The Greenhouse Project (RAS): Monitorear los elementos para reaccionar en nuestra plantación: 18 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

Este proyecto propone monitorear la temperatura del aire, la luminosidad y la humedad, así como la temperatura y la humedad de la arboleda. También propone poner en red estas medidas que son tan legibles en el sitio web Actoborad.com

Para ello conectamos 4 sensores al microcontrolador Nucleo L432KC:

- un sensor de luminosidad TLS2561 de Adafruit;

- un sensor de humedad y temperatura DHT22 de Gotronic;

- una sonda de temperatura DS1820;

- un sensor de humedad Grove - Sensor de humedad de Seeed Studio

Las medidas se realizan cada 10 minutos y se conectan en red a través de un Breakout TD1208 de Sigfox. Como se dijo anteriormente, este se puede leer en el sitio web Actoboard.com. En este microcontrolador también se conecta una pantalla OLED Display de 128x64 que mostrará permanentemente las últimas medidas realizadas. Finalmente, el sistema es eléctricamente autosuficiente gracias a una celda fotovoltaica de 8x20cm y una batería de 1.5Ah. Están conectados al Nulceo con un LiPo Rider Pro de Seeed Studio. El sistema se coloca en una caja impresa en 3D.

Como puedes ver en el sinóptico.

El código compilado en el microcontrolador a través de os.mbed.com se llama 'main.cpp'. Las bibliotecas utilizadas están disponibles en el siguiente enlace, cuál es nuestro proyecto mbed:

Paso 1: trabajo en red

Una parte importante de este proyecto consistió en interconectar las mediciones y hacerlas fácilmente accesibles. Cada 10 minutos, los sensores miden diferentes parámetros y se utiliza un módulo sigfox TD1208 para transmitir sus medidas. Los resultados están disponibles en el sitio web de Actoboard:

Después de crear una cuenta bluemix, podemos usar la aplicación Node-red para mostrar nuestros resultados gráficamente.

Programación en Node-red para recuperar información de Actoboard

Enlace público para ver los resultados en tiempo real:

Paso 2: componentes

Para este proyecto, aquí hay una lista de los principales componentes utilizados:

Microcontrolador: Nucleo STM32L432KC

Pantalla: pantalla LCD

Sigfox: módulo Sigfox

Sobre los sensores:

- Sensor de aire: DHT22 (temperatura y humedad)

- Sensores de suelo: temperatura Grove y humedad Grove

- Sensor de luminosidad: sensor de luz

Fuente de alimentación:

- LIPO (tarjeta adaptadora de alimentación)

- batería

- Panel fotovoltaico

Paso 3: consumo

Uno de los puntos más importantes de nuestro proyecto es que el sistema debe ser autónomo en energía. Para ello utilizamos una batería y una célula solar. La batería puede entregar una corriente de 1050 mA en 1 hora con un voltaje de 3,7 V: 3,885 Wh. La celda solar se utiliza para recargar la batería, entrega un voltaje de 5.5 V por debajo de 360 mA una potencia igual a 2 W.

Consumo teórico de nuestro sistema: - Sensor de temperatura DHT22: a máx. 1,5 mA y en reposo 0,05 mA - Sensor de temperatura Grove: máx. 1,5 mA - Sensor de luz: 0,5 mA - Nucleo Cart: + 100 mA - Pantalla LCD: 20 mA - Sigfox TD1208 módulo: enviando 24 mA (en este proyecto, no se recibe nada con este módulo) y en reposo 1,5 μA

En reposo, el consumo es insignificante en comparación con la potencia de la batería. Cuando el sistema sale del modo de suspensión (cada 10 minutos), todos los sensores realizan mediciones, la pantalla muestra el resultado y el módulo sigfox transmite estos resultados. Se considera que todos los componentes consumen un máximo en este momento: usamos alrededor de 158 mA cada 10 minutos por lo que 6 * 158 = 948 mA en 1 hora. La batería puede aguantar un poco más de una hora antes de descargarse por completo.

El objetivo es gastar un mínimo de energía para tener la menor necesidad posible de recargar la batería. De lo contrario, si la celda solar no recibe luz solar por un tiempo, no podría cargar la batería que se descargaría y nuestro sistema se apagaría.

Paso 4: Diseño de PCB

¡Empecemos con la parte de PCB!

Tuvimos muchos problemas por un paso que no pensamos que nos llevaría tanto tiempo. Primer error: no haber guardado la PCB en varios lugares. De hecho, la primera PCB que se dio cuenta se eliminó cuando el USB tuvo algunos problemas. Ahora no se puede acceder a todos los archivos dentro del USB. De repente, fue necesario encontrar la energía necesaria para este rompecabezas para la industrialización de nuestro proyecto. Pequeño detalle que sigue siendo importante, es necesario que las conexiones estén todas en la parte inferior del PCB y que se establezca un plan de masa. Una vez encontrado el coraje, podemos volver a hacer el esquema electrónico en ALTIUM como puede ver a continuación:

Paso 5:

Contiene los sensores, la tarjeta Nucleo, el módulo Sigfox y la pantalla LCD.

