verificar el estado de las sondas de temperatura, el nivel de la batería y la hora / fecha y el tamaño del archivo que está creando. La última pieza de cableado son las dos sondas que se colocan a través del último punto de perforación en la mitad inferior. Estos se conectaron con conectores JST de 3 clavijas para facilitar la extracción. Olvidé colocar la resistencia de 4.7K en la placa para conectar el pin de datos y voltaje en el bus del sensor de temperatura. Por lo tanto, esto debe hacerse en uno de los puntos de conexión del sensor en la placa; están etiquetados, por lo que debería ser fácil. Ambos van al mismo pin GPIO en el Feather, por lo que solo es necesaria una conexión de resistencia.

Paso 4: Prográmelo

El programa es muy fácil de entender. La biblioteca SD es para utilizar el archivo de la tarjeta SD que está integrado en el tablero de plumas. Las bibliotecas OneWire y Dallas Temp son para obtener las lecturas de un cable de las sondas de temperatura. DonePin notifica al TPL5111 que se ha completado toda la lectura de datos y que está bien deshabilitar el Featherboard. VBatpin es el pin en la pluma que tiene un divisor de voltaje para leer el valor de la batería Lipo. La biblioteca Asciiwire es para ejecutar la pantalla LED. El OneWireBus es el pin 6 de GPIO en este caso. El sistema de archivos SD para este registrador de datos configura un archivo ANALOG02. TXT para acumular todos los datos. Abre el mismo archivo cada vez y simplemente lo agrega. Para deshacerse de los datos antiguos, debe sacar el chip del soporte de la tarjeta SD y descargarlo en una computadora, por ejemplo, en la hoja de cálculo EXCEll. Esto se hace fácilmente con la sección de importación de DATOS de la hoja de cálculo. Luego, los archivos se eliminan del chip y cuando el Feather lo abre de nuevo, crea uno nuevo. Luego viene la configuración de hora / fecha para el RTC. //rtc.adjust(DateTime(F(_DATE_), F (_ TIME_))); elimine los caracteres de comentario para configurar su RTC en su tiempo de arranque y luego reprograme el chip con esta línea comentada para que la próxima vez que la computadora arranque no use el mismo tiempo de arranque nuevamente en lugar de permitir que su cronometrador respaldado por batería lo llene in. La sección loop () abre el archivo SD, obtiene la fecha / hora, lee y convierte ambos sensores, calcula el nivel de batería y lo escribe en la tarjeta SD. Luego hace que donePin sea alto para cerrar la secuencia.

Paso 5: usándolo

La batería está completamente cargada conectando el Feather a un enchufe MicroUSB. El LED de carga se encenderá hasta que esté completamente cargado, es lento. Se coloca una tarjeta SD nueva sin ANALOG02. TXT en el soporte del chip. Se instala la tapa y se atornillan las cinco tuercas contra la junta de goma. El botón de encendido se enciende y después de unos 4 segundos se mantiene presionado el botón. Primero mostrará rápidamente una temperatura predeterminada y después de que se borre la pantalla mostrará T1 y T2 como salidas de las sondas de temperatura. Puede calentar uno con la mano para etiquetarlo como T1 y T2. La pantalla también mostrará la hora, minuto, segundo, día, mes y año de la lectura, así como el nivel de batería y el tamaño de su archivo en este momento. Esta verificación se realiza para asegurarse de que todo esté funcionando bien antes de dejarlo durante 8 meses. Suelte el botón y coloque las sondas donde desee que se realicen las mediciones de temperatura. Son resistentes al agua y, con suerte, también lo es su máquina. Esta salida inicial de máquinas será en Iliamna Alaska donde estará bajo tierra hasta el próximo mes de abril. En las primeras pruebas, se descubrió que la batería de este tamaño era lo suficientemente buena durante al menos 1 año y medio con 12 lecturas por día, todo debido a la clasificación de potencia del TPL5111. Los estudios sobre el calentamiento global son muy importantes para que todos participen: ¡salga y haga algo de ciencia!