Pasamos a la parte de la PCB, perdemos mucho tiempo en ella, pero al final lo logramos. Una vez impreso lo probamos … y aquí está el drama. La mitad de la tarjeta NUCLEO está invertida. También podemos mirar el diagrama de arriba. El NUCLEO izquierdo se ramifica del 1 al 15 comenzando desde arriba, mientras que el ramal del derecho 15 al 1 también desde arriba. Lo que hace que nada funcione. Fue necesario recuperar la mente, repetir por tercera vez el PCB de emergencia prestando atención a todas las conexiones. Aleluya se crea el PCB, lo podemos ver en la imagen de abajo:

Paso 6:

Todo fue perfecto, las soldaduras realizadas por Mr SamSmile fueron de una belleza incomparable. ¿Demasiado bueno para ser verdad? De hecho, un único problema:

Paso 7:

Acérquelo un poco más:

Paso 8:

Vemos eso en el mapa de la derecha en el que la PCB se basa en una conexión SDA en D7 y una SCL en D8 (exactamente lo que necesitamos). Sin embargo, cuando probamos con los componentes, no entendimos la inconsistencia de la información recibida y, de repente, cuando miramos nuevamente la documentación de la segunda documentación, notamos que no hay especificidad en D7 y D8.

Como resultado, nuestra panificación funciona muy bien antes de adaptar las conexiones en la PCB para facilitar el enrutamiento. Pero una vez en la PCB no modificada llegamos a recibir la información a pesar de todos los sensores excepto el sensor de luz en esta versión.

Paso 9: Diseño de la CAJA 3D

¡Empecemos con la parte del diseño 3D!

Aquí explicamos la parte de diseño 3D de la caja para dar la bienvenida a nuestro sistema completo. Se tomó mucho tiempo y entenderás por qué. En resumen: Debemos poder contener en nuestra caja el PCB y todos sus componentes asociados. Es decir, piensa en la pantalla LCD pero también en todos los sensores proporcionando un espacio para cada uno de ellos para que sean utilizables y efectivos en sus medidas. Además, también requiere la fuente de alimentación con su tarjeta LIPO que se conecta a una batería y un panel fotovoltaico que hace que nuestro sistema sea autónomo. Imaginamos una primera caja que contendrá la PCB, todos los sensores, la pantalla y la tarjeta LIPO conectada a la batería. Obviamente es necesario prever un lugar específico para la pantalla LCD, el sensor de luz (si está oculto o en el lateral no recibirá la luz real), para el sensor de temperatura, para el DHT22 es necesario que pueda medir el valor cercano a la planta y sin olvidar el sensor de humedad de la arboleda que debe tener un contacto directo con la tierra. No nos olvidamos del agujero para conectar la antena al módulo sigfox y otro agujero para pasar el hijo de los paneles fotovoltaicos al mapa LIPO. Aquí está el cuadro principal:

Paso 10:

Necesitamos una pieza para acomodar el panel fotovoltaico y conectar el panel a la placa LIPO.

Aquí está el resultado:

Paso 11:

¡Debemos poder cerrar esta maravillosa caja!

Aquí está la tapa adaptada:

Paso 12:

Como podemos ver, esta es una tapa que tiene dientes que vienen dentro de la caja principal para una mejor estabilidad.

Aquí es cuando lo agregamos en nuestra maravillosa caja:

Paso 13:

Para ganar resistencia se agrega una puerta corredera que se introduce en la caja pero también en la tapa que sujeta las dos partes de manera rigurosa y brinda confiabilidad y seguridad de los componentes en el interior.

Aquí está la primera versión de puerta corredera:

Paso 14:

Para ir más allá, pensamos incorporar el módulo fotovoltaico a la caja principal, para que esté al mismo nivel que el sensor de luz y su posición estratégica y sentir que el sistema autónomo es algo de 'United'.

Aquí está la segunda versión de la puerta corredera con posibilidad de enganchar el módulo fotovoltaico presentado anteriormente:

Paso 15:

Aquí es cuando lo agregamos a nuestra maravillosa caja que ya tiene su soberbia tapa:

Paso 16:

¿Estás un poco perdido? ¡Déjanos mostrarte cuál es el estado final de esta caja mágica!

Paso 17:

(Daño que no pudimos imprimirlo por ahora gracias a la impresora 3D porque me pidieron robustez, algo que hice, pero debo creer que tengo un poquito demasiado, de hecho el grosor es mayor a 4mm, así que no pude imprimirlo porque llevaría mucho material, demasiado triste)… Pero no es demasiado tarde para imprimirlo, al menos aunque sea por placer = D

Tan hermoso:

Paso 18:

Gracias.